基于STM32的無線抄表方案

1、基于STM32的無線抄表方案先說說頻道的劃分問題總頻帶：470MHz509MHz調(diào)制方式：劃分為6個(gè)頻段，一個(gè)公共頻段，調(diào)頻幅度500KHz公共頻段：470MHz472.5MHz1號(hào)頻段：473MHz478.5MHz2號(hào)頻段：479MHz484.5MHz3號(hào)頻段：485MHz490.5MHz4號(hào)頻段：491MHz496.5MHz5號(hào)頻段：497MHz502.5MHz6號(hào)頻段：503MHz508.5MHz自動(dòng)集抄系統(tǒng)通常由集中器、采集終端、主站數(shù)據(jù)庫以及通信信道裝置組成。對(duì)通信信道而言，又分為上行信道（主站和集中器之間）和下行信道（集中器和采集終端或電子電表之間）。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，通信媒介質(zhì)量

2、低，成本高等一系列難題，直至不久以前，下行信道尚無真正可行的解決方案。目前市場(chǎng)上可獲取的方案包括：有線RS485或MBUS、電力線載波（PLC）、無線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（手持無線PDA或無線抄表車）和ZigBee等。有線RS485或MBUS作為一種專用有線通信信道，其通信可靠。但要作為一種通用方案，類似新建一個(gè)有線網(wǎng)，從工程施工的角度來看，存在許多困難。無線手持PDA走抄和無線抄表車，因?yàn)闆]有根本解決實(shí)時(shí)和效率的問題，也很難成為主要的解決方案。低壓電力載波通訊（PLC）利用現(xiàn)有的低壓供電網(wǎng)，無需鋪設(shè)新線，成為目前最為流行的抄表技術(shù)，正在全國(guó)各地大量試運(yùn)行。然而由于PLC在低壓電網(wǎng)上存在高衰減（有高達(dá)130

3、db的記錄）、低阻抗、諧波干擾和污染嚴(yán)重的問題，已經(jīng)不可預(yù)見和控制的低壓電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，很大程度上影響其通訊的可靠性和抄收成功率，因此，低壓電力載波通訊能基本滿足抄表的需要，但需要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)等功能實(shí)在勉強(qiáng)。隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來出現(xiàn)了面向低成本設(shè)備無線聯(lián)網(wǎng)要求的技術(shù)，它是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線通信技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域及家用設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，采用該技術(shù)和GPRS/CDMA技術(shù)結(jié)合，可以為電表的無線抄表提供很好的解決方案。國(guó)家無線電管理委員會(huì)于2005年10月1日頒布實(shí)施的微功率（短距離）無線電設(shè)備的技術(shù)要求信部無2

4、005423號(hào)，規(guī)定470-510MHZ可作為民用無線電計(jì)量?jī)x表使用頻段。從法律上保證了無線自動(dòng)抄表的頻率資源，使得所有符合此標(biāo)準(zhǔn)的無線自動(dòng)抄表產(chǎn)品在具備自適應(yīng)能力的基礎(chǔ)上，安全工作于指定的無線頻段。無線集成電路的不斷發(fā)展，在技術(shù)上為低成本、高集成度無線使用系統(tǒng)的研制提供了條件。短距無線自組織網(wǎng)技術(shù)的突破性進(jìn)展，改變了無線抄表僅限于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的局限，使得網(wǎng)絡(luò)化、智能化、低功耗、低成本、高可靠、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的集中抄表成為現(xiàn)實(shí)。短距無線自組網(wǎng)技術(shù)是在研究了世界范圍眾多前沿?zé)o線Ad-Hoc組網(wǎng)理論和系統(tǒng)，包括Zigbee等技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)化集中抄表復(fù)雜的使用環(huán)境，使用國(guó)家無委會(huì)為自動(dòng)抄表開放

5、的470510MHz專用頻段，創(chuàng)造性地發(fā)展出來的最新中短距離通訊技術(shù)。它具有技術(shù)起點(diǎn)高，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、成本優(yōu)化、穩(wěn)定可靠、響應(yīng)快、高度智能化、易于安裝等特點(diǎn)，而且能很好解決低壓集抄系統(tǒng)下行信道難題，是目前國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)、實(shí)用可靠的集中抄表解決方案來自網(wǎng)上的無線抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及可靠性策略長(zhǎng)期以來，三表數(shù)據(jù)抄送問題都是相關(guān)供應(yīng)部門非常想解決但又得不到切實(shí)解決的問題。在行業(yè)信息化過程之中，戶表數(shù)據(jù)的自動(dòng)化抄送具有非常重大的意義，因?yàn)閼舯頂?shù)據(jù)是相關(guān)行業(yè)銷售過程中最原始的數(shù)據(jù)，這個(gè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和及時(shí)性直接影響了行業(yè)內(nèi)部其它信息化水平。傳統(tǒng)的手工抄表費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，準(zhǔn)確性和及時(shí)性得不到可靠的保障，這導(dǎo)致了相

6、關(guān)營(yíng)銷和企業(yè)管理類軟件不能獲得足夠詳細(xì)和準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)。一般手工抄表都按月抄表，對(duì)于用戶計(jì)量來說是可行的，但對(duì)于相關(guān)供應(yīng)部門進(jìn)行更深層次的分析和管理決策卻不夠。圖1:無線抄表的一個(gè)節(jié)點(diǎn)原理框圖。無線抄表系統(tǒng)對(duì)無線通訊數(shù)據(jù)的傳輸和保存有著很高的要求，即數(shù)據(jù)可靠性要求很高。由于用電池供電，因此對(duì)功耗要求也很苛刻。無線抄表系統(tǒng)可以擺脫人工抄表的辦法，利用數(shù)據(jù)通訊協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)?；谝陨显颍惸芸萍奸_發(fā)出了BN-CB-100自動(dòng)無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有計(jì)量準(zhǔn)確、通信可靠、抄表方便、功耗低等遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，以及節(jié)省人力、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程維護(hù)的功能。無線數(shù)字抄表系統(tǒng)由中央處理器、電源模塊、通訊模塊以

7、及顯示模塊等部分組成，如圖1所示。下面將對(duì)組成系統(tǒng)的主要模塊進(jìn)行說明。單片機(jī)：數(shù)據(jù)處理單元數(shù)據(jù)處理單元的單片機(jī)主要側(cè)重于多項(xiàng)功能的開發(fā)，選擇時(shí)主要從功能、抗干擾、功耗、速度等幾個(gè)方面考慮。本系統(tǒng)采用Microchip單片機(jī)PIC18LF6490作為數(shù)據(jù)處理單元，該單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：具有集成的LCD控制器驅(qū)動(dòng)模塊、高性能RISCCPU、優(yōu)化的C編譯器結(jié)構(gòu)/指令系統(tǒng)、高達(dá)10MIPS的工作速度、中斷優(yōu)先級(jí)、單周期硬件乘法器、高吸入/拉出電流、3個(gè)外部中斷引腳、4個(gè)定時(shí)器、CCP模塊、主同步串行端口模塊、10位A/D轉(zhuǎn)換器和低功耗等性能特點(diǎn)，因而軟硬件設(shè)計(jì)十分方便。繼續(xù)方案討論1、液晶顯示顯示采用

8、LCD液晶顯示器，PIC18LF6490具有集成的LCD控制器驅(qū)動(dòng)模塊，從而節(jié)省了外掛的液晶驅(qū)動(dòng)芯片，減少了外部引線，節(jié)省了空間和成本，提高了可靠性，在睡眠狀態(tài)下可繼續(xù)顯示，明顯地降低了功耗。液晶顯示器用于顯示系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)、內(nèi)部參數(shù)及當(dāng)前的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。RF模塊1.RF模塊的特點(diǎn)本方案采用納川容科技研制的RF模塊產(chǎn)品，該模塊采用高性能CPU和高性能無線數(shù)傳模組內(nèi)核整合而成，其主要特點(diǎn)包括：標(biāo)準(zhǔn)異步串行接口（UART:1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)以上停止位、0或1個(gè)校驗(yàn)位），方便和各種控制器的硬件串口連接，使用起來非常方便；數(shù)據(jù)直接傳輸，自動(dòng)靜噪，過濾掉空中假數(shù)據(jù)，所收即所發(fā)；半雙工通信，收發(fā)自

9、動(dòng)切換，使用上非常方便；模塊內(nèi)置高性能MCU實(shí)現(xiàn)前向糾錯(cuò)處理，通信可靠性大大提高，誤碼率非常低；可以硬件跳線選擇多個(gè)獨(dú)立互不干擾信道，有多檔波特率及串口模式設(shè)置；可以串口軟件設(shè)置無線頻道，實(shí)現(xiàn)軟件跳頻；3.3V/5V兼容TTL、RS232、RS485多種接口電平選擇,使用更加靈活；DC3.0-8.0V寬工作電壓，電源可以I/O控制關(guān)斷，降低功耗。由于采用軟件糾錯(cuò)編碼增益，相同輻射功率條件和同一誤碼率指標(biāo)下，帶前向糾錯(cuò)處理的RF模塊通信距離要遠(yuǎn)高于一般的無線數(shù)傳模組或不帶前向糾錯(cuò)處理的RF模塊。2. .RF模塊的通信處理流程RF模塊的通信處理流程如圖2所示，其中：發(fā)送緩沖和接收緩沖是為了匹配用戶

10、接口和無線接口速率而設(shè)計(jì)，采用FIFO方式，支持大批量連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸，安全可靠；糾錯(cuò)編解碼采用成熟的卷積碼糾錯(cuò)技術(shù)，可以將誤碼率由10-3減小到10-6,并且有3dB左右軟件編碼增益，進(jìn)一步提高了傳輸?shù)目煽啃?；交織的目的是為了將連續(xù)的錯(cuò)誤離散成不連續(xù)的單比特錯(cuò)誤，提高抗連續(xù)干擾的能力，但帶來了傳輸延時(shí)。RF模塊采用256比特，即16X16交織，可以抵抗一般人員走動(dòng)、汽車通過等環(huán)境下對(duì)無線傳輸造成的誤碼干擾，由此引起的傳輸延遲在用戶接口速率為9,600bps時(shí)約20ms,使用時(shí)應(yīng)予以注意；信號(hào)編解碼的目的是將信號(hào)輻射功率譜集中，并有利于接收機(jī)信號(hào)解碼；卷積碼前向糾錯(cuò)處理的方式比ARQ差錯(cuò)控制方式效

11、率要高，尤其是在隨機(jī)干擾比較大的情況下，由于其良好的糾錯(cuò)性能，效率要遠(yuǎn)高于ARQ模式。例如，ARQ方式下，傳輸一個(gè)256比特的數(shù)據(jù)包，如果其中一個(gè)比特錯(cuò)誤就需要重傳，而采用卷積碼前向糾錯(cuò)處理的方式，16X16交織的RF模塊，即使其中連續(xù)16比特傳輸錯(cuò)誤，接收方也可以通過軟件糾正過來，用戶不會(huì)收到誤碼，這樣效率更高。3. RF模塊的天線使用焊盤引線來連接天線的模組，一般建議使用微型的PCB天線或直導(dǎo)線來做天線，直接將天線引出線焊接在模組的天線焊盤上，天線引出線的長(zhǎng)度越短越好。天線地根據(jù)天線的要求可接可不接，但PCB天線一般要求接地。使用直導(dǎo)線做天線時(shí)，請(qǐng)使用5N（99.999%）以上優(yōu)質(zhì)硬直銅導(dǎo)

12、線，線徑越粗越好，一般使用普通的單根百兆以太網(wǎng)網(wǎng)線做天線即可取得比較好的效果。使用直導(dǎo)線做天線時(shí)，天線長(zhǎng)度=7,150/工作頻率，單位為厘米。所計(jì)算出的天線長(zhǎng)度是天線直立的長(zhǎng)度，如果天線放在殼體里或盤繞起來，天線所需長(zhǎng)度將變化，推薦的做法是用計(jì)算長(zhǎng)度1.5倍長(zhǎng)度導(dǎo)線做天線，然后剪斷5mm（這是個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，可以根據(jù)實(shí)際測(cè)試通信距離來確定這個(gè)值），縮短天線長(zhǎng)度，實(shí)際測(cè)試通信距離來確定最佳天線長(zhǎng)度。如果天線需要在設(shè)備殼體上穿孔引出時(shí)，請(qǐng)使用50Q低損同軸電纜或標(biāo)準(zhǔn)SMA接頭延長(zhǎng)線將天線延長(zhǎng)引出，同軸電纜芯線和模組天線焊盤焊接，屏蔽層和天線地（沒有天線地時(shí)用電源地）焊接，選擇彎曲半徑小的電纜將有利于電纜

13、的彎曲布置，使焊盤不易撕裂。圖2:RF模塊的通信處理流程亦可用直角頭SMA接頭將RF模塊的SMA引出頭折彎，直接安裝在殼體上或穿出，但直角頭SMA將額外引入1-2dB的插入損耗。使用拉桿天線時(shí)，直接將拉桿天線焊接在天線焊盤上或用低損同軸電纜來連接，電纜的芯線連接模組的天線焊盤和拉桿天線，屏蔽層一端焊接在天線地上，靠近拉桿天線一端浮空。4. RF模塊的注意事項(xiàng)不要帶電熱拔插RF模塊，否則很容易損壞RF模塊；組網(wǎng)協(xié)議設(shè)計(jì)中，務(wù)必保證在一個(gè)頻點(diǎn)上，且同一時(shí)刻只能有一個(gè)RF模塊處在發(fā)射狀態(tài)，建議設(shè)計(jì)時(shí)通信協(xié)議設(shè)計(jì)采用ARQ主從查詢應(yīng)答方式；使用低紋波的線性穩(wěn)壓電源或電池供電，盡量不要使用開關(guān)電源，如果

14、一定要用，請(qǐng)用高Q值的LC回路濾波，將紋波降到最低；關(guān)于距離指標(biāo)，不同的測(cè)試環(huán)境會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，主要影響因素包括：發(fā)射功率、接收靈敏度、傳輸速率、干擾強(qiáng)度、背景噪聲、天線增益、天線離地高度、是否移動(dòng)、空間衰減、障礙物尺寸及位置等；10mW帶卷積碼前向糾錯(cuò)處理方式的RF模塊，在9,600bps速率、天線高度2米、增益2.0dBi、可視城區(qū)開闊地、傳輸文件、誤碼率為10-3情況下，可靠通信距離可以達(dá)到300-400米左右?？煽啃圆呗员鞠到y(tǒng)需要長(zhǎng)期在線連續(xù)運(yùn)行，故對(duì)其可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性有較高的要求，在設(shè)計(jì)時(shí)予重點(diǎn)考慮。本系統(tǒng)采用集成芯片作為電路的核心部分大大減少了外擴(kuò)電路的接線和使用的元器件的數(shù)目

15、，使整機(jī)趨于微型化，也提高了整機(jī)的可靠性。設(shè)計(jì)電路板時(shí)注意線的走向以及整機(jī)的緊湊性，在電路和工藝設(shè)計(jì)上采用各種成熟的實(shí)用抗干擾措施，例如合理布局、正確選擇接地點(diǎn)、弱信號(hào)傳輸線屏蔽層單端接地、單元電路的封閉式屏蔽環(huán)等，以降低干擾水平。重要數(shù)據(jù)進(jìn)行多次備份，實(shí)時(shí)刷新處理，使用存儲(chǔ)容量大的EEPROM來備份RAM數(shù)據(jù)。避免由于干擾造成的數(shù)據(jù)出錯(cuò)，EEPROM的數(shù)據(jù)可以保持10年以上，數(shù)據(jù)保持不需后備電源。軟件寫入EEPROM采取必要的校驗(yàn)方式，保證數(shù)據(jù)的安全性。PIC18LF6490具有極強(qiáng)的抗電磁干擾能力，使數(shù)據(jù)的安全性得到進(jìn)一步的提高。由于本系統(tǒng)用電池供電，對(duì)功耗要求較高，在整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

16、時(shí)應(yīng)引起足夠的重視，例如元器件的選型，元器件的供電方式是用I/O供電還是直接用電源供電，單片機(jī)的選型等都是功耗能否降低的重要因素，當(dāng)然軟件設(shè)計(jì)也是決定功耗能否降低的重要因素，此部分在軟件設(shè)計(jì)部分論述。軟件設(shè)計(jì)軟件部分設(shè)計(jì)包括了主控程序、數(shù)據(jù)通訊程序、時(shí)鐘程序、自檢程序等，由于本系統(tǒng)對(duì)功耗要求較高，軟件設(shè)計(jì)過程應(yīng)始終貫穿考慮功耗因素，功耗能否降低，軟件設(shè)計(jì)是重要因素之一。具體做法可以是主程序主要處在睡眠狀態(tài)，隔一段時(shí)間醒過來處理一下任務(wù)，一直如此循環(huán)，沒使用的模塊關(guān)掉，沒使用的I/O設(shè)置成高阻態(tài)等。這樣一來，軟硬結(jié)合便可讓整個(gè)系統(tǒng)功耗降下來。重要的寄存器和I/O都必須放在主程序里去刷新，使用看門

17、狗（PIC18LF6490有內(nèi)置看門狗電路），軟件編寫應(yīng)有一定的容錯(cuò)措施，自檢程序應(yīng)能及時(shí)檢出錯(cuò)誤并糾錯(cuò)等，這樣可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性，避免寄存器數(shù)據(jù)亂了、程序跑飛等事先無法預(yù)計(jì)的現(xiàn)象。本文小結(jié)本文對(duì)一種無線抄表的設(shè)計(jì)方法和可靠性策略進(jìn)行了論述，系統(tǒng)中采用了功能強(qiáng)大且性價(jià)比極高的單片機(jī)、高性能RF模塊、數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，具有長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)方無線傳輸數(shù)據(jù)等功能。考慮產(chǎn)品化的要求，進(jìn)行了可靠性、抗干擾、低功耗等方面的設(shè)計(jì)。相關(guān)知識(shí)ADF7020是一款只需很少外部元件、并具有高度靈活性的高集成度收發(fā)器，可讓設(shè)計(jì)人員針對(duì)特定使用配置元件。例如，設(shè)計(jì)人員可在FSK/GFSK/ASK/OOK等幾種不

18、同的調(diào)制方案之間選擇，也可以對(duì)靈敏度和選擇性進(jìn)行折衷，這對(duì)于線性度要求嚴(yán)格的系統(tǒng)是很有用的。ADF7020的最大數(shù)據(jù)速率為200kbps,而其同類產(chǎn)品ADF7025的最大數(shù)據(jù)速率可增加到384kbps。和大多數(shù)最新的ISM頻段收發(fā)器類似，ADF7020采用一個(gè)分?jǐn)?shù)鎖相環(huán)（PLL）頻率合成器，允許選擇868MHz和928MHz之間以及433MHz頻段上的任何信道，分辨率小于1kHz。這種跳頻特性使得ADF7020可用于符合美國(guó)FCCPt.15標(biāo)準(zhǔn)的跳頻系統(tǒng)。高分辨率的分?jǐn)?shù)N頻率合成器也是新型自動(dòng)頻率控制（AFC）環(huán)路的重要組成部分，它可以補(bǔ)償輸入的頻率誤差，從而允許使用公差等級(jí)更低、價(jià)格更便宜的

19、晶體振蕩器。在過去幾年里，射頻技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步，并由此產(chǎn)生了許多新的無線使用。其中大多數(shù)使用（例如藍(lán)牙、WLAN802.11b/g以及無繩電話等）都使用2.4GHz的未授權(quán)UHF頻段。由于2.4GHz頻段越來越擁擠以及由此產(chǎn)生的共存問題，最近業(yè)界對(duì)較低的UHFISM頻段重新提起了興趣。這些可用頻段在歐洲為868MHZ和433MHz,在美國(guó)為902MHZ到928MHz。采用低UHF頻段的主要缺點(diǎn)是，該頻段缺少通用全球標(biāo)準(zhǔn)，這點(diǎn)和2.4GHz頻段不同。這意味著生產(chǎn)廠商將不得不根據(jù)各個(gè)地區(qū)的規(guī)定調(diào)整其系統(tǒng)。不過，幾年前問世的靈活的ISM頻段收發(fā)器（例如ADF7020）可工彳在433MHz到9

20、60MHz,已大大減輕了這一負(fù)擔(dān)。2008/7/2312:02:56ADF7020無線收發(fā)模塊原理圖片ADF7020無線收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)：點(diǎn)擊此處下載ADF7020無線收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf(文件大?。?82K)技術(shù)優(yōu)勢(shì)基于自組網(wǎng)的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(WirelessMeshNetwork)的短距無線通訊網(wǎng)絡(luò)，具有高可靠性，高數(shù)據(jù)安全性、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高速、非視距的數(shù)據(jù)傳輸，并有效降低傳輸功率，提高信道利用率。快速可靠的信道支持解決了長(zhǎng)期困擾的下行信道不可靠帶來的抄收難題，它具有如下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：？網(wǎng)絡(luò)自組：短距無線自組網(wǎng)過程主網(wǎng)絡(luò)采用自主開發(fā)的基于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)

21、議,自動(dòng)完成，現(xiàn)場(chǎng)無需人工設(shè)置參數(shù)，大大減少了組網(wǎng)的工作量和費(fèi)用。？冗余的數(shù)據(jù)傳遞路徑：由于無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)采用多點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每一節(jié)點(diǎn)均可作為其他鄰近節(jié)點(diǎn)的路由，大大提高了數(shù)據(jù)傳遞路徑。同時(shí)，還能自動(dòng)修復(fù)那些處于突發(fā)環(huán)境干擾中的網(wǎng)絡(luò)路徑。？混合組網(wǎng)：考慮了未來多個(gè)短距無線自組網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)，采用混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以減少集中器上行信道GPRS的運(yùn)行費(fèi)用。？雙向通訊：采用分布式控制和全雙工通訊模式，實(shí)現(xiàn)了終端和各節(jié)點(diǎn)間的雙向通訊，系統(tǒng)具有節(jié)點(diǎn)向終端主動(dòng)上報(bào)的功能，保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，避免因輪詢而產(chǎn)生的通訊資源浪費(fèi)，使自動(dòng)監(jiān)控和遠(yuǎn)動(dòng)等功能成為現(xiàn)實(shí)。？良好的魯棒性(robustness)和高的一次抄讀成功率

22、：所有的硬件及軟件的設(shè)計(jì)考量，都是針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，系統(tǒng)內(nèi)所有電能表，經(jīng)短距無線信道的一次抄讀成功率優(yōu)于99.5%。？抗干擾能力強(qiáng)：多至200個(gè)200kHz帶寬信道可供跳頻選擇，采用高度頻率自適應(yīng)機(jī)制，減少了相鄰臺(tái)區(qū)的無線信號(hào)串?dāng)_和空中其他無線干擾源對(duì)數(shù)據(jù)通訊的影響。？良好的數(shù)據(jù)安全性：短距無線自組網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)空中的無線數(shù)據(jù)，采用特有的數(shù)據(jù)加密和簽證技術(shù)，及高度頻率自適應(yīng)機(jī)制，具有高度的保密性。？快速的系統(tǒng)響應(yīng)：空中數(shù)據(jù)速率19.2Kbps,在一個(gè)典型的小區(qū)臺(tái)變下采用短距無線自組網(wǎng)技術(shù)的集抄系統(tǒng)，單次單表抄讀響應(yīng)時(shí)間典型值為5秒左右或以內(nèi)。？極低的數(shù)據(jù)差錯(cuò)率：任一單次通信過程，以及端到端全程數(shù)據(jù)通

23、信，采用二級(jí)32位CRC校驗(yàn)，使得總的殘余差錯(cuò)率趨向于零。？彈性的系統(tǒng)容量：一個(gè)短距系統(tǒng)支持的電能表數(shù)量從很少直至上千只(例如1016只)?功耗低：無線最大發(fā)送功率50毫瓦，符合電力營(yíng)銷管理節(jié)能降耗”的需求。？無線方案極大降低了安裝施工的工作量，降低了安裝費(fèi)用。和現(xiàn)有集抄系統(tǒng)下行通信技術(shù)的比較由于下行信道面臨用戶數(shù)量大，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜（有些甚至相當(dāng)惡劣），通信媒介質(zhì)量低，成本壓力大等一系列難題，直至不久以前，下行信道尚無真正可行的解決方案，成為阻礙電力自動(dòng)化發(fā)展的瓶頸。目前常見的下行信道方案有：有線RS485/MBUS無線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（手持無線PDA或無線抄表車）壓電力線載波（PLC）ZigBee有線

24、RS485或MBUS作為一種專用有線通信信道，其通信可靠，但要面對(duì)數(shù)量龐大的居民用戶和中小動(dòng)力用戶，要求將所有表計(jì)用導(dǎo)線連接起來，這類似新建一個(gè)全范圍有線網(wǎng)，從工程施工和維護(hù)的角度來看，是比較困難的?，F(xiàn)場(chǎng)掌機(jī)抄讀、無線走抄車抄讀只是解決了抄表問題，其現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、收費(fèi)難等問題還是不能解決。而且無線走抄車抄表還存在信號(hào)死角、抄表成功率等問題，不能完全滿足電力營(yíng)銷管理現(xiàn)代化和節(jié)能降耗”的需求，因此很難成為主要的解決方案。低壓電力線載波通信（PLC）技術(shù)利用現(xiàn)有的低壓供電網(wǎng)，無需鋪設(shè)新線，是目前自動(dòng)抄表系統(tǒng)的主要選擇。但低壓電力線載波技術(shù)具有不能克服的缺點(diǎn)：？抄收成功率低。PLC在低壓電網(wǎng)上面所面臨的主

25、要問題有：高衰減（有高達(dá)130dB的記錄）、低阻抗、諧波干擾和污染嚴(yán)重（尤其是大量的變頻負(fù)載）、幾乎不可預(yù)測(cè)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等等，使得PLC技術(shù)在國(guó)內(nèi)的使用步履維艱。即使采用有序擴(kuò)頻、跳頻、多載波調(diào)制、正交調(diào)制、鏈碼自適應(yīng)調(diào)制、糾錯(cuò)、跳時(shí)、拓?fù)渥赃m應(yīng)中繼等技術(shù)措施，PLC仍然無法提供實(shí)時(shí)可靠的抄收？相鄰臺(tái)區(qū)間的載波信號(hào)串?dāng)_，是影響低壓電力線載波運(yùn)行的巨大障礙。必須采用不同的抄表時(shí)段來解決相鄰臺(tái)區(qū)間抄表時(shí)相互干擾的問題，這就決定了低壓電力線載波無法進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)。？未來低壓電網(wǎng)特性的不可預(yù)見及不可控，是PLC難以逾越的另一個(gè)障礙。目前，尚無完備的國(guó)家規(guī)范來約束低壓電網(wǎng)的干擾源，而且干擾偵測(cè)困難

26、。即使PLC系統(tǒng)在初期驗(yàn)收時(shí)能夠正常工作，但并不能保證未來電網(wǎng)有新的用電設(shè)備加入后，PLC產(chǎn)品仍能成功抄收。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方面應(yīng)該增加手抄器和現(xiàn)場(chǎng)的485調(diào)試接口，這樣可以保證集中器和采集器，以及電表直接的通信是正常的！在軟件升級(jí)方面：由于產(chǎn)品的升級(jí)必須要考慮比較好的方法！由于本身是無線系統(tǒng)！所以軟件方面的升級(jí)可以考慮使用其本身的無線數(shù)據(jù)傳輸功能，做一個(gè)升級(jí)模塊！在所要升級(jí)的小區(qū)內(nèi)走動(dòng)，級(jí)可以將采集器升級(jí)！初步是怎么想的！RF相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)wangxing2008/7/24ADF7020-1是一款只需很少外部元件、并具有高度靈活性的高集成度收發(fā)器，可讓設(shè)計(jì)人員針對(duì)特定使用配置元件。例如，設(shè)計(jì)人員可在

27、FSK/GFSK/ASK/OOK等幾種不同的調(diào)制方案之間選擇，也可以對(duì)靈敏度和選擇性進(jìn)行折衷，這對(duì)于線性度要求嚴(yán)格的系統(tǒng)是很有用的。ADF7020的最大數(shù)據(jù)速率為200kbps,而其同類產(chǎn)品ADF7025的最大數(shù)據(jù)速率可增加到384kbpsADF7020芯片集成了完整的無線收發(fā)電路。在接收模式下，相當(dāng)于一個(gè)傳統(tǒng)的超外差接收器，RF（射頻）輸入信號(hào)通過從RFIN管腳引出的天線，經(jīng)LNA（低噪聲放大器）放大后翻轉(zhuǎn)進(jìn)入混頻器，通過混頻器混頻產(chǎn)生IF（中頻）信號(hào)。在IF處理階段，該信號(hào)在送入解調(diào)器前被放大和濾波。解調(diào)后從引腳DATAI/O輸出解調(diào)數(shù)字信號(hào)，解調(diào)信號(hào)的同步由芯片提供的時(shí)鐘信號(hào)完成。具備無

28、線通訊的三相多功能電能表設(shè)計(jì)方案關(guān)鍵字：超表無線自動(dòng)化隨著經(jīng)濟(jì)體制改革的深入，在市場(chǎng)的推動(dòng)下，數(shù)字電能表發(fā)展迅猛，中國(guó)目前已成為世界電能計(jì)量行業(yè)最具有活力的市場(chǎng)。隨著用戶用電負(fù)荷的增加，供電質(zhì)量的要求也越來越高，供電部門需要了解電網(wǎng)質(zhì)量和用戶的各種用電參數(shù)，如功率、電壓、電流、頻率等，這樣三相電能表的使用范圍得到了擴(kuò)大。電能計(jì)量、電費(fèi)核算及收繳的及時(shí)性和準(zhǔn)確性已成為用電企業(yè)的重要課題。目前，電能表的抄表接口主要是485接口和紅外接口，這兩種方式逐漸不能滿足實(shí)際的需要，為此我們提出了新的抄表方案一無線抄表。無線抄表的實(shí)現(xiàn)是邁向配電自動(dòng)化的第一步，并有助于提高電力系統(tǒng)用電管理的水平。電能計(jì)量芯片A

29、DE7758精度為0.5級(jí)和0.5S級(jí)的三相多功能電能表可以采用ADI公司的ADE7758。ADE7758具有以下的功能和特性：內(nèi)部集成了6路獨(dú)立的16位A-NA/D轉(zhuǎn)換器、高性能DSP、電壓基準(zhǔn)及溫度傳感器等電路，在1000:1動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)誤差小于0.1%;提供有功、無功及視在電能、電壓、電流有效值及波形采樣等數(shù)據(jù)；三相三線/三相四線兼容;功率、相位及輸入失調(diào)可實(shí)現(xiàn)數(shù)字校準(zhǔn)；在環(huán)境條件變化很大和長(zhǎng)時(shí)間使用條件下，采用專利技術(shù)的ADC及DSP仍能保證高精度；DSP內(nèi)部對(duì)無功電能進(jìn)行了補(bǔ)償；提供獨(dú)立的有功電能及無功電能脈沖輸出。這些功能特點(diǎn)大大減少了MCU的軟件開發(fā)工作量。基于ADE7758的電能

30、表功能框圖見圖1。三相電能計(jì)量設(shè)計(jì)方法三相電能表根據(jù)使用條件分為互感器式、直入式。對(duì)于大電流用戶，采用外接一次互感器，按標(biāo)準(zhǔn)其電流輸出為5A。三相電能表最常見的為互感器式，其互感器電流規(guī)格為1.5/6A。1.三相電能計(jì)量的設(shè)計(jì)條件a.電壓規(guī)格220V/380V;b.電流規(guī)格為1.5/6A,即基本電表為1.5A、最大電流6A。無線RF通訊模塊對(duì)無線RF收發(fā)功能，我們采用ADI公司的RF收發(fā)芯片ADF7020來實(shí)現(xiàn)。ADF7020有一系列產(chǎn)品，該方案中我們選用一款工作在431MHz至478MHz和862MHz至956MHz雙頻段收發(fā)一體芯片，滿足北美FCC和歐洲ETSI-300-200標(biāo)準(zhǔn)。該芯片

31、具有以下的功能特性：2.3V到3.6V的寬工作電壓范圍，適合不同電池供電；待機(jī)電流僅1仙A;從-16dBm至（J+13dBm的可編程輸出功率，調(diào)節(jié)步長(zhǎng)0.3dBm;內(nèi)置自動(dòng)頻率控制補(bǔ)償回路，可以在862MHz至956MHz頻段對(duì)晶體補(bǔ)償i25ppm,對(duì)431MHz至478MHz頻段對(duì)晶體補(bǔ)償50±50ppm；接收時(shí)電流為19mA,發(fā)送時(shí)電流為22mA;擁有數(shù)字無線信號(hào)接收幅度指示（RSSI）輸出。設(shè)計(jì)時(shí)采用9,600bps的速率，2FSK調(diào)制，接收靈敏度為-106dBm,輸出功率為12dBm,其通訊距離可超過500米1GHz以下全球免執(zhí)照頻帶短距離無線系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)導(dǎo)入Bluetoot

32、h>WLAN、ZigBee等短距離無線技術(shù)之裝置（SRD）日益增加，本文將鎖定使用全球不需執(zhí)照授權(quán)的1GHz以下頻帶進(jìn)行詳細(xì)介紹，并分析跳頻展頻（FHSS）、直接展頻（DSSS）等不同寬帶調(diào)變技術(shù)，以及各國(guó)相關(guān)現(xiàn)行做法，提供1GHz以下頻帶無線系統(tǒng)設(shè)計(jì)者最佳開發(fā)導(dǎo)覽。SRD無線系統(tǒng)設(shè)計(jì)需考慮頻率選擇短距離裝置（SRD）此一名稱所涵蓋的，是能夠提供單向或雙向通訊，且?guī)缀醪粫?huì)對(duì)其他無線電設(shè)備造成干擾的各類無線電發(fā)射器。我們很難將所有SRD的使用完整列出，因?yàn)樗鼈兲峁┝颂嗖煌姆?wù)，其中較為受歡迎的使用包括有：家庭遙距控制（Telecontrolforhome），或是其它建筑物自動(dòng)化系統(tǒng)無線

33、感測(cè)系統(tǒng)警報(bào)器汽車，包括遙控免鑰匙門禁和遙控汽車啟動(dòng)無線語音及視訊SRD無線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者在選擇無線通信頻率上需要格外小心。在大多數(shù)的情況下，此選擇被偈限于頻譜中容許免執(zhí)照使用的那些部份，而前提是必須符合使用上的特定規(guī)格和條件。表一所列為全球可使用的頻帶。全球頻率分配評(píng)語13.56MHz40MHz433MHz2.4GHz5.8MHz用于近距通訊不常被使用，可能用于長(zhǎng)距離用于美國(guó)需要降低功率普及的全球頻帶有些系統(tǒng)從2.4GHz提高頻帶多重區(qū)域分配評(píng)語868MHz/915MHz可用于歐洲/美國(guó)/加拿大/澳洲/紐西蘭跳頻展頻（FHSS）發(fā)射技術(shù)是藉由將頻譜切割為一定數(shù)量的頻道，以便把時(shí)域中的能量加以分

34、散，并在這些頻道之間依虛擬隨機(jī)(pseudorandom)順序進(jìn)行跳躍，或是稱之為跳碼(hoppingcode),這是接收機(jī)和發(fā)射機(jī)中所為人熟悉的。為了迎接新加入網(wǎng)路中的節(jié)點(diǎn)(node),控制節(jié)點(diǎn)會(huì)遇期性的送出一標(biāo)識(shí)(beacon)信號(hào)，讓新加入的節(jié)點(diǎn)能和其進(jìn)行同步，同步所須時(shí)間會(huì)依標(biāo)識(shí)期間長(zhǎng)度及跳躍的頻道的數(shù)量而定。美國(guó)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)都制訂了相似數(shù)量的跳躍頻道，以及400ms的最大停留(dwell)時(shí)間(在任何單一跳躍期間內(nèi)，于某一特定頻率上所花費(fèi)的時(shí)間)。寬頻調(diào)變：DSSS除了FHSS,直接展頻(DSSS)也被新的歐洲法令所納入，在DSSS系統(tǒng)中，窄帶的信號(hào)被乘上一高速虛擬亂數(shù)(PRN)序列，

35、以產(chǎn)生出展頻信號(hào)。每一個(gè)PRN脈沖稱為一個(gè)chip",而序列的速率則是叫作chiprate"o至于原始窄帶信號(hào)所能展開的程度，則是稱之為處理增益(processinggain),此為chiprate(RC)對(duì)窄帶資料符號(hào)率(narrowbanddatasymbolrate)的比值。圖二所示為FHSS和DSSS的比較。wangxing2008/8/4無線自組網(wǎng)技術(shù)在任何時(shí)刻任何地點(diǎn)不需要現(xiàn)有信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持就能快速構(gòu)建起一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的-自組網(wǎng)是一組帶有無線收發(fā)裝置的移動(dòng)終端組成的一個(gè)多跳頻的臨時(shí)性自治系統(tǒng)。在這種環(huán)境中，由于終端的無線通信覆蓋范圍的有限性，兩個(gè)無法直

36、接通信的用戶終端可以借助其他終端的分組轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。它可以在沒有或不便利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的情況下提供一種通信支撐環(huán)境，從而拓寬了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的使用環(huán)境。蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和無線局域網(wǎng)都屬于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施范疇，它們需要類似基站或訪問服務(wù)點(diǎn)這樣的中心控制設(shè)備，而自組網(wǎng)是一種無中心的分布式控制網(wǎng)絡(luò)。自組網(wǎng)是移動(dòng)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的一種類型，這一點(diǎn)在自組網(wǎng)中的體現(xiàn)是：一方面，網(wǎng)絡(luò)的信息采用了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的分組交換機(jī)制，而不是電話交換網(wǎng)中的電路交換機(jī)制；另一方面，用戶終端是便攜式的，比如筆記本電腦、PDA、掌上型電腦、車載臺(tái)等，并配置有相應(yīng)的無線收發(fā)設(shè)備，并且用戶可以隨意移動(dòng)或處于靜止?fàn)顟B(tài)。自組網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的意義在于它為便攜終端實(shí)現(xiàn)自由快速的無線通信提供了可能。在自組網(wǎng)中，每個(gè)用戶終端兼?zhèn)渎酚善骱椭鳈C(jī)兩種功能，而在常規(guī)網(wǎng)絡(luò)中，路由器和主機(jī)通常是由兩個(gè)獨(dú)立的設(shè)備完成的。一方面，作為主機(jī)，用戶終端需要運(yùn)行面向用戶的使用程序，比如編輯器、瀏覽器等；另一方面，作為路由器，用戶終端需要運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議，根據(jù)路由策略和路由表參和數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)工作和路由維護(hù)工作。和其他通信網(wǎng)絡(luò)相比，自組網(wǎng)具有以下特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)的自組性一