適應多種智能電表通信規約的無線抄表解決方案

摘要：本文闡述了一種適應多種智能電表通信規約的無線數傳模塊，可嵌入多功能電表和電力負控裝置，完成遠程無線抄表和遠動控制的解決方案。射頻模塊采用深圳市友訊達通訊設備有限公司的FC-210/E，該模塊采用窄帶調頻方式，數據調制采用FFSK（MSK）。數據雙向傳輸可靠，誤碼率低，有效地保證了電能表等智能儀表的數據傳輸。可廣泛應用于遠程抄表和其它智能儀表集抄領域。

無線抄表在發達國家和地區早已盛行，抄表車在用戶電表附近行走一遍，電表的各種數據就抄入抄表車電腦中。然而無線抄表在國內才剛起步，在集抄過程中數據傳輸的通訊規約，也是多種多樣。雖然電力部在1998年發布了其行業標準——多功能電能規約，但由于種種歷史原因，到目前普及為理想。怎樣更好地實現無線數傳的包容性和開放透明，是應用人員及各生產廠家最為關心的。

本文介紹一套能包容多種通信規約的數傳體制，它符合我國電力遠端無線數據傳輸實情的嵌入式無線抄表方案，已成功用于多家電表廠，取得了較好的社會效益。

1 我國電能表數據通信規約介紹

在我國運行的眾多電能表通信規約，就其根本來說，是從VAN_COMM規約演來來。VAN_COMM規約是美國FERRANTI公司開發的信息變換標準，適用于“主從式”或“問答式”處理環境，主站（通常一個）主動向子站（多個）詢問，子站只被動回答。以下分別介紹我國有代表性的兩種通信規約。

1．1 多功能電能表通信規約（國家電力行業標準）

該規約為主-從結構半雙工通信方式，手持單元或其它數據終端為主站，費率裝置為從站，每個費率裝置均有各自的地址編碼。通信網絡的建立和解除均由主站發出的信息幀來控制。每幀由幀起始符、從站地址域、控制碼、數據長度、數據域、幀信息縱向校驗及幀結束符等7個域組成，每部分由若干字節組成。

a、字節格式：采用RS-232的規約

每字節含8位2進制碼，傳輸時加上一個起始位（0），一個偶校驗位和一個停止位（1），共11位，其傳輸序列如下圖：

b、幀格式如下：

其中：L≤200

1.2 “湖南”通信規約

“湖南”通信規約是指湖南威勝電表廠的通信規約，該規約的主要特征如下：

通信接口：標準異步RS-232/RS-485

字格式：1位起始位、8位起始位、偶校驗、一位停止位；

波特率：300bps/600bps/1200bps/4800bps、默認1200bps；

幀格式：

其中：L≤255

以上介紹的兩種規約是國內電能表的最具有代表性的通信規約。從以上的規約中，可總結以下共同點：

·通信接口為RS-232/RS-485接口；

·幀長度：≤256byte；

·波特率：300～9600bps可變；

·雙向半雙工通信方式；

·幀長度不確定。

2 FC-201/E無線抄表解決方案

2.1 FC-201/E無線數傳模塊的工作原理

FC-201/無線數傳模塊是一種模組式結構的小型雙向數傳電臺，內置高性能單片機，信號調制解調器，VHF/UHF頻段射頻模塊及RS-232標準通訊接口。將RS-232接口輸入的數據進行FFSK（MSK）調制，經射頻模塊調頻后發射出去；接收端射頻模塊接收到射頻信號后，經過接收機數字信號處理后還原為數據，回送給用戶系統，以此完成兩上用戶之間的雙向數據無線傳輸。其原理如圖1所示。

數據的收發過程如下：

(1) 數據發送如圖2所示。

(2) 數據接收如圖3所示。

2.2 FC-201/E無線抄表解決方案

FC-201/E無線抄表解決方案的基本設計思想是在現有的各種多功能電表基本不變的情況下，用無線的方式來實現集抄中心或手抄器，對各種表計的無線數據集抄。FC-201/E無線抄表解決方案的系統構成。

其工作原理如下：

由集抄中心（手抄器或集抄器）根據各個電表的通信協議，對各電表進行查詢和呼叫，各電表的地址分配與定義由多功能電表的協議確定。集抄中心的集抄內容及過程可通過上層軟件download。當集抄中心要獲取某一塊多功能電表的數據時，將帶該表地址碼的數據以RS-232的方式傳送給FC-201/E，中心站的FC-201/E在收到RS-232的信息后，即轉換為無線信號發射出去。外圍站的無線多功能電表在常態都處于接收狀態（即listen），當收到本身的地址信息后，即執行集抄中心的指令，并將中心需求的數據發送給中心。

2.3 用FC-201/E實現無線抄表系統的技術關鍵點

用FC-201/E實現無線抄表必須解決以下幾個問題：

（1）數據傳輸的可靠性

由于多功能電表的安裝環境參差不齊，而且電磁環境也各個相同，為實現無線數據的可靠性傳輸FC-201/E采用了以下措施：

·采用窄帶的通信方案

通信帶寬為25kHz，接收及發射的帶外抑制比≥60dB，由此使得干擾信號落入帶內的概率大大降低。

·采用調頻的通信體制

FC-201/E采用調頻販通信體制，在通信過程中基帶信號的特性在無線的傳輸過程中體現在無線信號的領域特性上。因此在傳輸過程中，接收點的信號特性不會因為接收點信號強度的變化而變化，大大地提高了抗多徑能力，同時也可適應多種安裝環境。

·采用了糾錯、檢錯措施

（2）數據協議的包容性

由前面的介紹可知，我國多功能電表的通信協議同出一轍，但基具體內容卻各具特色。大多數廠家在以前的設計過程中，多以有線或紅外的通信方式為基礎，作為無線數傳。要實現數據的可靠傳輸，應以幀結構方式進行傳輸，然而采用傳統的定幀傳輸已很難適應要求。為了提高數據傳輸的包容性，在FC-201/E的設計中采用了以下的包容性設計方案：

·空中數據動態組幀；

·接口速率自適應；

·用戶數據全透明。

由此設計的FC-201/E已完全拋開了各種電能表通信規約本身的內涵，而實現了表與集抄器之間各種通信約的全透明傳輸。

（3）數據傳輸的時效性

在FC-201/E無線抄表解決方案中，數據傳輸的時效性是一個非常關鍵的參數，該參數直接關系到系統的容量。為了提高FC-201/E數據傳輸的時效性，首先在調制方式上采用了FFSK（MSK）的調制方式，從而支持了2400bps的傳輸速率，同時在硬件上采用發射機的快速啟動技術，保證了發射機的開啟時間≤25ms。

FC-201/E的接收靈敏度高達0.25μV，發射功率為50～100mW，這樣即可實現500～800m的有效距離傳輸。FC-201/E的體積為46mm×72mm×14mm，因此可以方便地嵌入到電表中。

FC-201/E可適應多種通信規約，各種智能電表只需將其RS-232/RS-485或UART與FC-201/E的通信接口相聯，即可方便地實現無線電表集抄。

隨著現代計算機技術和無線通信技術的迅猛發展，全面實現用電管理和集中抄表的現代化已成為必然趨勢。尤其是在電力線載波抄表，IC卡預付費電表以及紅外抄表在實用中遇到不少剖的情況下，堅信FC-201/E會給無線遠程抄表開創一個新的局面。