無線通信SCADA系統的實現與應用

3.2 無線通信

3.2.1 通信介質

無線通信SCADA系統監控中心與RTU之間采用VHF/UHF無線電臺進行數據傳輸，工作頻率為203～450Hz（須向當地無線電管理部門申請相應的頻點），數據通信的調制方式為FSK，傳送速率為300～1200bps。RTU站點間分布較散，與監控中心距離較遠，因此通信體制采用大區制。監控中心選用TAIT 855/856基地臺，發射功率為45W，工作在全雙工方式，覆蓋范圍與高增益全向天線鐵塔的高度有關，半徑可達幾十公里。RTU采用Motorola GM300車載電臺，配以定向天線，發射功率為25W，工作在半雙工方式。

3.2.2 通信方式

監控中心采用廣播方式或點對點方式向RTU發送命令。采用廣播方式時，RTU只接收命令并執行，如校對時間、修改開/關燈時間等命令；采用點對點方式時，如遙測、遙控等命令，RTU先進行站點編號確認，若是則根據命令格式執行相應操作，如控制路為開/關、向監迭中心返回電流、電壓、開關狀態、故障碼數據幀等。

3.3 外圍站RTU結構模塊設計

無線通信SCADA系統的外圍站RTU結構圖如圖2所示。

RTU主要由單片機測控系統組成，包括數據采集處理及A/D轉換電路、鍵盤顯示電路、時鐘電路、路燈全夜燈/半夜燈控制電路、無線通信電路。外圍站都可獨立運行，即使因通信故障等原因無法與監控中心聯系，也可單獨完成路燈系統的日益監控。

單片機測控系統采用80C31作為CPU，27C256作為EPROM，62256作為RAM，在地址譯碼電路中采用74LS138，P2.7分別接62256的片選信號(為零選中)及74LS138管腳G1（為1選中），P2.4、P2.5、P2.6分別接74LS138管腳A、B、C，輸出片選信號控制多路開關、ICL7109、DS12887、74HC245、液晶顯示。

（1）數據采集及A/D轉換電路

RTU實時測量參數包括線路的電壓、電流、電度表讀數等。該模塊模擬輸入信號有三相交流電壓UA～UC。線路總電流IA～IC，各支路電流（本系統最多可檢測8條支路）I1A～I1C、…、I8A～I8C，信號經V/I變送器、多路開關（4051×4片）、信號處理電路（包括對交流信號整流、濾波等變換）后送入雙積分式A/D轉換器ICL7109，轉換成十二位二進制數，其中低八位D1～D8與P0.0～P0.7相連，高四位D9～D12與P0.0～P0.3相連，CPU通過控制高/低字節使能端HBEN、LBEN分別從數據總線上讀取高四位及低八位數據。

（2）鍵盤顯示電路

采用液晶顯示。鍵功能主要有：設置站號、時間、各支路電流變化值、電流/電壓調零校正、全夜燈/半夜燈模式，巡檢/定點檢測每一支路參數等。

（3）時鐘電路

采用時鐘芯片DS12C887提供精確時鐘信號，包括年、月、日、時、分。可通過手動方式修改時間，也可由監控中心統一校時。

（4）路燈開/關電路

可通過固化在EPROM中的每日開/關燈時間自動執行該站點路燈線路的通/斷，也可通過手動設置方式或由監控中心進行遙控來實現線路通/斷。

（5）無線通信電路

由調制/解調芯片TCM3105將接收的模擬載波信號解調為數字信號傳給CPU，將需發送的數字信號調制成模擬載波信號并通過GM300車載電臺、定向天線與監控中心進行數據傳送。

4 路燈無線通信SCADA系統實現的注意事項

采用VFH/UFH電臺通信的城市路燈無線通信SCADA系統已經連續幾年正常運行。經驗表明，只要解決好數據無線傳輸的可靠性問題，在城市大容量監控系統中該方法明顯優于有線傳輸方式，性能價格比高，且可方便地任意擴展RTU。筆者認為在設計調試安裝過程中還需要注意以下幾方面：

（1）尤其要重視無線信號的場強測試。在外圍站安裝前，由監控中心基地臺發送信號，每一個RTU安裝處都要進行場強測試，應無明顯的同頻干擾和異頻互調干擾，信號電平應在20dB以上。若某個RTU不能滿足，須改變其地址；當大部分 RTU都不能滿足要求時，必須改變無線電臺的工作頻點。

（2）不能選擇過高的通信波特率，否則極易引起丟碼現象。

（3）在A/D轉換電路調試中發現，ICL7109芯片引腳17（TEST）、27（SEND）不能懸空，應與26（RUN/HOLD）同接+5V。否則A/D轉換數據經常會出現不穩定現象。

（4）用于測量三相電壓的V/I變送器不能直接裝在主板上，否則極易受雷擊而燒毀主板。

（5）在多山地區若無線信號受影響可設立中斷站。