遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)通信方式的原理及應(yīng)用

文/張宇瑤 姜文喆 何鶯

傳統(tǒng)人工進(jìn)戶抄表的方式不僅會(huì)浪費(fèi)大量人力、物力以及財(cái)力，管理工作量較大，而且經(jīng)常由于人員失誤而導(dǎo)致抄表錯(cuò)誤等問(wèn)題的出現(xiàn)，而數(shù)據(jù)通信的高效化，能夠促進(jìn)遠(yuǎn)程抄表質(zhì)量和效率的提升。

1 儀表總線

儀表總線（M-Bus）屬于一類國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，兼具構(gòu)造簡(jiǎn)單、可靠性強(qiáng)以及造價(jià)低廉等特征，采取雙絞線電纜的連接方式，極性、拓?fù)錈o(wú)關(guān)，便于進(jìn)行管理和維護(hù)。通過(guò)雙絞線完成數(shù)據(jù)通信，同時(shí)為儀表提供電源，能夠?qū)崿F(xiàn)300-96000bps的半雙工異步通信。通常是將M-Bus用于各種消費(fèi)類電表當(dāng)中，能夠收集表頭數(shù)據(jù)并向集中器傳輸，再結(jié)合相應(yīng)方法傳送給主站，便于遠(yuǎn)程化、智能化抄表。除此之外，還能擴(kuò)展出包括遠(yuǎn)程控制及系統(tǒng)監(jiān)控等相關(guān)功能。

M-Bus屬于主從系統(tǒng)，主要由一個(gè)集中器實(shí)現(xiàn)通信控制。系統(tǒng)組成包括一個(gè)集中器、多個(gè)終端以及兩條傳輸線，將終端儀表并聯(lián)于傳輸線路當(dāng)中，通過(guò)地址碼劃分終端。集中器在為終端發(fā)送命令的過(guò)程中，需要配置相應(yīng)的地址碼，儀表在接收到命令之后先比較其地址碼與自身一致與否，倘若不一致，便不會(huì)對(duì)此命令形成響應(yīng)。為縮減系統(tǒng)成本投入，M-Bus只應(yīng)用到兩條線纜對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。為了達(dá)成終端遠(yuǎn)程供電效果，在總線中所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位需要應(yīng)用以下方式進(jìn)行表達(dá)：

（1）由集中器至終端所進(jìn)行的信號(hào)傳輸利用電壓值變化進(jìn)行表示，以+36V代表邏輯值“1”，以+24V（降低12V）代表邏輯值“0”。倘若處于穩(wěn)定傳輸狀態(tài)，線路當(dāng)中的值會(huì)呈現(xiàn)為持續(xù)的“1”狀態(tài)，如圖1所示。

圖1

圖2

（2）由終端至集中器所進(jìn)行的信號(hào)傳輸主要采取電流值變化的方式進(jìn)行表示，利用1.5mA代表“1”。在傳輸“0”的情況下，終端控制會(huì)使電流數(shù)值提高11-20mA。如果處在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，線路當(dāng)中的值會(huì)呈現(xiàn)為持續(xù)的“1”，如圖2所示。

因?yàn)榧衅髟跒榻K端進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中電壓值變化的范圍是12V，終端為集中器進(jìn)行信號(hào)傳輸過(guò)程中電流變化范圍是11mA，所以系統(tǒng)整體具有非常良好的抗干擾性。

2 RS-485總線

RS-485同樣屬于智能小區(qū)管理當(dāng)中較為常用的一種通信總線接口方式，不僅價(jià)格低廉，而且在通信速率與距離等方面均能有效滿足于遠(yuǎn)程抄表所呈現(xiàn)的需求。RS-485數(shù)據(jù)信號(hào)主要采取差分傳輸（亦可稱之為平衡傳輸）的方式，包括正電平、負(fù)電平以及高阻三態(tài)。其發(fā)送與接收端利用平衡雙絞線實(shí)現(xiàn)連接。倘若接收端間出現(xiàn)超過(guò)+200mV的電平，會(huì)呈現(xiàn)正邏輯電平輸出，低于-200mV則會(huì)呈現(xiàn)負(fù)邏輯電平輸出。一般情況下，接受平衡線當(dāng)中的電平處于200mV到6V范圍之內(nèi)。在遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用RS-485接口，其相應(yīng)的總線接收器可以應(yīng)用的芯片類型較多，比如MAX485、SN65等。

3 電力載波通信

這是一種在以往較為常用的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)通信方式，其優(yōu)點(diǎn)在于并不需要對(duì)通信線路進(jìn)行專門鋪設(shè)，可以通過(guò)既有低壓電力線當(dāng)作其傳輸介質(zhì)，從而完成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)形式的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)處于電力線中作數(shù)據(jù)傳輸處理的過(guò)程中，要通過(guò)電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)制和解調(diào)。就現(xiàn)有電力線載波通信相關(guān)的各類產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，通常采取窄帶及擴(kuò)頻兩種通信方式。由于通過(guò)窄帶通信技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)具有較強(qiáng)的簡(jiǎn)便性，同時(shí)價(jià)格低廉，因此較為常用。從另外一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，為提高通信速率與抗干擾效果，為實(shí)現(xiàn)在家庭或者經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品中的通信與網(wǎng)絡(luò)控制，要選擇可靠性更強(qiáng)的電力線載波技術(shù)。

4 微波通信

微波通信是將微波當(dāng)作其傳輸介質(zhì)以實(shí)現(xiàn)通信的一種方式，對(duì)于遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在集中器與主站間的通信可以采取此種方式。跟其它專線通信方式比較，節(jié)省了對(duì)專用線路以及設(shè)備進(jìn)行建設(shè)的投資。因?yàn)槲⒉ň邆浜凸獠愃蒲刂本€進(jìn)行傳播的特征，一般只可以在兩點(diǎn)之間沒(méi)有障礙的情況下實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。倘若在超過(guò)視距的兩個(gè)或者多個(gè)點(diǎn)之間采取微波通信方式，需要應(yīng)用中繼方式得以實(shí)現(xiàn)。基于此，可應(yīng)用微波接力站以完成中繼，亦或是利用對(duì)流層散射、衛(wèi)星等完成中繼。依據(jù)其調(diào)制方式，主要將其分成模擬通信及數(shù)字通信兩大類型。因?yàn)槟M通信占據(jù)的頻帶比較窄，且傳輸通道當(dāng)中頻帶的利用率比較高，對(duì)微波通信進(jìn)行模擬的設(shè)備比較簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，因此應(yīng)用范圍較廣。數(shù)字信號(hào)則是以數(shù)字的形式實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的表征。因?yàn)閿?shù)字信號(hào)所具備的優(yōu)越性，為微波通信過(guò)程形成了較大的便利，大幅提升通信質(zhì)量。遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)當(dāng)中，集中器和主站之間進(jìn)行通信的過(guò)程便可采取模擬或者數(shù)字通信方式進(jìn)行，其中數(shù)字通信具有更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。與模擬通信相比，數(shù)字通信的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：

（1）數(shù)字信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)在中繼站中再生，并且不會(huì)出現(xiàn)失真情況，比較適合用于超長(zhǎng)距離傳輸，傳輸質(zhì)量較高；

（2）數(shù)字通信系統(tǒng)能夠和數(shù)字程控交換機(jī)之間直接相互連接，并不需要配置轉(zhuǎn)換設(shè)施，更為適合對(duì)ISDN信號(hào)的傳送，傳送效率較高；

（3）數(shù)字信號(hào)自身具有較強(qiáng)的抗干擾性能，可以有效縮減對(duì)于其它類型通信系統(tǒng)所形成的干擾；

（4）便于進(jìn)行加密處理。

5 微功率短距離無(wú)線通信

依據(jù)信道介質(zhì)進(jìn)行劃分，較為常用的通信方式主要包括：

（1）光纖通信。具備頻帶較寬、傳輸距離較遠(yuǎn)、速率較高以及抗干擾性能較強(qiáng)等特征，符合上層通信網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用需求；

（2）因?yàn)殡娫挼钠占?，?yīng)用既有電話網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信屬于一種具有較強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性和高效性的通信方案。采取電話網(wǎng)進(jìn)行通信，僅需在工作主站以及數(shù)據(jù)集中器位置加設(shè)調(diào)制解調(diào)器便可，傳輸速率能夠達(dá)到56Kbps。然而，此種通信方式所需接通時(shí)間一般較長(zhǎng)；

（3）對(duì)分布分散形式的集中器，通常采取無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，目前較為常用的無(wú)線通信方式包括藍(lán)牙技術(shù)、紅外技術(shù)和微功率短距離通信技術(shù)等。其中，微功率短距離通信技術(shù)采用數(shù)字信號(hào)的單片射頻芯片，同時(shí)配置微控制器以及部分外圍器件，共同組成專用或者通用形式的無(wú)線通信模塊。通常情況下，射頻芯片采取FSK調(diào)制方式，以實(shí)現(xiàn)在ISM頻段的運(yùn)行，通信模塊中含有具備簡(jiǎn)單化和透明化特征的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議（亦或是加密協(xié)議），并不需要用戶對(duì)無(wú)線通信原理以及相應(yīng)工作機(jī)制形成深刻理解，僅需通過(guò)相關(guān)命令字加以操作便可完成數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。由于具備功率較小、開(kāi)發(fā)快速而簡(jiǎn)單等特征，得到較為廣泛的應(yīng)用。然而，由于數(shù)據(jù)傳輸速度較慢，且流量較小，更加適合用在對(duì)小型網(wǎng)絡(luò)的搭建當(dāng)中。

6 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，對(duì)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)通信方式原理其適應(yīng)性的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)于提高抄表質(zhì)量和管理效率，強(qiáng)化電力供給質(zhì)量能夠起到良好的促進(jìn)作用。要在強(qiáng)調(diào)其適用性的同時(shí)，考慮其經(jīng)濟(jì)性能，以獲得更為優(yōu)質(zhì)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。