基于北斗短報文通信的用電信息采集系統(tǒng)

王 娟，朗珍白桑，劉雪強，黃 剛

西藏星傳北斗衛(wèi)星導航平臺有限公司，西藏 拉薩 850000

0 引言

為了解決偏遠地區(qū)的信號薄弱和不穩(wěn)定問題，現(xiàn)階段電網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)加強對各種多接入通信方式的利用，不僅包括光纖通道和中壓電力線載波等技術[1]，還包括北斗短報文通信技術。但是，因為在運營中，光纖、電纜等材料的使用需要較高的成本，所以施工難度較大，而北斗衛(wèi)星通信技術的利用，可以在很大程度上解決信號覆蓋和成本問題，已經(jīng)成為現(xiàn)階段解決信號盲區(qū)和不穩(wěn)定地區(qū)用電信息采集通信的科學途徑。

1 系統(tǒng)整體方案

1.1 系統(tǒng)結構

整個用電信息采集的設計過程不僅包括用電信息的數(shù)據(jù)結構設備設計，也包括數(shù)據(jù)采集和傳輸設備等模塊的利用。用電信息采集終端還包含智能電表、采集器等，將其利用在多戶居民的數(shù)據(jù)采集中，通過集中對用電數(shù)據(jù)拆包，實現(xiàn)北斗短報文模塊的數(shù)據(jù)采集，讓主站服務器負責向用電信息發(fā)出查詢命令，然后對返回的數(shù)據(jù)進行集中處理。

1.2 系統(tǒng)工作模式

任何設備的運行和使用都要在國家規(guī)定標準范圍中進行，對于用電系統(tǒng)的設計更是如此，不僅要符合國家標準的要求，也要符合電網(wǎng)的要求，在該研究中，系統(tǒng)工作主要涉及兩種信息采集模式的利用，一種是自動對所需的用電信息進行采集，另一種是通過系統(tǒng)控制實現(xiàn)對信息的采集，但是需特別注意的是，在自動模式的利用中，主要按照主站的需求進行機械能任務采集，這個過程中應詳細規(guī)定采集時間和任務，然后自動實現(xiàn)對用電數(shù)據(jù)的傳輸。對于受控采集模式的利用中，一旦出現(xiàn)自動采集數(shù)據(jù)的失敗，應科學地通過主站或者人工方式向信息采集器發(fā)出信號，讓其及時實現(xiàn)對用電數(shù)據(jù)的補充，使整個信息采集更加全面。

2 硬件系統(tǒng)設計

為了保證用電信息采集系統(tǒng)的有效利用，需加強對硬件系統(tǒng)的設計，尤其是在北斗短報文通信基礎上的設計，進行硬件設計的關鍵是對數(shù)據(jù)和設備的利用。該系統(tǒng)主要負責對用電數(shù)據(jù)的拆包和組包，從而將協(xié)議和解析數(shù)據(jù)嵌入設備中，其中硬件結構主要包括單片機最小系統(tǒng)和串口通信模塊、下載管理模塊等，主要需要對串口通信模塊進行串聯(lián)[2]。所利用的轉(zhuǎn)化芯片為MAX3232型號，主要發(fā)揮信息交換的板塊是串口結合北斗短報文模塊，一般應將波特率控制在19 200 bit/s，數(shù)據(jù)設計為8位，無須進行校驗。在利用第二個串口時，要結合集中器通信，對于波特率的選擇需控制在9 600 bit/s，數(shù)據(jù)也是保持在8位。為了實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的利用，要做好對數(shù)據(jù)的下載管理，這需要在實際的設計中，保持及時的數(shù)據(jù)調(diào)試，以保證數(shù)據(jù)來源的真實性和準確性。在各個供電SD卡的利用中，為了實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的儲存，需要通過數(shù)據(jù)的及時調(diào)整，測試對大量數(shù)據(jù)的上傳，保證對數(shù)據(jù)的合理利用。此外，需要提前將用電數(shù)據(jù)保存在SD卡中，通過單片機對數(shù)據(jù)讀取，保證數(shù)據(jù)處理的穩(wěn)定性，防止數(shù)據(jù)的丟失，保證數(shù)據(jù)使用的可靠性。

3 軟件系統(tǒng)設計

3.1 可靠通信方案

要想實現(xiàn)對北斗短報文通信系統(tǒng)的利用，就要控制單次傳輸?shù)木窒扌?，因此?shù)據(jù)拆、組包的核心思想如下：如果進行發(fā)送端數(shù)據(jù)拆包，就要適當?shù)丶尤氚^，在接收到對面的信息后，需要對子包包頭進行拆除，然后科學地對數(shù)據(jù)進行分析，讓組包恢復原來的數(shù)據(jù)；如果使用的過程中，在接收端能夠控制使用的時間，但是無法接收全部子包，就無法有效完成分組，此時，需要通過接收端發(fā)出請求，重新將丟失的子包進行分析，整個操作被稱為補包；如果在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，相關的補包工作不成功，就要反復重復上述補包行為，實現(xiàn)補包的效果；如果經(jīng)過反復的補包，數(shù)據(jù)搜集實施不成功，需重新進行任務設定，進行下一次任務時，需要保證用電數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｎ恼轮饕帽倍范虉笪哪K，對于SIM卡所規(guī)定的單次傳輸報文長度需控制在78.5字節(jié)，但是考慮到拆包后的文字長度，應對集中器上報的超過70字節(jié)的數(shù)據(jù)包進行科學處理，保證用電數(shù)據(jù)的恢復。

3.2 數(shù)據(jù)壓縮方案

在基于北斗短報文通信的用電信息采集系統(tǒng)利用中，應該加強對數(shù)據(jù)壓縮方案的利用。由于集中器上傳的數(shù)據(jù)量比較大，需要充分地利用北斗短報文通信實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的傳輸，降低傳輸?shù)暮臅r，提升傳輸?shù)男省榇?，可以采用先壓縮后拆包傳輸?shù)姆绞?，保證傳輸?shù)馁|(zhì)量，但是系統(tǒng)對壓縮完整性具有較大的需求，因此需要及時對壓縮端數(shù)據(jù)進行解壓，利用元損壓縮的LZ77算法進行數(shù)據(jù)核算[3-4]。該方法的利用核心是，通過對數(shù)據(jù)的分析，保證對數(shù)據(jù)重復結構的壓縮，讓短報文數(shù)據(jù)從預置區(qū)到達滑動窗口，使數(shù)據(jù)進入緩沖區(qū)。在對整個數(shù)據(jù)進行壓縮時，需要保證對預置區(qū)數(shù)字的利用，然后將數(shù)據(jù)科學地滑動到窗口。此時，可以將窗口區(qū)的數(shù)據(jù)作為基礎，進行后續(xù)的數(shù)據(jù)搜集和利用。如果整個系統(tǒng)的利用中，沒有進行科學的字符數(shù)串匹配，字典進行索引時需要利用原字符；如果在信息采集中，沒有合適的字符符合，需利用計算機手段實現(xiàn)對字符長度的改變。通常需控制預置區(qū)和滑動窗口之間的字符長度，原因是字符長度會直接影響數(shù)據(jù)的傳輸效果，影響對數(shù)據(jù)包的壓縮。例如，利用LZ77算法進行解壓縮時，需要先通過滑動窗口的數(shù)據(jù)搜集和緩存，讓其實現(xiàn)單個字符的使用原則。

4 系統(tǒng)安裝

為了保證北斗短報文通信用電信息采集系統(tǒng)的有效利用，需加強對使用系統(tǒng)的安裝和測試，系統(tǒng)安裝和測試中，所使用的儀器型號為DJGZ33-WFET1600。在電壓器的前端位置設置幾個不同的用戶電表，監(jiān)測時將安裝系統(tǒng)放在變壓器上。具體到對數(shù)據(jù)的采集與傳輸，一個口與串口結合，另一個串口與北斗短報文進行結合。在主站使用中，需要提前將北斗短報文模塊和采集設備均安裝在電力公司樓頂，一端與北斗短報文模塊進行串聯(lián)，另一端與用電信息采集主站進行連接。

5 性能參數(shù)分析

在相關性能的研究中，應該加強對北斗短報文技術的利用，性能分析中可以將SIM卡號設置為257453與256455，其在通信中的服務頻率為60 s/次。為了保證通信的通暢性，需要在系統(tǒng)發(fā)出連續(xù)子包時，每隔固定的時間進行一次數(shù)據(jù)發(fā)送，此時的數(shù)據(jù)通信頻率可以設置為70 s/次。

對于采集成功率的模擬試驗可以分為5組，這5組試驗需要不同的數(shù)據(jù)類型測試，而且需保證每組試驗的重復次數(shù)為60次，進而對試驗的成功率進行統(tǒng)計。這充分說明在沒有采用補包的情況下，用電信息采集的成功率可以達到91.67%～93.94%，其平均成功率為92.98%。即使該系統(tǒng)的應用范圍是信號封閉地區(qū)，對于北斗信號的利用也會在一定程度上受到影響，尤其是在利用補包技術的條件下，用電信息采集效率可能會實現(xiàn)顯著提高，即補包所發(fā)揮的作用。由此可知，基于北斗短報文通信的用電信息采集系統(tǒng)具有一定的安裝和使用性能。

6 結束語

為了更好地實現(xiàn)對山區(qū)地區(qū)無網(wǎng)絡問題的解決，文章研究加強對用電信息的搜集和統(tǒng)計，設計了一種基于北斗短報文通信的用電信息采集系統(tǒng)。該設計重點在于實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集和設備傳輸，保證設備能夠有效地對集中器上報的數(shù)據(jù)進行拆包，從而保證北斗短報文通信協(xié)議封裝和傳輸。安裝和測試結果表明，偏遠地區(qū)加強對用電信息采集系統(tǒng)的利用，不僅可以實現(xiàn)對采集成功率的提高，而且能有效解決信息采集難題。進行下一步計劃實施時，需要利用北斗通信指揮機當作接收端模塊，從而更好地配合數(shù)據(jù)采集，完成對數(shù)據(jù)的傳輸和應用，保證采集任務的順利完成。