小功率無線通訊在四表中的應用及發展

2011-05-16

引言:自國家無線電管理委員會將470~510Mhz規劃給民用無線計量儀表等類型設備使用,各類表計制造企業紛紛開始進行小功率無線數據傳輸的研究及產品化設計。其中可能因行業應用的不同而影響整體設計方案不同,同時各地方表計的主管部門也紛紛推出鼓勵政策,以促進該類行業的科技創新及產品應用。

1. 小功率無線通訊在電表中的應用及發展

電表的發展經過了機械式計量到電子式計量的過程,目前正在由電子式計量進入到電子智能化的階段,并且發展迅速。

電表應用的自動抄表經歷了紅外抄表,RS485總線通訊抄表,PLC電力線載波抄表,及目前正在發展的小功率無線抄表、GPRS抄表的階段。在目前的市場中,各總抄表方式共存、互補,并且在新的國家電網的電表標準中,已經將通訊模塊的物理接口做出強制規定,也為電表的各種通訊方式的兼容鋪平了道路。小功率無線抄表之所以在各類抄表模式的競爭中引起表計制造廠家的關注,主要有以下幾個優勢:

1)抄通率高。
2)通訊效率高。
3)安裝成本低。
4)可拓展應用多。
5)小功率無線技術門檻低,易于形成產品。

總體說來在實際應用中小功率無線通訊在目前的階段主要可以解決不入戶抄表,實時上傳數據,電表故障監測及未來實現智能電網合理分配電能等等功能。

電表由于有穩定的供電電源,相對對于智能化發展的過程中,對自身計量及智能控制,數據傳輸的過程中的能耗相對要求并不是非??量?,所以能夠在應用中靈活處理無線抄表碰到的問題,但也有其他三表中要求更高的電氣指標。

在電表的應用中基本要求具有如下的技術功能:

1) 自行組網功能。
2) 通訊自動調頻功能。
3) 可根據功能的拓展需求自升級功能。

1.1 自組網功能

無線自組網是一組以無線鏈路進行通信、由移動節點動態形成得網絡, 它是一個多跳的臨時性自治系統。

與單跳的無線網絡不同,自組網節點之間是通過多跳數據轉發機制進行數據交換的, 需要路由協議進行分組轉發決策。無線信道變換的不規則性, 節點的移動、加入、退出網絡等也會引起網絡拓撲結構的動態變換, 路由協議的作用就是在這種環境下,監控網絡拓撲結構變換,交換路由信息。定位目的節點位置,產生、維護和選擇路由,并根據選擇的路由轉發數據,提供網絡的連通性。它是移動節點互相通信的基礎。

無線自組網的主要特點在于不需要固定的基礎設施支撐,不需要預先配置主機,能夠在任何時間、任何地點快速的組建起一個移動通信網絡;節點可以任意移動,網絡拓撲結構動態變化,沒有專用的固定基站或路由操作作為網絡的管理中心,網絡中每個節點都兼有主機和路由器的功能;節點間以對等的方式進行通信, 具有高度的協作性,網絡路由學藝通常采用分布式控制方式,比中心結構的網絡具有更強的魯棒性和抗毀性等。

1.2 防沖撞通訊或自動跳頻功能

在設置路由設備的頻率時,由于采用的是同頻收發,自然就存在節點之間的同頻干擾問題。在解決這個問題時,可以使用載波偵聽多點接入/ 避免沖撞的方法。在每次發送數據時,需要先等待一個任意長的周期,在這個任意的退避時間之后,如果設備發現信道空閑,就會發送數據幀;反之,如果設備發現信道正忙,則將等待任意長的周期后,再次嘗試接入信道。這樣可大大降低沖突發生次數的概率,從而能夠滿足抄表的需要。

1.3 自動升級功能

根據日后的用戶需求,增加更多的功能及產品升級、調整等,無線抄表的方案在設計之初需要預留自升級的功能及接口,這樣可以大大增加產品的使用期限及附加值。

2. 小功率無線通訊在氣、水表中的應用及發展

隨著國家的節能減排的大政策背景下,氣、水表的發展將實現跨越是發展的趨勢。由目前仍然在使用的以機械式計量為主的方式直接進入到智能式計量、控制的方式。

氣、水表有一個共同的特點:電源部分絕大多數都是使用電池進行供電。所以對于無線抄表的實現則相比電表對于自身能耗的指標要嚴格許多。

主要的技術要求如下:

1) 超低功耗

由于氣、水表都是使用電池進行供電,在原有的電子部分增加無線通訊的功能,并不顯著減少工作使用壽命的要求,則對設計者提出更高的要求。

有于自組網為保持網絡節點及通訊路徑的穩定,必須要頻繁進行節點間的通訊,所以在目前的技術背景下則能難實現超低功耗的要求。

當然也可以根據實際的最終抄表系統要求,以固定網絡的方式實現,即設立固定路由,其余節點則指定和固定路由通訊的方式實現多節點無線抄表。協議也相對簡單及高效。

低功耗的實現也有賴于抄表系統的實際用戶需求,例如水、氣表單月在某時間段進行工作,其余時間都處于非工作狀態以減少功耗。

根據無線信號的強弱,自動調節發射功率,以減少功耗等等。

目前在水、氣表中的應用中,以點對點的方式為主要方式,可以最簡化抄表系統的設計及最高效率化數據采集。

2) 無線信號穿透能力強

由于水、氣表的安裝及使用基本在每用戶房屋內,所以無線抄表可以實現不入戶抄表,及用戶不在房屋內進行抄表等實際問題。無線信號的穿透力則顯得非常重要。為提高點對點的抄表效率,實際表計廠家要求能夠無線信號能夠穿越樓層5~7層。實際設計過程中,穿透力和超低功耗需要取一個平衡點,往往需要經過大量的現場試驗以達到最佳性能比。

3) 體積小型化

由于水、氣表的體積越來越小型化,本身機械傳感器部分的體積較大,留給電子計量及無線通訊模塊的結構空間相對很小。這就要求電子部分的設計盡量小型化。所以對無線通訊模塊的集成度提出更高的要求。

3. 小功率無線通訊在熱表中的應用

熱表目前的發展在近幾年非常迅速,隨著國家關注民生問題,解決社會矛盾的要求,熱表需求在中國的北部迅速增加。

目前熱表主要有兩種類型,一種是散熱片式熱能計量,主要針對老的供暖系統加裝計量表;另一種是新建供暖系統的管道式計量表。

在管道式計量表的技術需求基本和水、氣表的需求一致。散熱片式熱能計量表則有集成度更高的需求,傳感器的信號處理、計算,及計量數據的無線傳遞盡量能夠在一顆芯片中完成,這樣可大大提高表計的精度及減少功耗,延長表計的電池使用壽命。

本網站由阿里云提供云計算及安全服務 Powered by CloudDream
亚洲无码在线人妻