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基于Zigbee的自动抄表系统设计(1)

www.cechina.cn2012.03.28阅读 1467

  水表、气表和电表的抄表工作正在向遥控和自动化方向发展,这一趋势获得了计量表生产商和能源配送相关服务商的积极推动,而不少政府机构也认识到了远程抄表和配电网远程管理的优势之所在,因而也大力支持。此外,这种趋势还催生了若干专为新一代计量表制定规范的委员会的成立。
  计量表必须具有安全稳健的通信协议,以应对恶劣的安装布局,而且还必须拥有防潮湿和防破坏的按钮和显示器,以及用于电磁阀和/或旋转传感器(提供角位置信息)定位的编码器。这些按钮、显示器和编码器必须具有防止直接或者通过感应磁场或感应电场篡改的能力。计量表还必须拥有长达数月的事件记录功能,以应付长时间无法与接入点进行通信的情况。另一个常见的要求则与计量程序有关,就是计量表必须在固件升级时也能如常进行工作,并确保达到某些安全参数。另外,在必须配备电池供电的情况下(至少在燃气表中是如此),设备的总能耗必须非常低。
  无线电协议
  在分析本节的这些要求和选择时,我们可以列出针对计量应用的通信协议所必须具备的一些特性。首先CONTROL ENGINEERING China版权所有,家用计量表的首选解决方案应当是采用射频通信。其最主要的参数包括:
  高能效:以确保电池寿命较长,并减少抄表人员的工作量;数据可靠且稳健控制工程网版权所有,因为信息的完整性是绝对关键的要素;
  安全性:必须采用复杂的加密算法以确保安全性,更重要的是,编码密钥的管理和分发必须符合公用事业自身完善定义的要求;
  网络必须可配置:其自身必须能够自动进行配置和重配置,以适应工作环境,并按照工作环境的要求而演进。这是因为环境条件可能随时间而发生变化,譬如www.cechina.cn,两座建筑物原本采用无线电进行通信,而后来两者之间兴建了第三座建筑物,阻断了这种联系,而一个可自发展并自动重配置的灵活网络就可以解决这些问题;
  安装及维护简便:计量表网络必然具有多个节点,而网络本身也非常复杂。下一代计量表需要通过协议来管理网络www.cechina.cn,该协议必须能够涵盖所有可能的情况,同时保证最大的灵活性,使操作人员仅需执行计量表节点的定位和启动等基本操作;
  开放式协议:协议不应是专有协议、而应是开放式协议,以避免在潜在供应商之间出现竞业禁止(non-competition)的问题。协议必须能够认证,且能够保证各供应商产品之间的互操作性。
  欲完全满足上述所有要求,Zigbee可以说是最佳的选择。在美国,ZigBee已被选为智能电网的标准。ZigBee基于IEEE 802.15.4标准CONTROL ENGINEERING China版权所有,并拥有一个堆栈结构。全球授权使用的频率为2.4GHz,而不同地区的1GHz以下(sub-GHz)频率分别为:中国783MHz,欧洲868MHz,美国915MHz。在计量应用,尤其是在室外的计量应用中,最好具有良好的传输范围和一定的抗衰减源(钢筋水泥、湿气、无线电频带过载)能力。考虑到这个原因,sub-GHz是最适合的解决方案。比如,868MHz频率不易受到与多个路径相关的相消干扰(衍射和反射是其主要原因)的影响。而且不同于2.4GHz,它也不易受到水(雪、雨、雾)造成的固有衰减的影响,并且具有更好的自由空间衰减特性(自由空间衰减将随波长的平方而减小)。此外,采用最新代的收发器可以扩大点到点的范围,这将有助于简化网络,减少具有路由功能的节点数目。Atmel公司的IEEE 802.15.4兼容收发器AT86RF212就是一例,能够提供高达120dBm的链路预算。
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