热能无线自动抄表系统方案

一、概述 远程数据采集及无线传输系统是基于人工数据收集思想改变和发展的一种体现，同时它也是一种新型现场数据收集的应用工程系统。 在未来信息时代中，各种现场数据收集将以高效率、高可靠性和方便性（H2F）的要求为主导形式出现。在这种环境要求下，系统既要各个前端控制器具备分散的独立工作及独立应付突发事件的能力，同时又要求它们通过抄表器或远程传输通信与计费中心数据库远程收发管理器实现彼此联系，并能实现自身协调、执行多种系统数据收集和监管功能等。 目前市场上不时有种种类型的远程数据采集系统的模型和产品出现，但这些产品都有一个共同的致命问题，就是无线传输距离的有效区域覆盖和组网能力的受限问题，若采用其它设计方式，则又带来了系统整体价格增加。 本报告提出的远程数据采集和无线传输系统，是设计一种基于低成本预算的层次网络结构技术来抵消无线传输区域覆盖受限的问题。结合未来应用环境和主要工作任务，借鉴国外的一些现行研制经验，把握重点，从最基本和最主要的系统结构设计入手，走一条由简到繁，逐步完善的产品生产思路。 热能无线自动抄表系统是一个综合性、多学科技术合成的一种技术设备。在技术层次上它涉及计算机技术应用、通信工程、微电子技术、热力学等。由于冬季供热问题与我国北方地区广大人民群众的生活、工作密切相关，产品社会需求量之大是可想而知的，同时它也是创建和谐社会的一个重要基础条件。 热能无线自动抄表系统在国内还是一项新兴的产业技术，其技术层面的更新必将摧生更多新兴社会服务行业的发展。另外热能无线自动抄表系统的启动，还可以带动一批相关产业链的发展、增加国家整体就业机会，比如在原材料业、电子器件业、计算机业和加工业等。正因为热能无线自动抄表系统对技术先进性的要求，这也向相关产业的技术更新提出相应要求，从而极大地促进了相关产业的技术进步。 热能无线自动抄表系统是对供热系统实现数字化、自动化科学管理的发展趋势，友讯达公司多年来一直坚持跟踪该技术领域。目前在数传方面已经攻克了众多技术难点，在国内首创的微功率智能路由体制，实现了一平方公里范围内的无线数据覆盖。它不仅克服了人工抄表和低压电力载波抄表系统的多项缺点，同时也展现了无线数传技术方面的广阔市场前景。 虽然热能无线自动抄表系统在一些发达国家得到普遍应用，而友讯达公司开发的无线自动抄表系统，因自主知识产权及系统技术上所持有的先进性和性价比的优势，也对该产品技术进入国际市场带来了机遇。可以断言，在今后几年中，热能无线自动抄表系统将与目前日趋完美的水、电、气自动抄表系统一样成为数字化城市众多重要基础条件之一。 二，方案基础 友讯达公司是一个集产、学、研为一体的高新技术公司，该公司汇聚了众多科研和生产专业技术人才，有在国家科研部门与高校长期从事通讯、计算机等研究工作，并取得了一系列研究成果的专家学者，也有在生产部门专门从事产品开发并拥有技术专长的工程技术人员，还有长期从事生产管理、企业产品质管监督的高管人员。基于如此雄厚的研发和生产实力，如公司自主开发和研制成功的FC-607无线抄表系统，就在供电管理工程中首先得到使用和用电管理部门的首肯。这些产品实际构思很容易被推广到供水、供气、供热等服务行业中。 目前集抄系统在国内发展迅速，各种类型的集抄系统纷纷推出。然而，因计算机与通信技术的高速发展和普及，集抄系统将最终走向无线集抄模式(采集表/采集终端与采集终端间进行无线通信)和远程数据传输管理。 由公司具有自主研发知识产权的无线远程自动抄表系统，具备高精度、全自动化、功能强、性能稳定、投资少、易于维护等特点。该系统适合大、中、小城市电能表电能量的自动采集与管理。缩短抄表时间、迅速发现表计错误、大大节省抄表费用、控制线损，实测监控用户负荷情况，具备在线发现计量电路故障和窃电行为。从而提高整个电网的安全经济营运水平、实现抄表计费出单自动化和集中统一管理的目标。 正是上述具有系统关联性产品结果的展现，说明了我公司在热能无线自动抄表系统中的实力。我们本着“友则诚信如一,达则兼善天下”公司理念，为用户提供优质，快速的一条龙服务为原则，从产品的开发，生产，品质，服务和管理五个方面出发，全面综合考虑，运用各种技术、经济手段，使整个系统“安全，可靠，经济，合理”。 三，方案简介 1，通讯部分简介 热能无线自动抄表系统是一个由收费中心、楼层中继器、智能化数据采集器与传输机制所组成的一种三级线性网络，无线手抄器作为实现数据远程传输的媒介和检查工具。 系统总体设计思路是利用无线局域网传输技术来实现近、远程数据收集工程系统。在该系统中，利用前端数据采集器对被测数据进行定时和定点收集，经前端微处理器按区域比对原则实现数据收集完成后，进入本地缓存状态。在传输命令启动前，前端微处理器对收集数据进行传输可靠性编码。在获取传输允许后，立即进入数据传输过程。 系统总体仍采用传统计费系统基于服务中心的设计思想，但无线传输模式则必须具有异种地域覆盖的自适应能力。在该传输系统中，前端节点定位采用一次成型技术。为保证系统具有的可持续扩展能力，则系统的后续扩充将使用分层专用ID构建模式实现。 为达到产品简单、经济和实用目的，系统无线传输路由将使用基于唯一ID编码的线性路由算法结构，各数据采集器和楼层中继器在硬件体系设计和软件支持平台均预留可扩展接口，以保证生产一致性。结构上基于哈夫曼（Huffman）压缩算法原则，以哈夫曼树的粗壮性为先决条件来构成这种线性网络体系就可以获取良好的层次结构。 考虑到系统可推广性、地域结构复杂性和应用目标的“异种组网”结构不规律性，对于局部边缘节点系统将有可能采用多级中继的补偿设计来实现。 热能无线自动抄表系统的基本结构可简单描述成： 在系统构成中，高层建筑室内数据采集是不可能直接与抄表员的手抄器进行直接数据传输，因此楼层中继器将实现这类非覆盖数据传输的媒介作用。而抄表员的手抄器数据在回到数据处理中心后，再下载到处理中心的后台数据库进行计费等计算。 该工程系统中的各个前端节点，所构成的室内采集器除了对测控数据收集外，同时它还担负着对各个被控节点的工作状态进行实时监护，系统利用一种非常简洁的中继直线传输路由来作到较大范围的通信覆盖，以实现系统无盲点的数据传输、监管与救护。 在室内采集器中，系统沿用“匹克网（Pico net）”模式，各个采集器独立构成监控管理状态模型。系统工作时，由数据采集器定时实施数据采集，同时将对采集数据实施就地保存作数据备份，同时利用ADF7021数传模块将采集数据汇集到中继节点上。当数据采集器或中继转发器收到抄表指令时，它们将立即把各个采集节点的数据信息按地址ID传输到抄表员的手抄器中。因此前端数据采集器利用的本地数据采集结果可实时用于对各个可控环节实施自动调节和自动控制，从而保证系统的高可靠性和实用性。 手抄器的管理机制采用基于码分多址的FCFS（先来者先服务）和EMP（紧急消息优先）数据传输原则实现前端数据采集器的数据传输。 四、系统主要技术指标 由于热能无线自动抄表系统由无线数传模块、嵌入式计算、测量分析和供电几个部件组成，这些主要技术指标在本报告中将分别阐述。 1、数传模块部分： 数传模块在系统中选用ADI公司的ADF7021芯片，该器件具有良好的应用特性，符合GB/T 17626.3 – 1998规定，其芯片主要特性如下： ● 低功耗、窄带与免频率申请收、发器件； ● 调制模式具有2FSK、3FSK、4FSK和MSK可选； ● 工作频段为80MHz ~ 650 MHz和862MHz ~ 950 MHz； ● 数据传输速率为 0.05kbps ~ 32.8kbps； ● 电源为2.3V ~ 3.6V； ● 接收灵敏度为：-130dbm在100bps，2FSK模式； -122dbm在1kbps，2FSK模式； -113dbm在25kbps，正余弦2FSK模式； ● 片内集成了7位ADC与温度传感器，免去系统外接温度传感器； ● 全自动AFC； ● 数字场强指示，免去了AD转换和计算，提高了数传速度； ● 低压模式下仅0.1μA的漏电流； ● 收、发切换集成。 2、计算机设备部分 计算机设备部分分成两个结构，一个是收费中心体系，而另一个是前端数据采集器的“微控”体系，整个系统必须基于MIMD（多指令流多数据流）模式的分布式处理模型结构进行设计。若从系统高可靠性环境需求来讲，理论上数据处理中心应采用3M冗余模型结构设计。实际结构应据系统应用对象的整体投入和应用环境需求进行调整。 该系统的前端数据采集器计算机结构全部采用嵌入式微处理器芯片结构模式进行PCB板的制作。系统由一个微处理器和一个ADF7021通信模块，以及相关的外围模块组成该系统的主控单元部分。 在前端微处理器方面需要满足如下技术指标： (1) 处理器 ● 高性能的0.25μm工艺结构； ● 机器字长≥8bit； ● 核心逻辑部件电源电压≤5V； ● RISC指令集； ● 系统工作主频≤12MHz； ● SISD标量处理技术； ● 工作温度：-20O~ +60 O C； ● 四列“直插”或“贴片”组件的PCB板工艺。 (2) 存储器 ● 存储模式：FLASH结构； ● 系统单片存储容量≥4K； ● 存取周期≤1μS； ● 工作温度：-20 O~ +60 O C； ● “贴片”组件工艺。 (3) I/O接口 ● 亚微米CMOS-SRAM工艺； ● Pin-to-Pin最大延时≤10ns； ● 反向切换率速度≥100MHz； ● 系统时钟≤12MHz； ● 位译码电路和三态总线驱动能力； ● 工作温度：-20 O ~ +60 O C； ● 具有系统重构和功能动态可变的能力； ● “ 贴片”组件工艺； ● 支持IEEE1149.1<