光輝歲月
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STM32項目/學習計劃表
| 項目名稱 | 基于STM32的無線抄表方案 |
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聯(lián)系方式
（郵箱/電話） | 為了保證用戶隱私,此處已被隱藏 |
| 預計實施時間 | 自 9月1日 到12月1日 | 計劃參加人數(shù) | 3 |
| 背景描述 | 該計劃的背景及其實現(xiàn)的目的、意義 |
自動集抄系統(tǒng)通常由集中器、采集終端、主站數(shù)據(jù)庫以及通信信道裝置組成。對通信信道而言，又分為上行信道（主站與集中器之間）和下行信道（集中器與 采集終端或電子電表之間）。由于現(xiàn)場環(huán)境復雜，通信媒介質(zhì)量低，成本高等一系列難題，直至不久以前，下行信道尚無真正可行的解決方案。目前市場上可獲取的 方案包括：有線RS485或MBUS、電力線載波（PLC）、無線點對點（手持無線PDA或無線抄表車）和ZigBee等。有線RS485或MBUS作為 一種專用有線通信信道，其通信可靠。但要作為一種通用方案，類似新建一個有線網(wǎng)，從工程施工的角度來看，存在許多困難。無線手持PDA走抄和無線抄表車， 因為沒有根本解決實時和效率的問題，也很難成為主要的解決方案。低壓電力載波通訊（PLC）利用現(xiàn)有的低壓供電網(wǎng)，無需鋪設新線，成為目前最為流行的抄表 技術，正在全國各地大量試運行。然而由于PLC在低壓電網(wǎng)上存在高衰減（有高達130db的記錄）、低阻抗、諧波干擾和污染嚴重的問題，已經(jīng)不可預見和控 制的低壓電網(wǎng)拓撲結構，很大程度上影響其通訊的可靠性和抄收成功率，因此，低壓電力載波通訊能基本滿足抄表的需要，但需要實現(xiàn)現(xiàn)場的實時監(jiān)控、遠程控制、 遠程預付費等功能實在勉強。隨著無線通信技術的不斷發(fā)展，近年來出現(xiàn)了面向低成本設備無線聯(lián)網(wǎng)要求的技術，它是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速 率、低成本的無線通信技術，主要適合于自動控制、遠程控制領域及家用設備聯(lián)網(wǎng)，采用該技術和GPRS/CDMA技術結合，可以為電表的無線抄表提供很好的 解決方案。
使用STM32處理器和ADI公司的射頻芯片設計無線模塊，并將模塊使用在電能表，和低壓集抄系統(tǒng)中。給抄表增加一種通信信道，減少施工的工程量。比起載波具有很好的實時性。電力載波的延時比較大！但是使用無線組網(wǎng)是一個關鍵的技術。
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| 功能描述 | 詳細描述該項目能夠?qū)崿F(xiàn)的功能 |
使用STM32和ADI的無線射頻芯片組成的數(shù)據(jù)傳輸模塊，實現(xiàn)470MHz~510MHz的調(diào)頻數(shù)據(jù)傳輸模塊，并應用在目前公司的集中抄表的產(chǎn)品 中，將原來的載波抄表升級為無線抄表，同時設計為模塊，更好的方便用戶的選擇，本模塊將被嵌入到低壓集中抄表的集中器，采集器甚至是用戶要求的話，還可以 嵌入在電能表中！實現(xiàn)電能表到采集器到集中器的無線通信信道！需要說明的是如果嵌入到電能表中時，在抄表工程中可以減少采集器這一成本的開支，只需要在將 電能表的軟件升級實現(xiàn)電能表和數(shù)據(jù)采集的雙重功能。從這一點說是很好的設計思想！
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| 解決辦法 | 預計會遇到的困難和相應的解決辦法 |
如果無線嵌入到電能表中，則自組網(wǎng)是一個關鍵的難點，因為在一個小區(qū)中用戶的電表數(shù)量比較多，這樣無線模塊的數(shù)量也會比較多，整個小區(qū)的無線網(wǎng)絡構成的網(wǎng) 絡會更加復雜！使得自組網(wǎng)需要好的軟件構架！這是一個很重要的問題！ 預期效果 開發(fā)項目：預期要解決的問題、達到的經(jīng)濟效益和產(chǎn)品所需數(shù)量。
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| 預期效果 | 開發(fā)項目：預期要解決的問題、達到的經(jīng)濟效益和產(chǎn)品所需數(shù)量；
學習項目：希望學到的知識或技能，達到哪些實踐的目的等。 |
| 可以在STM32處理器上實現(xiàn)無線的自組網(wǎng)集抄，和無線電能表，同時將原來的產(chǎn)品進行移植時希望找到軟件的移植性是否高，同時將產(chǎn)品設計的模塊更為完善！實現(xiàn)軟件的模塊話！ |
| 時間安排 | 日 期 | 進 度 描 述 |
| 8月1日到9月1日 | 熟悉STM32處理器的資源，特別是在設計中使用的資源 |
| 9月1日到9月15日 | 搭建自己的開發(fā)平臺，在原有的產(chǎn)品中使用連接線將IO與STM32處理器相連接，開始代碼的開發(fā)和移植 |
| 9月15日到12月1日 | 開始進行自組網(wǎng)的軟件開發(fā)！這是關鍵的關鍵??！ |
| 總結 | 項目完成后再來完善小結 |
| 備 注 |
簽名：王興權 時間：2008年8月6日
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另外我需要說明，本方案不會公布實際使用的代碼的，只能做到提供無線的驅(qū)動代碼，比如寄存器的讀寫，已經(jīng)寄存器的配置等程序！
這個是8位機下的驅(qū)動：ADF7020_Device_Drivers
點擊此處下載基于STM32的無線抄表方案-驅(qū)動.zip (文件大小:15K)
在原理圖中沒有將STM32畫入，實際使用是大家只需要連接線于開發(fā)板相連接就可以開發(fā)了！！
原理圖：
點擊此處下載基于STM32的無線抄表方案-原理圖.rar (文件大小:133K)
點擊查看大圖：
先說說頻道的劃分問題總頻帶：470MHz~509MHz 調(diào)制方式：劃分為6個頻段，一個公共頻段，調(diào)頻幅度500KHz 公共頻段：470MHz~472.5MHz 1號頻段：473MHz~478.5MHz 2號頻段：479MHz~484.5MHz 3號頻段：485MHz~490.5MHz 4號頻段：491MHz~496.5MHz 5號頻段：497MHz~502.5MHz 6號頻段：503MHz~508.5MHz
自動集抄系統(tǒng)通常由集中器、采集終端、主站數(shù)據(jù)庫以及通信信道裝置組成。對通信信道而言，又分為上行信道（主站與集中器之間）和下行信道（集中器與 采集終端或電子電表之間）。由于現(xiàn)場環(huán)境復雜，通信媒介質(zhì)量低，成本高等一系列難題，直至不久以前，下行信道尚無真正可行的解決方案。目前市場上可獲取的 方案包括：有線RS485或MBUS、電力線載波（PLC）、無線點對點（手持無線PDA或無線抄表車）和ZigBee等。有線RS485或MBUS作為 一種專用有線通信信道，其通信可靠。但要作為一種通用方案，類似新建一個有線網(wǎng)，從工程施工的角度來看，存在許多困難。無線手持PDA走抄和無線抄表車， 因為沒有根本解決實時和效率的問題，也很難成為主要的解決方案。低壓電力載波通訊（PLC）利用現(xiàn)有的低壓供電網(wǎng)，無需鋪設新線，成為目前最為流行的抄表 技術，正在全國各地大量試運行。然而由于PLC在低壓電網(wǎng)上存在高衰減（有高達130db的記錄）、低阻抗、諧波干擾和污染嚴重的問題，已經(jīng)不可預見和控 制的低壓電網(wǎng)拓撲結構，很大程度上影響其通訊的可靠性和抄收成功率，因此，低壓電力載波通訊能基本滿足抄表的需要，但需要實現(xiàn)現(xiàn)場的實時監(jiān)控、遠程控制、 遠程預付費等功能實在勉強。隨著無線通信技術的不斷發(fā)展，近年來出現(xiàn)了面向低成本設備無線聯(lián)網(wǎng)要求的技術，它是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速 率、低成本的無線通信技術，主要適合于自動控制、遠程控制領域及家用設備聯(lián)網(wǎng)，采用該技術和GPRS/CDMA技術結合，可以為電表的無線抄表提供很好的 解決方案。
國家無線電管理委員會于2005年10月1日頒布實施的《微功率（短距離）無線電設備的技術要求<信部無[2005]423號>》，規(guī) 定470-510MHz可作為民用無線電計量儀表使用頻段。從法律上保證了無線自動抄表的頻率資源，使得所有符合此標準的無線自動抄表產(chǎn)品在具備自適應能 力的基礎上，安全工作于指定的無線頻段。
無線集成電路的不斷發(fā)展，在技術上為低成本、高集成度無線應用系統(tǒng)的研制提供了條件。短距無線自組織網(wǎng)技術的突破性進展，改變了無線抄表僅限于點對點或點對多點的局限，使得網(wǎng)絡化、智能化、低功耗、低成本、高可靠、實時性強的集中抄表成為現(xiàn)實。
短距無線自組網(wǎng)技術是在研究了世界范圍眾多前沿無線Ad-Hoc組網(wǎng)理論和系統(tǒng)，包括Zigbee等技術的基礎上，針對網(wǎng)絡化集中抄表復雜的應用環(huán) 境，使用國家無委會為自動抄表開放的470～510MHz專用頻段，創(chuàng)造性地發(fā)展出來的最新中短距離通訊技術。它具有技術起點高，環(huán)境適應性強、成本優(yōu) 化、穩(wěn)定可靠、響應快、高度智能化、易于安裝等特點，而且能很好解決低壓集抄系統(tǒng)下行信道難題，是目前國內(nèi)較為先進、實用可靠的集中抄表解決方案
來 自網(wǎng)上的《無線抄表系統(tǒng)的設計方法及可靠性策略》長期以來，三表數(shù)據(jù)抄送問題都是相關供應部門非常想解決但又得不到切實解決的問題。在行業(yè)信息化過程之 中，戶表數(shù)據(jù)的自動化抄送具有非常重大的意義，因為戶表數(shù)據(jù)是相關行業(yè)銷售過程中最原始的數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)的準確度和及時性直接影響了行業(yè)內(nèi)部其它信息化水 平。 傳統(tǒng)的手工抄表費時、費力，準確性和及時性得不到可靠的保障，這導致了相關營銷和企業(yè)管理類軟件不能獲得足夠詳細和準確的原始數(shù)據(jù)。一般手工抄表都按月抄 表，對于用戶計量來說是可行的，但對于相關供應部門進行更深層次的分析和管理決策卻不夠。 圖1：無線抄表的一個節(jié)點原理框圖。 無線抄表系統(tǒng)對無線通訊數(shù)據(jù)的傳輸和保存有著很高的要求，即數(shù)據(jù)可靠性要求很高。由于用電池供電，因此對功耗要求也很苛刻。無線抄表系統(tǒng)可以擺脫人工抄表 的辦法，利用數(shù)據(jù)通訊協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。基于以上原因，貝能科技開發(fā)出了BN-CB-100自動無線遠傳抄表系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有計量準確、通信可靠、抄表方便、 功耗低等遠程抄表系統(tǒng)的優(yōu)點，以及節(jié)省人力、遠程監(jiān)控、遠程維護的功能。 無線數(shù)字抄表系統(tǒng)由中央處理器、電源模塊、通訊模塊以及顯示模塊等部分組成，如圖1所示。下面將對組成系統(tǒng)的主要模塊進行說明。 單片機：數(shù)據(jù)處理單元 數(shù)據(jù)處理單元的單片機主要側重于多項功能的開發(fā)，選擇時主要從功能、抗干擾、功耗、速度等幾個方面考慮。本系統(tǒng)采用Microchip單片機 PIC18LF6490作為數(shù)據(jù)處理單元，該單片機具有以下特點：具有集成的LCD控制器驅(qū)動模塊、高性能RISC CPU、優(yōu)化的C編譯器結構/指令系統(tǒng)、高達10MIPS的工作速度、中斷優(yōu)先級、單周期硬件乘法器、高吸入/拉出電流、3個外部中斷引腳、4個定時器、 CCP模塊、主同步串行端口模塊、10位A/D轉換器和低功耗等性能特點，因而軟硬件設計十分方便。
繼續(xù)方案討論
1、 液晶顯示 顯示采用LCD液晶顯示器，PIC18LF6490具有集成的LCD控制器驅(qū)動模塊，從而節(jié)省了外掛的液晶驅(qū)動芯片，減少了外部引線，節(jié)省了空間和成本， 提高了可靠性，在睡眠狀態(tài)下可繼續(xù)顯示，明顯地降低了功耗。液晶顯示器用于顯示系統(tǒng)當前的狀態(tài)、內(nèi)部參數(shù)及當前的統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。 RF模塊 1. RF模塊的特點 本方案采用納川容科技研制的RF模塊產(chǎn)品，該模塊采用高性能CPU和高性能無線數(shù)傳模組內(nèi)核整合而成，其主要特點包括： 標準異步串行接口(UART：1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、1個以上停止位、0或1個校驗位)，方便與各種控制器的硬件串口連接，使用起來非常方便； 數(shù)據(jù)直接傳輸，自動靜噪，過濾掉空中假數(shù)據(jù)，所收即所發(fā)； 半雙工通信，收發(fā)自動切換，使用上非常方便； 模塊內(nèi)置高性能MCU實現(xiàn)前向糾錯處理，通信可靠性大大提高，誤碼率非常低； 可以硬件跳線選擇多個獨立互不干擾信道，有多檔波特率及串口模式設置；可以串口軟件設置無線頻道，實現(xiàn)軟件跳頻； 3.3V/5V兼容TTL、RS232、RS485多種接口電平選擇，使用更加靈活； DC3.0－8.0V寬工作電壓，電源可以I/O控制關斷，降低功耗。 由于采用軟件糾錯編碼增益，相同輻射功率條件和同一誤碼率指標下，帶前向糾錯處理的RF模塊通信距離要遠高于一般的無線數(shù)傳模組或不帶前向糾錯處理的RF 模塊。
2． RF模塊的通信處理流程 RF模塊的通信處理流程如圖2所示，其中： 發(fā)送緩沖與接收緩沖是為了匹配用戶接口和無線接口速率而設計，采用FIFO方式，支持大批量連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸，安全可靠； 糾錯編解碼采用成熟的卷積碼糾錯技術，可以將誤碼率由10-3減小到10-6，并且有3dB左右軟件編碼增益，進一步提高了傳輸?shù)目煽啃裕?交織的目的是為了將連續(xù)的錯誤離散成不連續(xù)的單比特錯誤，提高抗連續(xù)干擾的能力，但帶來了傳輸延時。RF模塊采用256比特，即16×16交織，可以抵抗 一般人員走動、汽車通過等環(huán)境下對無線傳輸造成的誤碼干擾，由此引起的傳輸延遲在用戶接口速率為9,600bps時約20ms，使用時應予以注意； 信號編解碼的目的是將信號輻射功率譜集中，并有利于接收機信號解碼； 卷積碼前向糾錯處理的方式比ARQ差錯控制方式效率要高，尤其是在隨機干擾比較大的情況下，由于其良好的糾錯性能，效率要遠高于ARQ模式。例如，ARQ 方式下，傳輸一個256比特的數(shù)據(jù)包，如果其中一個比特錯誤就需要重傳，而采用卷積碼前向糾錯處理的方式，16×16交織的RF模塊，即使其中連續(xù)16比 特傳輸錯誤，接收方也可以通過軟件糾正過來，用戶不會收到誤碼，這樣效率更高。
3．RF模塊的天線 使用焊盤引線來連接天線的模組，一般建議使用微型的PCB天線或直導線來做天線，直接將天線引出線焊接在模組的天線焊盤上，天線引出線的長度越短越好。天 線地根據(jù)天線的要求可接可不接，但PCB天線一般要求接地。 使用直導線做天線時，請使用5N(99.999%)以上優(yōu)質(zhì)硬直銅導線，線徑越粗越好，一般使用普通的單根百兆以太網(wǎng)網(wǎng)線做天線即可取得比較好的效果。 使用直導線做天線時，天線長度=7,150/工作頻率，單位為厘米。所計算出的天線長度是天線直立的長度，如果天線放在殼體里或盤繞起來，天線所需長度將 變化，推薦的做法是用計算長度1.5倍長度導線做天線，然后剪斷5mm(這是個經(jīng)驗值，可以根據(jù)實際測試通信距離來確定這個值)，縮短天線長度，實際測試 通信距離來確定最佳天線長度。 如果天線需要在設備殼體上穿孔引出時，請使用50Ω低損同軸電纜或標準SMA接頭延長線將天線延長引出，同軸電纜芯線與模組天線焊盤焊接，屏蔽層與天線地 (沒有天線地時用電源地)焊接，選擇彎曲半徑小的電纜將有利于電纜的彎曲布置，使焊盤不易撕裂。 圖2：RF模塊的通信處理流程亦可用直角頭SMA接頭將RF模塊的SMA引出頭折彎，直接安裝在殼體上或穿出，但直角頭SMA將額外引入1-2dB的插入 損耗。 使用拉桿天線時，直接將拉桿天線焊接在天線焊盤上或用低損同軸電纜來連接，電纜的芯線連接模組的天線焊盤和拉桿天線，屏蔽層一端焊接在天線地上，靠近拉桿 天線一端浮空。
4．RF模塊的注意事項 不要帶電熱拔插RF模塊，否則很容易損壞RF模塊； 組網(wǎng)協(xié)議設計中，務必保證在一個頻點上，且同一時刻只能有一個RF模塊處在發(fā)射狀態(tài)，建議設計時通信協(xié)議設計采用ARQ主從查詢應答方式； 使用低紋波的線性穩(wěn)壓電源或電池供電，盡量不要使用開關電源，如果一定要用，請用高Q值的LC回路濾波，將紋波降到最低； 關于距離指標，不同的測試環(huán)境會產(chǎn)生不同的結果，主要影響因素包括：發(fā)射功率、接收靈敏度、傳輸速率、干擾強度、背景噪聲、天線增益、天線離地高度、是否 移動、空間衰減、障礙物尺寸及位置等； 10mW帶卷積碼前向糾錯處理方式的RF模塊，在9,600bps速率、天線高度2米、增益2.0dBi、可視城區(qū)開闊地、傳輸文件、誤碼率為10-3情 況下，可靠通信距離可以達到300-400米左右。 可靠性策略 本系統(tǒng)需要長期在線連續(xù)運行，故對其可靠性和長期穩(wěn)定性有較高的要求，在設計時予重點考慮。本系統(tǒng)采用集成芯片作為電路的核心部分大大減少了外擴電路的接 線和使用的元器件的數(shù)目，使整機趨于微型化，也提高了整機的可靠性。 設計電路板時注意線的走向以及整機的緊湊性，在電路和工藝設計上采用各種成熟的實用抗干擾措施，例如合理布局、正確選擇接地點、弱信號傳輸線屏蔽層單端接 地、單元電路的封閉式屏蔽環(huán)等，以降低干擾水平。 重要數(shù)據(jù)進行多次備份，實時刷新處理，使用存儲容量大的EEPROM來備份RAM數(shù)據(jù)。避免由于干擾造成的數(shù)據(jù)出錯，EEPROM的數(shù)據(jù)可以保持10年以 上，數(shù)據(jù)保持不需后備電源。軟件寫入EEPROM采取必要的校驗方式，保證數(shù)據(jù)的安全性。 PIC18LF6490具有極強的抗電磁干擾能力，使數(shù)據(jù)的安全性得到進一步的提高。 由于本系統(tǒng)用電池供電，對功耗要求較高，在整個系統(tǒng)的軟硬件設計時應引起足夠的重視，例如元器件的選型，元器件的供電方式是用I/O供電還是直接用電源供 電，單片機的選型等都是功耗能否降低的重要因素，當然軟件設計也是決定功耗能否降低的重要因素，此部分在軟件設計部分論述。 軟件設計 軟件部分設計包括了主控程序、數(shù)據(jù)通訊程序、時鐘程序、自檢程序等，由于本系統(tǒng)對功耗要求較高，軟件設計過程應始終貫穿考慮功耗因素，功耗能否降低，軟件 設計是重要因素之一。具體做法可以是主程序主要處在睡眠狀態(tài)，隔一段時間醒過來處理一下任務，一直如此循環(huán)，沒使用的模塊關掉，沒使用的I/O口設置成高 阻態(tài)等。這樣一來，軟硬結合便可讓整個系統(tǒng)功耗降下來。 重要的寄存器和I/O口都必須放在主程序里去刷新，使用看門狗(PIC18LF6490有內(nèi)置看門狗電路)，軟件編寫應有一定的容錯措施，自檢程序應能及 時檢出錯誤并糾錯等，這樣可以進一步提高系統(tǒng)的可靠性，避免寄存器數(shù)據(jù)亂了、程序跑飛等事先無法預計的現(xiàn)象。 本文小結 本文對一種無線抄表的設計方法和可靠性策略進行了論述，系統(tǒng)中采用了功能強大且性價比極高的單片機、高性能RF模塊、數(shù)據(jù)通信等技術，具有長時間存儲數(shù)據(jù) 和遠方無線傳輸數(shù)據(jù)等功能。考慮產(chǎn)品化的要求，進行了可靠性、抗干擾、低功耗等方面的設計。
相關知識
ADF7020 是一款只需很少外部元件、并具有高度靈活性的高集成度收發(fā)器，可讓設計人員針對特定應用配置元件。例如，設計人員可在FSK/GFSK/ASK/OOK等 幾種不同的調(diào)制方案之間選擇，也可以對靈敏度和選擇性進行折衷，這對于線性度要求嚴格的系統(tǒng)是很有用的。ADF7020的最大數(shù)據(jù)速率為200kbps， 而其同類產(chǎn)品ADF7025的最大數(shù)據(jù)速率可增加到384kbps。 與大多數(shù)最新的ISM頻段收發(fā)器類似，ADF7020采用一個分數(shù)鎖相環(huán)(PLL)頻率合成器，允許選擇868MHz和928MHz之間以及433MHz 頻段上的任何信道，分辨率小于1kHz。這種跳頻特性使得ADF7020可用于符合美國FCC Pt.15標準的跳頻系統(tǒng)。 高分辨率的分數(shù)N頻率合成器也是新型自動頻率控制(AFC)環(huán)路的重要組成部分，它可以補償輸入的頻率誤差，從而允許使用公差等級更低、價格更便宜的晶體 振蕩器。
在過去幾年里，射頻技術取得了突飛猛進的進步，并由此產(chǎn)生了許多新的無線應用。其中大多數(shù)應用(例如藍牙、WLAN 802.11b/g以及無繩電話等)都使用2.4GHz的未授權UHF頻段。由于2.4GHz頻段越來越擁擠以及由此產(chǎn)生的共存問題，最近業(yè)界對較低的 UHF ISM頻段重新提起了興趣。這些可用頻段在歐洲為868MHZ和433MHz，在美國為902MHZ到928MHz。采用低UHF頻段的主要缺點是，該頻 段缺少通用全球標準，這點與2.4GHz頻段不同。這意味著生產(chǎn)廠商將不得不根據(jù)各個地區(qū)的規(guī)定調(diào)整其系統(tǒng)。不過，幾年前問世的靈活的ISM頻段收發(fā)器 (例如ADF7020)可工作在433MHz到960MHz，已大大減輕了這一負擔。
2008/7/23 12:02:56
ADF7020無線收發(fā)模塊原理圖片:
ADF7020無線收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)手冊:
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ADF7020無線收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)手冊.pdf (文件大小:782K)
技 術優(yōu)勢基于自組網(wǎng)的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡（Wireless Mesh Network）的短距無線通訊網(wǎng)絡，具有高可靠性，高數(shù)據(jù)安全性、實時性強、抗干擾能力強等特點，可實現(xiàn)高速、非視距的數(shù)據(jù)傳輸，并有效降低傳輸功率， 提高信道利用率?？焖倏煽康男诺乐С纸鉀Q了長期困擾的下行信道不可靠帶來的抄收難題，它具有如下技術優(yōu)勢： ? 網(wǎng)絡自組：短距無線自主網(wǎng)絡采用自主開發(fā)的基于網(wǎng)狀網(wǎng)絡構架的自組網(wǎng)網(wǎng)絡協(xié)議，組網(wǎng)過程自動完成，現(xiàn)場無需人工設置參數(shù)，大大減少了組網(wǎng)的工作量和費用。 ? 冗余的數(shù)據(jù)傳遞路徑：由于無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡采用多點到多點的拓撲結構，每一節(jié)點均可作為其他鄰近節(jié)點的路由，大大提高了數(shù)據(jù)傳遞路徑。同時，還能自動修復那些 處于突發(fā)環(huán)境干擾中的網(wǎng)絡路徑。 ? 混合組網(wǎng)：考慮了未來多個短距無線自組網(wǎng)絡系統(tǒng)的級聯(lián)，采用混合網(wǎng)絡結構以減少集中器上行信道GPRS的運行費用。 ? 雙向通訊：采用分布式控制和全雙工通訊模式，實現(xiàn)了終端與各節(jié)點間的雙向通訊，系統(tǒng)具有節(jié)點向終端主動上報的功能，保證系統(tǒng)實時性，避免因輪詢而產(chǎn)生的通 訊資源浪費，使自動監(jiān)控和遠動等功能成為現(xiàn)實。 ? 良好的魯棒性（robustness）和高的一次抄讀成功率：所有的硬件及軟件的設計考量，都是針對工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，系統(tǒng)內(nèi)所有電能表，經(jīng)短距無線信道的一 次抄讀成功率優(yōu)于99.5%。 ? 抗干擾能力強：多至200個200kHz帶寬信道可供跳頻選擇，采用高度頻率自適應機制，減少了相鄰臺區(qū)的無線信號串擾和空中其他無線干擾源對數(shù)據(jù)通訊的 影響。 ? 良好的數(shù)據(jù)安全性：短距無線自組網(wǎng)絡系統(tǒng)空中的無線數(shù)據(jù)，采用特有的數(shù)據(jù)加密和簽證技術，及高度頻率自適應機制，具有高度的保密性。 ? 快速的系統(tǒng)響應： 空中數(shù)據(jù)速率19.2Kbps，在一個典型的小區(qū)臺變下采用短距無線自組網(wǎng)技術的集抄系統(tǒng)，單次單表抄讀響應時間典型值為5秒左右或以內(nèi)。 ? 極低的數(shù)據(jù)差錯率：任一單次通信過程，以及端到端全程數(shù)據(jù)通信，采用二級32位CRC校驗，使得總的殘余差錯率趨向于零。 ? 彈性的系統(tǒng)容量：一個短距系統(tǒng)支持的電能表數(shù)量從很少直至上千只（例如1016只）。 ? 功耗低：無線最大發(fā)送功率50毫瓦，符合電力營銷管理 “節(jié)能降耗”的需求。 ? 無線方案極大降低了安裝施工的工作量，降低了安裝費用。
與現(xiàn)有集抄系統(tǒng)下行通信技術的比較由于下行信道面臨用 戶數(shù)量大，現(xiàn)場環(huán)境復雜（有些甚至相當惡劣），通信媒介質(zhì)量低，成本壓力大等一系列難題，直至不久以前，下行信道尚無真正可行的解決方案，成為阻礙電力自 動化發(fā)展的瓶頸。目前常見的下行信道方案有：有線RS485/MBUS 無線點對點（手持無線PDA 或無線抄表車）壓電力線載波（PLC） ZigBee 有線RS485 或MBUS 作為一種專用有線通信信道，其通信可靠，但要面對數(shù)量龐大的居民用戶和中小動力用戶，要求將所有表計用導線連接起來，這類似新建一個全范圍有線網(wǎng)，從工程 施工和維護的角度來看，是比較困難的?，F(xiàn)場掌機抄讀、無線走抄車抄讀只是解決了抄表問題，其現(xiàn)場監(jiān)控、收費難等問題還是不能解決。而且無線走抄車抄表還存 在信號死角、抄表成功率等問題，不能完全滿足電力營銷管理現(xiàn)代化和“節(jié)能降耗”的需求,因此很難成為主要的解決方案。低壓電力線載波通信（PLC）技術利 用現(xiàn)有的低壓供電網(wǎng)，無需鋪設新線，是目前自動抄表系統(tǒng)的主要選擇。但低壓電力線載波技術具有不能克服的缺點： ? 抄收成功率低。PLC在低壓電網(wǎng)上面所面臨的主要問題有：高衰減（有高達130dB 的記錄）、低阻抗、諧波干擾和污染嚴重（尤其是大量的變頻負載）、幾乎不可預測的拓撲結構等等，使得PLC技術在國內(nèi)的應用步履維艱。即使采用有序擴頻、 跳頻、多載波調(diào)制、正交調(diào)制、鏈碼自適應調(diào)制、糾錯、跳時、拓撲自適應中繼等技術措施，PLC仍然無法提供實時可靠的抄收 ? 相鄰臺區(qū)間的載波信號串擾，是影響低壓電力線載波運行的巨大障礙。必須采用不同的抄表時段來解決相鄰臺區(qū)間抄表時相互干擾的問題，這就決定了低壓電力線載 波無法進行實時數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測。 ? 未來低壓電網(wǎng)特性的不可預見及不可控，是PLC難以逾越的另一個 障礙。目前，尚無完備的國家規(guī)范來約束低壓電網(wǎng)的干擾源，而且干擾偵測困難。即使PLC系統(tǒng)在初期驗收時能夠正常工作，但并不能保證未來電網(wǎng)有新的用電設 備加入后，PLC產(chǎn)品仍能成功抄收。
在現(xiàn)場調(diào)試方面應該增加手抄器和現(xiàn)場的485調(diào)試接口，這樣可以保證集中器和采集器，以及電表直接的通信是正常的！
在軟件升級方面：由于產(chǎn)品的升級必須要考慮比較好的方法！由于本身是無線系統(tǒng)！所以軟件方面的升級可以考慮使用其本身的無線數(shù)據(jù)傳輸功能，做一個升級模塊！在所要升級的小區(qū)內(nèi)走動，級可以將采集器升級！初步是怎么想的！
RF相關知識學習 wangxing 2008/7/24
ADF7020-1 是一款只需很少外部元件、并具有高度靈活性的高集成度收發(fā)器，可讓設計人員針對特定應用配置元件。例如，設計人員可在FSK/GFSK/ASK/OOK等 幾種不同的調(diào)制方案之間選擇，也可以對靈敏度和選擇性進行折衷，這對于線性度要求嚴格的系統(tǒng)是很有用的。ADF7020的最大數(shù)據(jù)速率為200kbps， 而其同類產(chǎn)品ADF7025的最大數(shù)據(jù)速率可增加到384kbps。
ADF7020芯片集成了完整的無線收發(fā)電路。在接收模式下，相當于 一個傳統(tǒng)的超外差接收器，RF(射頻)輸入信號通過從RFIN管腳引出的天線，經(jīng)LNA(低噪聲放大器)放大后翻轉進入混頻器，通過混頻器混頻產(chǎn)生 IF(中頻)信號。在IF處理階段，該信號在送入解調(diào)器前被放大和濾波。解調(diào)后從引腳DATA I／O輸出解調(diào)數(shù)字信號，解調(diào)信號的同步由芯片提供的時鐘信號完成。
具備無線通訊的三相多功能電能表設計方案關鍵字： 超表 無線 自動化 隨著經(jīng)濟體制改革的深入，在市場的推動下，數(shù)字電能表發(fā)展迅猛，中國目前已成為世界電能計量行業(yè)最具有活力的市場。隨著用戶用電負荷的增加，供電質(zhì)量的要 求也越來越高，供電部門需要了解電網(wǎng)質(zhì)量和用戶的各種用電參數(shù)，如功率、電壓、電流、頻率等，這樣三相電能表的應用范圍得到了擴大。電能計量、電費核算及 收繳的及時性和準確性已成為用電企業(yè)的重要課題。目前，電能表的抄表接口主要是485接口和紅外接口，這兩種方式逐漸不能滿足實際的需要，為此我們提出了 新的抄表方案—無線抄表。無線抄表的實現(xiàn)是邁向配電自動化的第一步，并有助于提高電力系統(tǒng)用電管理的水平。 電能計量芯片ADE7758 精度為0.5級和0.5S級的三相多功能電能表可以采用ADI公司的ADE7758。ADE7758具有以下的功能和特性：內(nèi)部集成了6路獨立的16位 Δ-ΣA/D轉換器、高性能DSP、電壓基準及溫度傳感器等電路，在1000:1動態(tài)范圍內(nèi)誤差小于0.1%；提供有功、無功及視在電能、電壓、電流有效 值及波形采樣等數(shù)據(jù)；三相三線/三相四線兼容；功率、相位及輸入失調(diào)可實現(xiàn)數(shù)字校準；在環(huán)境條件變化很大和長時間使用條件下，采用專利技術的ADC及 DSP仍能保證高精度；DSP內(nèi)部對無功電能進行了補償；提供獨立的有功電能及無功電能脈沖輸出。這些功能特點大大減少了MCU的軟件開發(fā)工作量。基于 ADE7758的電能表功能框圖見圖1。 三相電能計量設計方法 三相電能表根據(jù)使用條件分為互感器式、直入式。對于大電流用戶，采用外接一次互感器，按標準其電流輸出為5A。三相電能表最常見的為互感器式，其互感器電 流規(guī)格為1.5/6A。 1. 三相電能計量的設計條件 a. 電壓規(guī)格220V/380V； b. 電流規(guī)格為1.5/6A，即基本電表為1.5A、最大電流6A。
無線RF通訊模塊 對無線RF收發(fā)功能，我們采用ADI公司的RF收發(fā)芯片ADF7020來實現(xiàn)。ADF7020有一系列產(chǎn)品，該方案中我們選用一款工作在431MHz至 478MHz和862MHz至956MHz雙頻段收發(fā)一體芯片，滿足北美FCC與歐洲ETSI-300-200標準。 該芯片具有以下的功能特性：2.3V到3.6V的寬工作電壓范圍，適合不同電池供電；待機電流僅1μA；從-16dBm到+13dBm的可編程輸出功率， 調(diào)節(jié)步長0.3dBm；內(nèi)置自動頻率控制補償回路，可以在862MHz至956MHz頻段對晶體補償±25ppm，對431MHz至478MHz頻段對晶 體補償50±50ppm；接收時電流為19mA，發(fā)送時電流為22mA；擁有數(shù)字無線信號接收幅度指示(RSSI)輸出。設計時采用9,600bps的速 率，2FSK調(diào)制，接收靈敏度為-106dBm，輸出功率為12dBm，其通訊距離可超過500米。
1GHz以下全球免執(zhí)照頻帶短距離無 線系統(tǒng)設計要點導入Bluetooth、WLAN、ZigBee等短距離無線技術之裝置（SRD）日益增加，本文將鎖定使用全球不需執(zhí)照授權的1GHz以 下頻帶進行詳細介紹，并分析跳頻展頻（FHSS）、直接展頻（DSSS）等不同寬帶調(diào)變技術，以及各國相關現(xiàn)行做法，提供1GHz以下頻帶無線系統(tǒng)設計者 最佳開發(fā)導覽。 SRD無線系統(tǒng)設計需考慮頻率選擇短距離裝置（SRD）此一名稱所涵蓋的，是能夠提供單向或雙向通訊，且?guī)缀醪粫ζ渌麩o線電設備造成干擾的各類無線電發(fā) 射器。我們很難將所有SRD的應用完整列出，因為它們提供了太多不同的服務，其中較為受歡迎的應用包括有： 家庭遙距控制（Telecontrol for home），或是其它建筑物自動化系統(tǒng) 無線感測系統(tǒng) 警報器 汽車，包括遙控免鑰匙門禁與遙控汽車啟動 無線語音及視訊 SRD無線系統(tǒng)的設計者在選擇無線通信頻率上需要格外小心。在大多數(shù)的情況下，此選擇被侷限于頻譜中容許免執(zhí)照使用的那些部份，而前提是必須符合使用上的 特定規(guī)格與條件。表一所列為全球可使用的頻帶。全球頻率分配 評語 13.56MHz 40MHz 433MHz 2.4GHz 5.8MHz 用于近距通訊不常被使用, 可能用于長距離用于美國需要降低功率普及的全球頻帶有些系統(tǒng)從2.4GHz提高頻帶 多重區(qū)域分配 評語 868MHz / 915MHz 可用于歐洲 / 美國 / 加拿大 / 澳洲 / 紐西蘭
跳頻展頻（FHSS）發(fā)射技術是藉由將頻譜切割為一定數(shù)量的 頻道，以便把時域中的能量加以分散，并在這些頻道之間依虛擬隨機（pseudo random）順序進行跳躍，或是稱之為跳碼（hopping code），這是接收機與發(fā)射機中所為人熟悉的。為了迎接新加入網(wǎng)路中的節(jié)點（node），控制節(jié)點會週期性的送出一標識（beacon）信號，讓新加入 的節(jié)點能與其進行同步，同步所須時間會依標識期間長度及跳躍的頻道的數(shù)量而定。美國與歐洲標準都制訂了相似數(shù)量的跳躍頻道，以及400ms的最大停留 （dwell）時間（在任何單一跳躍期間內(nèi)，于某一特定頻率上所花費的時間）。
寬頻調(diào)變：DSSS 除了FHSS，直接展頻（DSSS）也被新的歐洲法令所納入，在DSSS系統(tǒng)中，窄帶的信號被乘上一高速虛擬亂數(shù)（PRN）序列，以產(chǎn)生出展頻信號。每一 個PRN脈沖稱為一個＂chip＂，而序列的速率則是叫作＂chip rate＂。至于原始窄帶信號所能展開的程度，則是稱之為處理增益（processing gain），此為chip rate（RC）對窄帶資料符號率（narrow band data symbol rate）的比值。圖二所示為FHSS與DSSS的比較。
wangxing 2008/8/4
無 線自組網(wǎng)技術在任何時刻任何地點不需要現(xiàn)有信息基礎網(wǎng)絡設施的支持就能快速構建起一個移動通信網(wǎng)絡的---- 自組網(wǎng)是一組帶有無線收發(fā)裝置的移動終端組成的一個多跳頻的臨時性自治系統(tǒng)。在這種環(huán)境中，由于終端的無線通信覆蓋范圍的有限性，兩個無法直接通信的用戶 終端可以借助其他終端的分組轉發(fā)進行數(shù)據(jù)通信。它可以在沒有或不便利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡基礎設施的情況下提供一種通信支撐環(huán)境，從而拓寬了移動通信網(wǎng)絡的應用環(huán) 境。 蜂窩移動通信網(wǎng)絡和無線局域網(wǎng)都屬于現(xiàn)有網(wǎng)絡基礎設施范疇，它們需要類似基站或訪問服務點這樣的中心控制設備，而自組網(wǎng)是一種無中心的分布式控制網(wǎng)絡。自 組網(wǎng)是移動計算機通信網(wǎng)絡的一種類型，這一點在自組網(wǎng)中的體現(xiàn)是：一方面，網(wǎng)絡的信息采用了計算機網(wǎng)絡中的分組交換機制，而不是電話交換網(wǎng)中的電路交換機 制；另一方面，用戶終端是便攜式的，比如筆記本電腦、ＰＤＡ、掌上型電腦、車載臺等，并配置有相應的無線收發(fā)設備，并且用戶可以隨意移動或處于靜止狀態(tài)。 自組網(wǎng)絡技術的意義在于它為便攜終端實現(xiàn)自由快速的無線通信提供了可能。在自組網(wǎng)中，每個用戶終端兼?zhèn)渎酚善骱椭鳈C兩種功能，而在常規(guī)網(wǎng)絡中，路由器和主 機通常是由兩個獨立的設備完成的。一方面，作為主機，用戶終端需要運行面向用戶的應用程序，比如編輯器、瀏覽器等；另一方面，作為路由器，用戶終端需要運 行相應的路由協(xié)議，根據(jù)路由策略和路由表參與數(shù)據(jù)分組轉發(fā)工作和路由維護工作。 與其他通信網(wǎng)絡相比，自組網(wǎng)具有以下特點： 網(wǎng)絡的自組性——自組網(wǎng)相對常規(guī)通信網(wǎng)絡而言，最大的區(qū)別就是可以在任何時刻、任何地點不需要現(xiàn)有信息基礎網(wǎng)絡設施的支持，快速構建起一個移動通信網(wǎng)絡； 動態(tài)變化的網(wǎng)絡拓撲結構——自組網(wǎng)中，移動通信用戶終端可以以任意速度和任意方式在網(wǎng)中移動，移動終端之間通過無線信道形成的網(wǎng)絡拓撲結構隨時可能發(fā)生變 化； 有限的無線傳輸帶寬——由于自組網(wǎng)采用無線傳輸技術作為底層通信手段，而由于無線信道本身的物理特性，它所能提供的網(wǎng)絡帶寬相對有線信道要低得多； 移動終端的局限性——自組網(wǎng)中，用戶終端通常以ＰＤＡ、掌上型電腦或手持式電腦為主要形式； 分布式控制網(wǎng)絡——自組網(wǎng)中的用戶終端都兼?zhèn)洫毩⒙酚珊椭鳈C功能，不存在一個網(wǎng)絡中心控制點，用戶終端之間的地位是平等的，網(wǎng)絡路由協(xié)議通常采用分布式控 制方式，因而具有很強的魯棒性和抗毀性。 需要指出的是，自組網(wǎng)具有安全性較差、網(wǎng)絡的可擴展性不強、生存時間短等不足
ADF7020是 一款只需很少外部元件、并具有高度靈活性的高集成度收發(fā)器，可讓設計人員針對特定應用配置元件。例如，設計人員可在FSK/GFSK/ASK/OOK等幾 種不同的調(diào)制方案之間選擇，也可以對靈敏度和選擇性進行折衷，這對于線性度要求嚴格的系統(tǒng)是很有用的。ADF7020的最大數(shù)據(jù)速率為200kbps，而 其同類產(chǎn)品ADF7025的最大數(shù)據(jù)速率可增加到384kbps。 與大多數(shù)最新的ISM頻段收發(fā)器類似，ADF7020采用一個分數(shù)鎖相環(huán)(PLL)頻率合成器，允許選擇868MHz和928MHz之間以及433MHz 頻段上的任何信道，分辨率小于1kHz。這種跳頻特性使得ADF7020可用于符合美國FCC Pt.15標準的跳頻系統(tǒng)。 高分辨率的分數(shù)N頻率合成器也是新型自動頻率控制(AFC)環(huán)路的重要組成部分，它可以補償輸入的頻率誤差，從而允許使用公差等級更低、價格更便宜的晶體 振蕩器。
wangxing 2008/8/9
隨著國家電力系統(tǒng)兩網(wǎng)改造工作的逐漸推進，'一戶一表，管電到戶'政策的貫 徹，用電網(wǎng)絡急劇膨脹，抄表的工作量越來越大，使得供電企業(yè)對用電網(wǎng)絡的管理任務日益加劇?！ ?如何把龐大且分散用戶的用電量及其它數(shù)據(jù)及時有效而且準確無誤地收集、統(tǒng)計及分析，成為供電企業(yè)一個迫切需要解決的問題。如果僅憑抄表工人挨家挨戶地抄 表，不但會造成工作效率低，而且由人工抄表所帶來的漏抄、誤抄、估抄，甚至抄表人員同用電戶合伙作弊，給供電企業(yè)帶來不可估量的損失。傳統(tǒng)的手工抄表方式 已難以適應現(xiàn)今的情況，自動化抄表系統(tǒng)便應運而生。 本系統(tǒng)采用了最先進的無線數(shù)字通訊技術，并與哈爾濱邦爾工控技術有限公司共同開發(fā)了一套適應我國電力行業(yè)行情的無線電力抄表系統(tǒng)。使之具有低成本、低功 耗、超強通訊能力、通訊距離遠和抗干擾能力強、竊電自動報警等諸多優(yōu)點。該系統(tǒng)的應用可以使電管理部門能夠準時、準確地將轄區(qū)內(nèi)用戶用電數(shù)據(jù)抄收上來，獲 得更準確的綜合用電統(tǒng)計與用電分析報告，也能使用電部門有效防止竊電、漏抄、誤抄，為國家挽回損失、為用戶更好服務。
