STM无线抄表专业技术方案

基于STM32 的无线抄表方案

先说说频道的划分问题总频带： 470MHz~509MHz 调制方式：划分为 6 个频段，一个公共频段，调频幅度 500KHz 公共频段：

470MHz~472.5MHz 1 号频段：479MHz~484.5MHz 3 号频段：491MHz~496.5MHz 5 号频段：473MHz~478.5MHz 2 号频段：485MHz~490.5MHz 4 号频段：497MHz~502.5MHz 6 号频段：

站数据库以及通信信道装置组成。对通信信道而言，又分为上行信道（主站与集中器之间）和下行信道（集中器与采集终端或电子电表之间）。

由于现场环境复杂，通信媒介质量低，成本高等一系列难题，直至不久以前，下行信道尚无真正可行的解决方案。目前市场上可获取的方案包括：有线 RS485 或 MBUS 、电力线载波（ PLC ）、无线点对点（手持无线 PDA 或无线抄表车）和 ZigBee 等。有线 RS485 或 MBUS 作为一种专用有线通信信道，其通信可靠。但要作为一种通用方案，类似新建一个有线网，从工程施工的角度来看，存在许多困难。无线手持 PDA 走抄和无线抄表车，因为没有根本解决实时和效率的问题，也很难成为主要的解决方案。低压电力载波通讯（PLC ）利用现有的低压供电网，无需铺设新线，成为目前最为流行的抄表技术，正在全国各地大量试运行。然而由于 PLC 在低压电网上存在高衰减（有高达 130db 的记录）、低阻抗、谐波干扰和污染严重的问题，已经不可预见和控制的低压电网拓扑结构，很大程度上影响其通讯的可靠性和抄收成功率，因此，低压电力载波通讯能基本满足抄表的需要，但需要实现现场的实时监控、

远程控制、远程预付费等功能实在勉强。随着无线通信技术的不断发展，近年来出现了面向低成本设备无线联网要求的技术，它是一种近距离、低复杂度、低功503MHz~508.5MHz 自动集抄系统通常由集中器、采集终端、主

耗、低数据速率、低成本的无线通信技术，主要适合于自动控制、远程控制领域及家用设备联网，采用该技术和 GPRS/CDMA 技术结合，可以为电表的无线抄表提供很好的解决方案。国家无线电管理委员会于 2005 年 10 月 1 日颁布实施的《微功率（短距离）无线电设备的技术要求＜信部无 [2005]423 号＞》，规定 470-510MHz 可作为民用无线电计量仪表使用频段。从法律上保证了无线自动抄表的频率资源，使得所有符合此标准的无线自动抄表产品在具备自适应能力的基础上，安全工作于指定的无线频段。无线集成

电路的不断发展，在技术上为低成本、高集成度无线应用系统的研制提供了条件。短距无线自组织网技术的突破性进展，改变了无线抄表仅限于点对点或点对多点的局限，使得网络化、智能化、低功耗、低成本、高可靠、实时性强的集中抄表成为现实。短距无线自组网技术是在研究了世界范围众多前沿无线 Ad-Hoc 组网理论和系统，包括 Zigbee 等技术的基础上，针对网络化集中抄表复杂的应用环境，使用国家无委会为自动抄表开放的470〜510MHz专用频段，创造性地发展出来的最新中短距离通讯技术。它具有技术起点高，环境适应性强、成本优化、稳定可靠、响应快、高度智能化、易于安装等特点，而且能很好解决低压集抄系统下行信道难题，是目前国内较为先进、实用可靠的集中抄表解决方案来自网上的《无线抄表系统的设计方法及可靠性策略》长期以来，三表数据抄送问题都是相关供应部门非常想解决但又得不到切实

解决的问题。在行业信息化过程之中，户表数据的自动化抄送具有非常重大的意义，因为户表数据是相关行业销售过程中最原始的数据，这个数据的准确度和及时性直接影响了行业内部其它信息化水平。传统的手工抄表费时、费力，准确性和及时性得不到可靠的保障，这导致了相关营销和企业管理类软件不能获得足

够详细和准确的原始数据。一般手工抄表都按月抄表，对于用户计量来说是可行的，但对于相关供应部门进行更深层次的分析和管理决策却不够。图 1 ：无线抄表的一个

节点原理框图。无线抄表系统对无线通讯数据的传输和保存有着很高的要求，即数据可靠性要求很高。由于用电池供电，因此对功耗要求也很苛刻。无线抄表系统可以摆脱人工抄表的办法，利用数据通讯协议传输数据。基于以上原因，贝能科技开发出了 BN-CB-100 自动无线远传抄表系统，该系统具有计量准确、通信可靠、抄表方便、功耗低等远程抄表系统的优点，以及节省人力、远程监控、

远程维护的功能。无线数字抄表系统由中央处理器、电源模块、通讯模块以及显示模块等部分组成，如图 1 所示。下面将对组成系统的主要模块进行说明。单片机：数据处理单元数据处理单元的单片机主要侧重于多项功能的开发，选择时主要从功能、抗干扰、功耗、速度等几个方面考虑。本系统采用 Microchip 单片机 PIC18LF6490 作为数据处理单元，该单片机具有以下特点：具有集成的 LCD 控制器驱动模块、高性能 RISC CPU 、优化的 C 编译器结构 /指令系统、高达

10MIPS 的工作速度、中断优先级、单周期硬件乘法器、高吸入 /拉出电流、 3 个外部中断引脚、 4 个定时器、 CCP 模块、主同步串行端口模块、 10 位 A/D 转换器和低功耗等性能特

点，因而软硬件设计十分方便。继续方案讨论 1 、液晶显示显示采用 LCD 液

晶显示器， PIC18LF6490 具有集成的 LCD 控制器驱动模块，从而节省了外挂的液晶驱动芯片，减少了外部引线，节省了空间和成本，提高了可靠性，在睡眠状态下可继续显示，明显地降低了功耗。液晶显示器用于显示系统当前的状态、内部参数及当前的统计数据等。 RF 模块 1. RF 模块的特点本方案采用纳川容科技研制的 RF 模块产品，该模块采用高性能 CPU 和高性能无线数传模组内核整合而成，其主要特点包括：标准异步串行接口（UART ： 1 个起始位、 8 个数据位、 1 个以上停止位、 0 或 1 个校验位），方便与各种控制器的硬件串口连接，使用起来非常方便；数据直接传输，自动静噪，过滤掉空中假数据，所收即所发；半双工通信，收发自动切换，使用上非常方便；模块内置高性能 MCU 实现前向纠错处理，通信可靠性大大提高，误码率非常低；可以硬件跳线选择多个独立互不干扰信道，有多档波特率及串口模式设置；可以串口软件设置无线频道，实现软件跳频； 3.3V/5V 兼容 TTL 、 RS232 、RS485 多种接口电平选择，使用更加灵活； DC3.0 －8.0V 宽工作电压，电源可以 I/O 控制关断，降低功耗。由于采用软件纠错编码增益，相同辐射功率条件和同一误码率指标下，带前向纠错处理的 RF 模块通信距离要远高于一般的无线数传模组或不带前向纠错处理的 RF 模块。 2． RF 模块的通信处理流程 RF 模块的通信处理流程如图 2 所示，其中：发送缓冲与接收缓冲是为了匹配用户接口和无线接口速率而设计，采用 FIFO 方式，支持大批量连续数据传输，安全可靠；纠错编解码采用成熟的卷

积码纠错技术，可以将误码率由

10-6 ，并且有 3dB 左右软件编码增益，进一步提高了传输的可靠性；交

织的目的是为了将连续的错误离散成不连续的单比特错误，提高抗连续干扰的能

10-3 减小到