配電綜合測(cè)控儀通信模塊的設(shè)計(jì)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，眾多具有節(jié)能意義的配電房擺脫了人工抄表的方式，并利用配電綜合測(cè)控儀等配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)用電數(shù)據(jù)的管理和分析。而單個(gè)配電綜合測(cè)控儀采集的配電房狀態(tài)信息，常常需要快速傳送到調(diào)度中心主站，供調(diào)度人員或調(diào)度軟件分析和處理，以進(jìn)行合理的電網(wǎng)調(diào)度和事故處理。但配電房地理位置的分散性使配電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和擴(kuò)展非常困難。

　　傳統(tǒng)的解決方法是利用覆蓋面廣的電話線路進(jìn)行配電網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸，但它有容量小、速度慢等缺點(diǎn)，隨著用電設(shè)備和配電房數(shù)量的日益增長(zhǎng)，已經(jīng)滿足不了配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸要求。近年來(lái)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)以其傳輸容量大，且不需要為新增的配電綜合測(cè)控儀建設(shè)新的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn)更適合配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸。本文就給出了這樣一種基于CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)的配電綜合測(cè)控儀無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)方案。

　　1通信模塊工作過(guò)程

　　本配電綜合測(cè)控儀發(fā)送電網(wǎng)參數(shù)信息到調(diào)度中心的通信過(guò)程示意圖見圖1所示。圖中的配電綜合測(cè)控儀作為下位機(jī)，首先采用ARM和μC／OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)結(jié)合的開發(fā)平臺(tái)，來(lái)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集功能、電網(wǎng)參數(shù)計(jì)算功能、電容器投切控制功能和下位機(jī)通信功能。而后下位機(jī)通信程序?qū)⒁獋魉徒o上位機(jī)的電網(wǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)組裝成幀，通過(guò)串行口傳送到H7710DTU無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸單元。對(duì)于H7710DTU而言，此幀即為用戶數(shù)據(jù)，它自動(dòng)將用戶數(shù)據(jù)組裝成符合IS-95A、IS-95BCDMA空中接口標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)幀，并通過(guò)天線發(fā)送出去。接下來(lái)H7920 CDMA 1X路由器接收到與之建立無(wú)線連接的H7710DTU發(fā)送的數(shù)據(jù)幀后，按照IS-95A、IS-95B標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)將用戶數(shù)據(jù)從幀中取出，并通過(guò)RJ-45網(wǎng)口傳送給上位機(jī)做處理。系統(tǒng)中的H7710DTU和H7920 CDMA 1X路由器所構(gòu)成的用于配電綜合測(cè)控儀和調(diào)度中心之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐该魍ǖ?，可以完成用戶?shù)據(jù)的可靠交付。

　　圖1中只給出一個(gè)配電綜合測(cè)控儀與調(diào)度中心主機(jī)的連接，實(shí)際上可隨意擴(kuò)展配電綜合測(cè)控儀的數(shù)量，只要多點(diǎn)同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不超過(guò)100 kB／s(CDMA 1X的實(shí)際應(yīng)用帶寬)。

　　由圖1可以看出，本文設(shè)計(jì)的無(wú)線通信模塊由三部分構(gòu)成，即：配電綜合測(cè)控儀中的下位機(jī)通信程序部分、H7710DTU和H7920無(wú)線路由器構(gòu)成的無(wú)線數(shù)據(jù)通道部分、調(diào)度中心主機(jī)中的上位機(jī)軟件部分。其中無(wú)線數(shù)據(jù)通道部分是其它兩部分的通信基礎(chǔ)，用以完成網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層功能，負(fù)責(zé)建立和維護(hù)一個(gè)(或多個(gè))下位機(jī)到上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通道，此部分一經(jīng)配置好即可自動(dòng)工作。上、下位機(jī)作為對(duì)等的通信實(shí)體，處于應(yīng)用層，不需要考慮下層數(shù)據(jù)通道的具體工作過(guò)程，只須通過(guò)串口或網(wǎng)口輸入輸出用戶數(shù)據(jù)即可，下位機(jī)主要負(fù)責(zé)將電網(wǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)按電力通信規(guī)約組織成幀進(jìn)行通信和響應(yīng)上位機(jī)的命令，上位機(jī)主要負(fù)責(zé)按相同電力規(guī)約提取幀中電網(wǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)并通過(guò)發(fā)命令給下位機(jī)來(lái)控制相關(guān)設(shè)備的動(dòng)作。

　　2無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸通道的配置

　　本文方案中的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸通道由深圳宏電技術(shù)開發(fā)有限公司的H7710DTU無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸單元和H7920無(wú)線路由器兩部分構(gòu)成。其中的DTU是專門用于將串口數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS或CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送的無(wú)線設(shè)備。而無(wú)線路由器則是一種基于GPRS／CDMA1X公用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)通過(guò)無(wú)線接入Internet的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

　　2.1 H7710DTU的配置

　　H7710DTU需插入SIM卡才能使用，本方案中使用聯(lián)通的SIM卡，號(hào)碼是132********。配置工作主要包括四組參數(shù)，分別為：移動(dòng)服務(wù)中心設(shè)置、數(shù)據(jù)終端單元設(shè)置、數(shù)據(jù)服務(wù)中心設(shè)置(DSC)、用戶串口設(shè)置。

　　移動(dòng)服務(wù)中心用來(lái)保存移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)信息，第一類是服務(wù)代碼，即為各移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供的公用統(tǒng)一接入號(hào)碼，聯(lián)通CDMA用戶設(shè)置為號(hào)碼“#777”；另一類就是用戶名稱和用戶密碼，用于在撥號(hào)過(guò)程中驗(yàn)證身份，聯(lián)通CDMA用戶設(shè)置為“card”，密碼也為“card。

　　數(shù)據(jù)終端單元用來(lái)區(qū)分多個(gè)DTU，主要包括：a．DTU身份識(shí)別碼，給DTU終端取一個(gè)名稱，以方便用戶在中心端識(shí)別。b．本地通訊端口，指DTU收發(fā)數(shù)據(jù)的本地通訊端口號(hào)。

　　數(shù)據(jù)服務(wù)中心用來(lái)指定DTU要建立連接的數(shù)據(jù)服務(wù)中心(DSC)信息，主要包括把DSC服務(wù)器接入Internet所獲得的公網(wǎng)IP地址和DSC服務(wù)器的通訊端口號(hào)。

　　用戶串口設(shè)置用來(lái)匹配用戶端串口的輸入方式，主要包括波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止。此設(shè)置應(yīng)與配電綜合測(cè)控儀串口的設(shè)置一致。

　　配置好H7710DTU之后，只要加電運(yùn)行且DSC在線，DTU就會(huì)自動(dòng)撥號(hào)并與H7920無(wú)線路由器建立數(shù)據(jù)連接通道。

　　2.2 H7920無(wú)線路由器的配置

　　H7920無(wú)線路由器也需要插入SIM卡才能使用，本方案中使用聯(lián)通的SIM卡。配置工作主要包括網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置和路由參數(shù)設(shè)置。

　　網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置用來(lái)指定無(wú)線路由器所連接的局域網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信息，主要包括：a．局域網(wǎng)接口參數(shù)，可根據(jù)需要配置局域網(wǎng)絡(luò)IP地址。b．移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，與H7710DTU的移動(dòng)服務(wù)中心設(shè)置相同。

　　路由參數(shù)設(shè)置是指通過(guò)路由表來(lái)確定IP數(shù)據(jù)包需要發(fā)往的物理接口地址。如果用戶網(wǎng)絡(luò)有多個(gè)路由器和子網(wǎng)，就需要啟用路由表，以使數(shù)據(jù)包能走恰當(dāng)?shù)穆窂?，且使不同的子網(wǎng)間能互相通訊。

　　H7920無(wú)線移動(dòng)路由器在接通電源后，會(huì)立即檢測(cè)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，并在確定網(wǎng)絡(luò)信號(hào)正常的前提下，按所設(shè)定的號(hào)碼(中國(guó)聯(lián)通：#777)向運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行撥號(hào)連接，然后在經(jīng)過(guò)一系列的協(xié)議認(rèn)證，且用戶名／密碼驗(yàn)證通過(guò)后，運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器會(huì)分配一個(gè)IP地址給移動(dòng)路由器，至此PPP撥號(hào)連接完成。