2021年01月23日 | 关于在AMR 运用无线模块

简介：在国家相关政策的推动下，民用计量表智能化已是大势所趋。随着无线行业技术标准的不断成熟规范、管理水平的不断提高。国家对抄表设备监管力度、市场引导等不断加强。将抄表系统及相关配套产品纳入重点计量器具范围，建立市场准入制度也将是必然。相信在不久的将来远程抄表系统将会得到不断的完善和成熟，抄表系统的春天也将会来临。

长期以来，供电企业电能数据的抄算都是基于电能表的手工作业方式，即每月定期派人到各用户那里抄录电能表的用电数据作为电费计算和收缴的依据。

随着电力负荷的急剧增长，一户一表和直供到户等营销举措的不断深入，用电企业纷纷将家属宿舍的用电管理业务交还供电企业，致使供电企业的电量抄录的工作量急剧膨胀，就地分散的手工抄表根本无法适应用电管理的需要。目前在政府政策的支持下，供水行业也正在进行“一户一表”的政策推行，计量表具剧增，抄表工作量增大，自来水收费体制面临着一次重要改革，实现网络化、智能化收费，采用新的抄表技术来提高抄表工作效率，减少劳动强度和提高服务水平，已经成为供水行业的共识。同时，随着社会的不断发展，人们的生活水平不断提高，老百姓对生活环境提出了更高的要求，小区住宅除了满足人们最基本的居住要求外，实现住宅的表记自动抄表、自动计费、远程集中式抄表，将方便、省时的物业管理带给住户，形成家庭智能化管理是未来发展的必然选择。自动抄表系统的技术研究和产品开发势在必行。

AMR的概述及其特点

自动抄表（AutomaticMeterReading-AMR）是指利用微电子和计算机网络、传感等技术自动读取和处理表计数据，将城市居民的用水、电、气信息加以综合处理的系统。它是一项将数据自动采集、传输和处理应用于电能供与用电管理系统中的技术，从根本上克服了传统的人工抄表模式的弊端，使各水、电、气公司及物业管理部门从根本上解决了入户抄表收费给用户和抄表人员带来的麻烦，避免了许多不必要的纠纷，给水、电、气的现代化管理带来了新的希望。同时，准确而便捷的收费系统，不但提高了管理部门的工作效率，也满足了现代用户对用水、用电、用气缴费的需求。

从功能上来说，AMR系统主要是完成电度计量或信息采集、信息远传、后台软件处理和分析三部分任务。前后两部分技术已经成熟，抄表系统技术关键是解决信息远传——通讯问题。现阶段国内的抄表通讯方式主要有三种：一种是电力线载波抄表，一种是485总线抄表，还有一种是无线网络抄表，下面对这三种方式作简要的说明。

电力线载波(PowerLine Carrier，PLC)通信是指将信息调制为高频信号后叠加在电力线路上进行通信的技术，在同一变压器区域下，一个集中器采集若干个采集器或电能表的数据，构成一个基于电力线的通信网。电力载波最大的优势就是可以利用无所不在的电力线网络作为一种通信媒介，不需重新布线，这是世界上分布范围最广的、最现成的通信资源，可以节省大量的人力物力。电力线通信(PLC)在AMR系统中的应用已有几十年的历史，在欧美等地区使用效果非常好。除了在海外使用外，尽管人们关注度非常高，但在中国本地还没有取得明显的成绩。简单来说，其中最大的障碍之一是其通信的稳定可靠性，这是所有基于载波抄表方案必须解决的一个迫切问题，而且在解决这个问题时，不能提高解决方案成本。

相比电力载波通讯，485总线抄表的运用面会比较小，它一般用在已预埋线路或容易走线的小区，这种方式通信实时性强，可靠性最好。但集中器和采集器之间需要拉专线，工程量大一些。

提起无线抄表，估计大家也不陌生，现在市面上的无线产品琳琅满目，如无线鼠标、无线遥控器等。我们已经进入了信息时代，信息的获取传输也逐步从有线过渡到了无线。这一技术的最大优势就是安装方便、成本低、传输可靠，随着无线通讯事业的发展，涌现了大量的RF芯片生产厂家，使得无线产品朝着微型化、模块化的方向发展。我司自主设计的无线抄表方案就是通过无线收发模块（EV-IA4421_3）实现设备之间通讯的。

无线模块在AMR上的运用

我司自主研发的无线抄表系统采用簇状树形结构，硬件设备包括：主控器、中继器和终端设备。各设备之间通过无线射频的方式进行通信，通信的中介设备就是插在各设备上的无线收发模块。下面对各硬件设备作简要说明：

1、主控器

是整个系统的控制中心，操作命令的发起者，提供有人机操作界面。主要负责数据管理，网络组建,网络维护和终端操作。终端访问路径的生成有手工建立和自动建立两种方式，手工建立是指人为的终端输入访问路径，自动建立是通过中继器或有中继功能的终端（如电表）进行逐级查找终端，再根据算法自动生成对终端的访问路径。

2、中继器

将数据进行中继，扩大的网络的物理覆盖范围，最大可做到16级。级的覆盖半径取决于无线模块的有效通讯距离，对于离主控器较远的终端设备就可以通过增加路径级数来实现通讯。

3、终端

可支持水、电、气三表，负责计量等实际运用。终端的最大容量高达32767只，水、气表支持睡眠功能，大大的降低了功耗；电表端点具有中继功能，在组网的时候可进行广播搜索设备，从而减少了网络中中继器的个数，降低了成本。

4、无线收发模块

无线收发模块（EV-IA4421_3）也是我司自主研发的，该模块的核心是美国INTEGRATION公司的无线收发芯片IA4421，该芯片是一个完整的无线收发机，包括内在的多边带PLL合成器、PA、LNA、混频器、基带滤波器、中频放大器、信号强度指示RSSI、数据质量侦测DQD、电池电压侦测、AFC和微控制器，外围元件很少，性能稳定可靠。该模块向用户提供简单的应用接口，采用透明通信，从串行接口进入发射模块的数据会原封不动的从接收模块串行接口送出去，即所收即所发，使用非常方便。

模块支持三种工作频段：433MHz、868MHz和915MHz，在出厂时设置。工作频道、串口波特率、扩展输出口和可靠数据级别强度则根据用户的需求通过软件或硬件的方式进行设置。本方案无线模块的天线及各参数设置如下：

（1）嵌入式天线：SMA接头，阻抗50Ω，增益3dBi，驻波比≤1.5，频率433MHz，带宽≥10MHz，全向辐射。

（2）工作频段：433MHz；

（3）串口波特率：通过跳线的方式设置为19.2kbps；

该系统充分利用了模块的/PD睡眠引脚和能量检测功能，说明如下：

1、/PD睡眠引脚

系统睡眠终端在进入睡眠模式时把模块的PD致为0，此时模块会关闭自身的串口，RX和TX引脚被配置为I/O口功能，RX是输入脚，TX是输出脚并输出低电平，这时为了更省电，应用板MCU相应的RX引脚应设置成输入状态，TX应设置成输出低电平状态。

2、能量检测

组网时，为保证建立路径的可靠性，搜索路径的最后一个设备通过串口发送命令的形式打开模块的能量检测功能，设置一个可靠数据级别强度，模块每收到一帧数据都要进行能量判断，丢弃低于设定值的帧，这样就可以保证每级搜索到的设备都是可靠的，从而生成可靠的访问路径。为了提高数据接收的灵敏度，在每级组网结束时关闭模块能量检测功能。

结束

在国家相关政策的推动下，民用计量表智能化已是大势所趋。随着无线行业技术标准的不断成熟规范、管理水平的不断提高。国家对抄表设备监管力度、市场引导等不断加强。将抄表系统及相关配套产品纳入重点计量器具范围，建立市场准入制度也将是必然。相信在不久的将来远程抄表系统将会得到不断的完善和成熟，抄表系统的春天也将会来临。