計(jì)量自動(dòng)化終端無線通信測(cè)試技術(shù)研究

黃兆鵬++鐘嘉林

摘 要：計(jì)量自動(dòng)化終端無線通信測(cè)試技術(shù)在國內(nèi)外已經(jīng)取得了許多成果，但國內(nèi)基于計(jì)量自動(dòng)化終端無線通信測(cè)試技術(shù)還處于起步階段，計(jì)量自動(dòng)化終端無線通信自動(dòng)測(cè)試研究可為智能電網(wǎng)提供強(qiáng)有力保障。該文結(jié)合國內(nèi)計(jì)量自動(dòng)化終端無線通信的實(shí)際情況，選擇適于計(jì)量自動(dòng)化終端無線通信的檢測(cè)方法，結(jié)合虛擬儀器技術(shù)對(duì)計(jì)量自動(dòng)化終端無線通信指標(biāo)自動(dòng)測(cè)試，確定了無線通信性能測(cè)試指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：無線通信 計(jì)量自動(dòng)化終端 測(cè)試 ZigBee無線通信技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM933 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）04（a）-0030-02

電力自動(dòng)化系統(tǒng)和無線通信技術(shù)推廣應(yīng)用和關(guān)鍵技術(shù)深化研究，計(jì)量自動(dòng)化終端用量逐漸增多。具有廣闊的計(jì)量自動(dòng)化終端市場前景，應(yīng)用領(lǐng)域的自動(dòng)抄表系統(tǒng)具有特定優(yōu)勢(shì)[1]。雖然計(jì)量自動(dòng)化終端設(shè)備國家電網(wǎng)公司已經(jīng)投入生產(chǎn)并使用，但全面無線通信測(cè)試規(guī)范體系還未建立[2]。確保電力用戶計(jì)量自動(dòng)化終端采集能夠穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，結(jié)合虛擬儀器和無線通信關(guān)鍵技術(shù)顯得非常必要，填補(bǔ)電力系統(tǒng)無線通信組建虛擬測(cè)試空白[3]。因此，該文計(jì)量自動(dòng)化終端選擇適用的無線通信檢測(cè)方法，無線通信研究測(cè)試具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 無線通信技術(shù)

隨著用戶需求逐年增多，電子技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)推動(dòng)了計(jì)算機(jī)和半導(dǎo)體領(lǐng)域的快速發(fā)展。處于高速需求階段的無線通信技術(shù)有很多，諸如：ZigBee、藍(lán)牙、UWB和WiFi等關(guān)鍵技術(shù)取得令人矚目成就[4]。

1.1 ZigBee無線通信技術(shù)

ZigBee技術(shù)達(dá)10～75 m的數(shù)據(jù)傳輸距離，工作ISM（Industrial Scientific Medical Band）頻段，具有傳輸速率比較低、功耗低和距離近等特點(diǎn)，一種雙向低成本無線通信技術(shù)，具有250 kbit/s最高通信速率。全球2.4 GHz，美國915 MHz頻段上為40 kbit/s，歐洲868 MHz頻段上為20 kbit/s，這三個(gè)頻段總計(jì)37個(gè)信道。其中868 MHz涵蓋1個(gè)信道，915 MHz涵蓋10個(gè)信道，2.4 GHz涵蓋16個(gè)信道，ZigBee計(jì)量自動(dòng)化終端網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

采用ZigBee技術(shù)計(jì)量自動(dòng)化終端，價(jià)格能為普通用戶接受。ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以容納一個(gè)主設(shè)備和最多254個(gè)從設(shè)備，區(qū)域內(nèi)可以最多同時(shí)存在100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。

1.2 ZigBee計(jì)量自動(dòng)化終端應(yīng)用分析

無線通信網(wǎng)絡(luò)按照傳輸介質(zhì)不同可分為有線接入和無線接入，接入層的組網(wǎng)方式和接入形式之間相互補(bǔ)充。相比于當(dāng)前使用的有線通信技術(shù)計(jì)量自動(dòng)化終端，多用戶計(jì)量自動(dòng)化終端ZigBee技術(shù)能實(shí)現(xiàn)無線通信。避免有線通信布線施工難等諸多問題。昂貴無線通信頻道租借費(fèi)用不需要付出，因?yàn)閆igBee技術(shù)是免費(fèi)的2.4 GHz頻道，相比無線通信GSM技術(shù)，計(jì)量自動(dòng)化終端具有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能?？傊?，ZigBee無線通信技術(shù)和計(jì)量自動(dòng)化終端相結(jié)合，其低成本低功耗特有性質(zhì)，不僅滿足智能家居發(fā)展要求，也滿足當(dāng)前市場對(duì)計(jì)量自動(dòng)化終端功能需求。

2 計(jì)量自動(dòng)化終無線通信性能檢測(cè)

2.1 無線通信性能指標(biāo)測(cè)試

接收性能部分和發(fā)射性能部分是計(jì)量自動(dòng)化終端無線通信測(cè)試項(xiàng)目的主要?jiǎng)澐帜Ｊ剑凑諊鴥?nèi)外無線通信相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行劃分，能夠規(guī)范和準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)無線通信測(cè)試可靠性和穩(wěn)定性[5]。接收信號(hào)功率承受容限和接收靈敏度，接收信號(hào)頻率偏移容限都是接收性能部分測(cè)試項(xiàng)目。有發(fā)射功率、占用帶寬、頻率偏移、雜散發(fā)射、發(fā)射功率帶內(nèi)平坦度和發(fā)送信號(hào)矢量幅度誤差都是發(fā)射性能部分測(cè)試項(xiàng)目[6]。

2.2 無線通信發(fā)射功率測(cè)試步驟

2.2.1 基本概念

發(fā)射功率頻譜儀檢測(cè)其信號(hào)強(qiáng)度，測(cè)量設(shè)備發(fā)送無線射頻信號(hào)，無線通信測(cè)試設(shè)備能達(dá)到的最大輸出功率。

2.2.2 測(cè)試目的

針對(duì)信道的干擾和減小系統(tǒng)容量，超過指標(biāo)要求的輸出功率會(huì)增加，驗(yàn)證計(jì)量自動(dòng)化終端輸出功率是否超過指標(biāo)要求。

2.2.3 指標(biāo)要求

按照《微功率（短距離）無線電設(shè)備管理暫行規(guī)定》，擴(kuò)頻通信設(shè)備最大輸出功率簇20 dBm，工作于2 400～2 483.5 MHz頻段。通信設(shè)備最大輸出功率簇17 dBm，工作于470～510 MHz頻段。通信設(shè)備最大輸出功率延10 dBm，工作于433～434.79 MHz頻段，各頻段發(fā)射功率限值如表1所示。

2.2.4 測(cè)試方法及流程

脈沖功率計(jì)量自動(dòng)化測(cè)量時(shí)，要選用合適的衰減值進(jìn)行分析處理，防止功率計(jì)或頻譜儀過載。頻譜儀的檢波方式要選擇有效值檢波，同時(shí)5BW3RBW。脈沖功率是在零跨度時(shí)突發(fā)模式下的平均功耗。突發(fā)寬度是在捕獲的數(shù)據(jù)中尋找高峰，然后搜索跟蹤大于閾值水平的信號(hào)值，突發(fā)的第一個(gè)位置是在跟蹤低于閾值水平，平均功率計(jì)算方法步驟如以下幾點(diǎn)。

（1）轉(zhuǎn)換成dBm的線性功率分別來自幅度跟蹤點(diǎn)。

（2）添加上述的點(diǎn)數(shù)除以振幅，并將其一起列入平均水平計(jì)算。

（3）此值以對(duì)數(shù)形式顯示（dBm）。

（1）

其中：Pavg為平均功率；n為開始跟蹤點(diǎn)；m為停止跟蹤點(diǎn)；P為跟蹤點(diǎn)對(duì)應(yīng)振幅的功率，以dBm為單位。

2.3 ZigBee模塊與470MHz模塊發(fā)射功率測(cè)試結(jié)果比較

無線通信性能的發(fā)射功率指標(biāo)，對(duì)ZigBee模塊與470 MHz模塊的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，ZigBee模塊與470 MHz模塊發(fā)射功率如圖2、圖3所示。

ZigBee和470 MH通信性能比較如表2所示。

表1測(cè)試結(jié)果得出，ZigBee模塊的發(fā)射功率更小，占用帶寬更窄，發(fā)射功率帶內(nèi)平坦度較平坦。

綜上比較，Zigbee計(jì)量自動(dòng)化終端無線通信中應(yīng)用可行性更大。

3 結(jié)語

相對(duì)比較昂貴的通信測(cè)試儀器，逐漸提高的測(cè)試設(shè)備智能化程度，開始軟件化的測(cè)試設(shè)備，具有局域網(wǎng)接口。方便將測(cè)試數(shù)據(jù)下載到數(shù)據(jù)質(zhì)量分析包、數(shù)據(jù)電子表和數(shù)據(jù)庫，分析和探討ZigBee計(jì)量自動(dòng)化終端應(yīng)用，計(jì)量自動(dòng)化終端無線通信的測(cè)試ZigBee數(shù)據(jù)得到充分利用。內(nèi)發(fā)射部分和接收部分是測(cè)量系統(tǒng)的主要組成部分，系統(tǒng)測(cè)試內(nèi)容通道及其部件的測(cè)試，大部分頻率及功率為主的測(cè)試指標(biāo)，各種通信技術(shù)發(fā)展進(jìn)行之中，尚未成熟的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不斷發(fā)展的相應(yīng)測(cè)試技術(shù)，新測(cè)試方法有待研究開發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃鍇.電能計(jì)量自動(dòng)化終端維護(hù)處理方法[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014，33（15）：24-25.

[2] 吳偉東.自動(dòng)化系統(tǒng)在計(jì)量維護(hù)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（46）：155.

[3] 周潔.電能計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)及應(yīng)用：以膠州市供電公司為例[J].科技資訊，2012，10（12）：30.

[4] 郭飛，陳根永，張德玲.基于RS485接口的電能計(jì)量數(shù)據(jù)采集[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007，23（22）：99-101.

[5] 賈麗萍，茹世文，弭勇，等.用電信息采集終端自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2012，11（17）：67-68.

[6] 楊悅輝.計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)在計(jì)量管理工作中的應(yīng)用[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2013，40（4）：36-37.