基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能電表老化檢測(cè)方法

陳卓

（廣州電力設(shè)計(jì)院，廣東廣州，510006）

基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能電表老化檢測(cè)方法

陳卓

（廣州電力設(shè)計(jì)院，廣東廣州，510006）

針對(duì)現(xiàn)有智能電表產(chǎn)品批量老化試驗(yàn)過(guò)程中存在的通訊效率低，數(shù)據(jù)讀取延時(shí)等問(wèn)題，提出了一種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能電表老化試驗(yàn)方法。介紹了檢測(cè)設(shè)備的基本電子電路，分析了各部分的基本功能和檢測(cè)試驗(yàn)方法?；谠摍z測(cè)方法可以提高智能電表產(chǎn)品老化試驗(yàn)的檢測(cè)精度和效率，且能夠適應(yīng)未來(lái)老化試驗(yàn)功能升級(jí)的要求。

智能電表；Zigbee網(wǎng)絡(luò)；檢測(cè)設(shè)備

0 引言

智能電表產(chǎn)品的老化試驗(yàn)是保障其質(zhì)量水平的重要試驗(yàn)，該項(xiàng)在生產(chǎn)企業(yè)和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的工作流程是非常重要的。老化試驗(yàn)是給電表產(chǎn)品施加濕、熱和電等外部應(yīng)力，模擬嚴(yán)酷工作環(huán)境，使?jié)撛诠收咸崆氨┞叮巩a(chǎn)品進(jìn)入高可靠階段的檢驗(yàn)過(guò)程。老化試驗(yàn)通常分動(dòng)態(tài)恒溫老化（通電老化）和高低溫老化（不通電老化）。老化試驗(yàn)結(jié)束后需要人工手段對(duì)幾十個(gè)上百個(gè)智能電表的電能數(shù)值通過(guò)紅外儀表進(jìn)行讀取，將讀取的數(shù)字與同一批老化的標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行比對(duì)，從而發(fā)現(xiàn)故障的電表產(chǎn)品[1]。ZigBee通訊技術(shù)是為先進(jìn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的代表在自動(dòng)抄表產(chǎn)品中已經(jīng)有初步的應(yīng)用，但是多以抄表器上傳通訊手段的方式在自動(dòng)抄表中應(yīng)用，隨著微電子技術(shù)和嵌入式技術(shù)的發(fā)展。ZigBee無(wú)線通訊技術(shù)在自動(dòng)抄表產(chǎn)品中已經(jīng)有初步的應(yīng)用[2]，它具有免費(fèi)傳輸頻段，傳輸數(shù)據(jù)量小，傳輸速率慢，節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，組網(wǎng)方式靈活，構(gòu)建成本低廉的特點(diǎn)。老化試驗(yàn)中人工紅外抄表的工作量巨大，加入Zigbee技術(shù)可以有效的減少工人操作的工作量，提高檢測(cè)工作的實(shí)時(shí)性。

1 電路構(gòu)成

老化試驗(yàn)前是將幾十個(gè)智能電表產(chǎn)品安裝到一個(gè)老化架上，再將數(shù)個(gè)老化架推入一個(gè)老化房中間進(jìn)行老化試驗(yàn)。傳統(tǒng)的老化架只是對(duì)電表強(qiáng)電端口進(jìn)行供電，而不會(huì)連接電表的弱電端口。在本文提出的新型老化架方案中，在老化架中的每一個(gè)電表夾具都安裝結(jié)構(gòu)如圖1所示的RS485轉(zhuǎn)無(wú)線Zigbee電路模塊，該電路模塊的485通訊端口通過(guò)工裝夾具直接與智能電表的RS485通訊端子相連。圖1中的模塊電路是基于TI公司的CC2530芯片開(kāi)發(fā)的，該芯片能夠獨(dú)自支持一路Zigbee外設(shè)（圖1中的RF_P和RF_N）和一路通用串口外設(shè)（圖1中的TX和RX）的工作，兩部分電路工作相互不會(huì)干擾。CC2530的最高工作溫度為125℃，足夠滿足老化房最高70℃的工作條件。通過(guò)圖1中的電路模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)老化房中的幾十個(gè)到數(shù)百個(gè)智能電表與外部Zigbee網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)通訊，徹底擺脫人工紅外抄表的落后方法。

圖1 老化試驗(yàn)專用的Zigbee轉(zhuǎn)RS485電子電路框圖

2 基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的快速檢測(cè)方法

基于上一節(jié)的電路可以將老化房中的智能電表與外部Zigbee網(wǎng)絡(luò)相連，不僅是能夠擺脫人工抄表方式，而且能夠極大的提高老化試驗(yàn)效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和存儲(chǔ)。為說(shuō)明基于Zigbee的老化試驗(yàn)的檢測(cè)方法，以三個(gè)電表的老化試驗(yàn)為案例進(jìn)行說(shuō)明。

如圖2所示，三個(gè)智能電表分別連接三個(gè)RS485轉(zhuǎn)無(wú)線Zigbee電路模塊S1、S2和S3，而模塊M1將Zigbee網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)服務(wù)器相連，其中S1、S2和S3的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，而M1的結(jié)構(gòu)與圖1類似，只是將圖1中的RS485網(wǎng)絡(luò)換成RS232或者以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與電腦的通訊?；赯igbee網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)三個(gè)智能電表采用并發(fā)讀取的方式，具體流程如下：1.M1向S1～S3發(fā)送廣播命令，S1～S3同時(shí)向自己連接的電表通過(guò)485請(qǐng)求數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)被保留著S1～S3的Zigbee芯片中；2.M1逐個(gè)向S1、S2、S3請(qǐng)求數(shù)據(jù)，此時(shí)讀取的波特率就是Zigbee的波特率，25k～250k bps,讀完一個(gè)老化架所有的電表在0.1～0.5s內(nèi)；3.M1向電腦串口返回?cái)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式全部遵循智能電表DTL645規(guī)約（完全不影響上位機(jī)，可以兼容以往基于DTL645規(guī)約設(shè)計(jì)的上位機(jī)抄表程序），M1和電腦的通訊波特率可以被設(shè)置為115200 bps甚至更高。過(guò)程1的時(shí)間就是單個(gè)電表通訊一次的所需時(shí)間，而過(guò)程2、3可以并行。

圖2 基于Zigbee的老化試驗(yàn)通訊框圖

如圖3所示，每個(gè)電表接收到數(shù)據(jù)都有30ms的數(shù)據(jù)處理延時(shí)，之后兩個(gè)電表馬上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)回傳。在電表2400波特率條件下，一個(gè)老化架的通訊時(shí)間長(zhǎng)度t=300ms+30ms×電表數(shù)量，當(dāng)電表數(shù)量=150時(shí)，t=4.800s。當(dāng)波特率提高到115200時(shí)，每一幀的通訊時(shí)間最短長(zhǎng)度為2.5ms，最長(zhǎng)時(shí)間間隔為8ms，一個(gè)老化架的通訊時(shí)間長(zhǎng)度t=300ms+（2.5～8）ms×150（電表數(shù)量）=675～1500ms，一個(gè)老化架（150個(gè)電表）的通訊時(shí)間為0.675～1.5s。

Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性強(qiáng)、自組織以及分布式特點(diǎn)，同時(shí)具有低成本、低功耗、超強(qiáng)通信能力和抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。在應(yīng)用于智能電表老化試驗(yàn)中，能夠節(jié)省大量布線和安裝成本，還能夠?qū)崿F(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)尋找2.4G射頻范圍內(nèi)所有的無(wú)線節(jié)點(diǎn)，在50M的范圍內(nèi)可以支持幾百個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)通訊，完全可以滿足智能電表生產(chǎn)企業(yè)中老化試驗(yàn)項(xiàng)目。目前的老化試驗(yàn)只在老化過(guò)程結(jié)束對(duì)所有電表進(jìn)行一次精度分析，而基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的完全可以滿足實(shí)時(shí)對(duì)所有老化電表產(chǎn)品電能讀數(shù)的監(jiān)控。

圖3 Zigbee老化試驗(yàn)通訊試驗(yàn)發(fā)送接收信號(hào)波形圖

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出的基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能能電表老化試驗(yàn)，與當(dāng)前使用紅外抄表通訊技術(shù)的電表老化相比，解決了短距離范圍內(nèi)大量老化電表的無(wú)線抄表問(wèn)題，不僅節(jié)省了紅外無(wú)線抄表的人力成本和有線抄表布線成本，同時(shí)在老化過(guò)程中也具備了實(shí)時(shí)通訊抄表的功能，提高老化試驗(yàn)的數(shù)據(jù)精度和有效性。

[1]李宏新,陳環(huán)環(huán).單相智能電表生產(chǎn)工藝流程[J].科技展望,2015(26):128.

[2]曾志洪,郭謀發(fā),楊耿杰等.采用ZigBee技術(shù)的智能家居用電信息采集系統(tǒng)[J].電工電氣,2011(10):25-29.

The smart meter Zigbee network detection scheme based on Aging

Chen Zhuo
(Guangzhou Electric Power Design Institute, Guangzhou Guangdong,510006)

Aiming at the problems of low communication efficiency and data reading delay existing in the batch aging test of existing smart meter products, an aging test method of smart meter based on Zigbee network is proposed. The basic electronic circuit of the testing equipment is introduced. The basic functions and testing methods of each part are analyzed. Based on the detection method, the detection accuracy and efficiency of the aging test of smart meter products can be improved, and it can meet the requirements of future aging test function upgrade.

smart meter; Zigbee network; detection equipment