摘要：在“多表合一”采集系统推进的初期阶段，存在设备质量参差不齐，规范标准不统一等问题。为了保障“多表合一”采集系统的有序推进，确保相关技术规范的落实，提升设备质量，必须对“多表合一”采集系统设备进行全面检测。
关键词：电力载波通信;采集终端;检测
前言
电力载波通信PLC(PowerLineCarrier)是指利用电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术，是电力系统特有的通信方式。由于电力载波自身存在着一些局限性，例如：远距离传输信号衰减、变压器的阻断作用等缺点，因此电力载波的应用空间有限，但是，在远程抄表方面的应用有着广泛的空间。
1电力载波技术的智能家居系统设计
本文主要利用电力载波通讯设计一个基于ARM的智能家居系统，用户可以通过人机交互界面控制家电状态。
2系统结构
本系统主要包含4部分：控制端部分、ARM控制器部分、电力载波网络以及终端监测和控制部分。其中控制端部分主要通过触摸屏控制，ARM控制器与控制部分通过串口接入载波网络，然后利用220v交流电进行传输信号。该系统是一个主从模式的系统设计，用户可以通过控制端向下发送命令，命令通过电力载波模块耦合到电力线上传输，终端单片机接受到命令后进行解析，最后反馈信息至主控制器，并执行相应的操作。
3硬件设计
3.1ARM控制器
智能家居的ARM控制器是系统的核心部分，是整个系统的心脏。它不仅是家庭网络与外部网络的连接平台，更是整个系统的运行与控制的中心。控制器选用的是Exynos4412处理器，Exynos4412是三星公司开发的一款基于32nmHKMG工艺的四核处理器，适用于低成本、低功耗、高性能的电子产品。这款四核处理器运行频率高达1.6GHz，运行时的性能同时是双核的2倍，同时功耗只有双核处理器的八成，Exynos4412提供多种通讯接口，包括GPIO、UART、SPI等，可以直接与各设备进行通讯。
3.2电力载波模块
KQ130F是四川科强电子公司的一款电力载波模块，是专门为在220V交流上，强干扰，强衰减，远距离要求的环境下，可靠的传送数据而特别设计和开发的性价比很高的载波模块。适用于抄表、路灯、智能家居、消防、楼宇控制以及需要电力线传送数据的其它应用领域。KQ130F采用的BFSK调制技术，频率在120-135KHz，最大波特率为9600bps，带外抑制能力大于60dB，带宽小于10KHz，供电电源为直流5V~12V，帧的最大长度为252字节。
3.3终端控制节点设计
智能家居中，温湿度的测量、开关、安防是必不可少的，这关系到人们的生活的舒适程度。本设计采用AT89C51为终端控制节点，它将解析发送过来的命令，以及采集环境参数，其中温度采集采用的是DHT11温湿度传感器来实现温湿度采集，DHT11是一款数字温湿度传感器，其湿度精度为±5%RH，温度精度为±1~±2℃，湿度量程为20%~90%RH，温度量程为0~50℃，该模块具有体积小、响应快、性价比高等优点。
4检测系统设计
4.1检测系统整体功能设计
根据上述需求分析，对整机功能模块进行划分。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆整机由采集终端功能检测单元、配套通信单元功能检测单元、通信接口性能检测单元、功耗检测单元、实体/虚拟表单元、纹波取样单元、杂散取样单元、示波器、频谱仪、射频源、基带调制单元、人机交互单元、工控机单元等构成。
4.2通信接口性能检测设计
该部分检测系统由频谱仪、射频源、M-BUS和RS-485接口电气性能测试单元、耦合天线、水气热表抄读工具等单元构成，其中包含通信协议测试功能。被测的水、气、热表计和通信单元放置在屏蔽箱体内，从而保持测试结果的准确性.偏、调制模式等无线指标测试，射频源用于生成无线通信射频信号，通过调节输出频率、功率，进行通信单元抗频率偏移和接收灵敏度等技术指标测试。
4.3功能性测试设计
功能性测试由工频电源、虚拟表计单元、误差测量模块、虚拟集中器、标准时钟等组成。工频电源为被测采集终端供电。虚拟集中器单元采用上行RS-485接口作为上行测试帧的下发通道。下行通道通过RS-485和M-BUS接口连接虚拟表计，计时精度测试使用标准源输出脉冲作为比对依据，计算计时误差。M-BUS上行抄读虚拟单元用于模拟水、气、热表原系统抄读事件。测试方案中上、下行的通信单元可不接入测试系统。方案支持单个表位，具备多表位扩展能力。
4.4接口带载能力测试设计
带载能力测试部分由带载测试头、12V带载测试单元、M-BUS带载测试单元等组成。带载能力测试主要检测采集终端通信单元接口、M-BUS、12V电源等部分的带载能力。带载测试头切入额定负载，进行电压、纹波、杂散噪声等信号取样，送入电压、纹波、杂散检测设备。12V、M-BUS带载能力测试采用恒流电子负载的方法，并依据T/CEC122.32《电水气热能源计量管理系统第3-2部分：采集器技术规范》实现采集器通信接口带载能力测试。
4.5通信单元功耗测试设计
测试工装为待测通信单元提供工作环境，通过发起抄读表计报文使其产生动态、静态工作状态，电压、电流采样模块进行通信单元功耗检测，并依据T/CEC122.32《电水气热能源计量管理系统第3-2部分：采集器技术规范》实现下行通信单元功耗测试、低功耗唤醒机制测试，可根据设定的抄读数据、频次等参数，推算年度能耗等指标.
4.6采集终端互换性与端口识别流程测试设计采集终端的互换性与端口识别流程测试部分由虚拟通信单元、虚拟表计和虚拟集中器组成。采用虚拟通信单元取代实际的通信单元，虚拟通信单元可以响应采集终端主动发起的识别、抄表等报文。虚拟表计通过RS-485、M-BUS等接口连接采集终端，响应测试报文。测试中通过变更虚拟通信单元的配属表计、改变虚拟通信单元的属性，测试端口自动识别、通信单元自识别等测试。测试方案中保留了实体水、气、热表计的接入能力，并依据T/CEC122.32《电水气热能源计量管理系统第3-2部分：采集器技术规范》实现端口自动识别试验、上行通信流程测试、下行通信流程测试、通信单元自识别测试、协议一致性测试等测试项目。
4.7通信单元互换性测试设计
通信单元互换性测试由12VDC电源、互换性工装、虚拟采集终端单元组成。测试工装为待测下行通信单元提供工作环境，通过发起识别报文，验证通信单元响应过程是否符合规范要求，并依据T/CEC122.32《电水气热能源计量管理系统第3-2部分：采集器技术规范》实现通信单元自识别响应测试、下行通信流程测试。
结束语
“多表合一”采集终端检测系统在研制过程中，依据国家和国网公司有关技术标准、规程和要求进行设计，充分考虑了设备的实用性和专用性，可覆盖采集终端、能源计量表计等设备，并提供设备功能测试、协议一致性测试、互换性测试、功耗带载测试、表计通信接口性能测试等多种检测功能，为标准的贯彻执行和设备质量检测提供了有力手段。
参考文献:
[1]徐晴,刘建,田正其,等.水、热、气、电四表合一数据采集系统的研究与应用[J].计算机测量与控制,2017,25(3):217-221.
[2]胡江溢,祝恩国,杜新刚,等.用电信息采集系统应用现状及发展趋势[J].电力系统自动化,2014,38(2):120-135.
论文作者:王怀德
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
标签：单元论文; 测试论文; 通信论文; 载波论文; 终端论文; 三星论文; 电力论文; 《电力设备》2019年第8期论文;