徐国林1 王研1 闫伟1 丁海涛1 李春海2
（1.国网吉林省电力有限公司白山供电公司；2.石家庄科林电气股份有限公司）
【摘 要】随着3G、4G等无线网络的发展和推广应用，无线通信网络的可靠性和高效性已经得到社会的广泛认可，但不可否认的事实是，我国的无线网络还未实现100%全覆盖，一些偏远地方和山区还存在通讯盲点，还有很多地方存在信号不好的状况，使得有很多地方主站与集中器的通信成功率不高，从而致使系统的抄表成功率不高，达不到自动化抄表的预期效果。
基于无线wifi中继实现的用电信息采集系统，采用无线wifi中继单元和无线网关，来解决无线信号覆盖不到，存在通信盲点问题。通过这种策略将集中器、专变等采集终端抄收到的数据发送到无线信号比较好的地方，使得主站与集中器和专变之间通信顺畅。
【关键词】用电信息采集系统；电力线载波；wifi中继；无线网关机；采集终端
引言
在无线网络信号覆盖不到的区域实现远程电力抄表，原有的集抄模式基本达不到其预期目标。我们在多年的开发理论及实践经验基础上，推出基于wifi中继用电信息采集系统有重要意义。
1．基于无线wifi用电信息采集系统的实现框图
随着3G\4G无线网络的发展和推广应用，无线通信网络的可靠性和高效性已经得到社会的广泛认可。基于3G\4G模块通信的用电信息采集系统，利用现有的无线通讯基站，不需重新铺线，且抗干扰能力强，误码率小。而且随着无线通信技术、网络技术的迅猛发展，同时伴随着数字化程度的提高，基于无线网络的用电信息采集系统已经成为电力管理的优先选择。
但不可否认的事实是，我国的无线网络还未实现100%全覆盖，一些偏远地区和山区还存在通讯盲点，还有很多地方存在信号不好的状况，使得有很多地方主站与集中器的通信成功率不高，从而致使系统的抄表成功率不高，达不到自动化抄表的预期效果。
由于无线公网信号缺失或不良导致一些地方的集中器和专变终端与主站通信效果不好，因此经常需要工程人员到现场去排查问题，甚至根本无法解决该问题，因而还需要人工抄表，这样既严重浪费了人力和物力，又无法真正的实现集中抄表的功能。
由于这些原因，事实上在很大程度减小了基于无线网络的集抄系统的使用范围，同时使一些已经使用中的集抄系统根本达不到其设计目标。为了在无线公网信号覆盖不到的区域实现集中抄表，提出了基于wifi中继实现的用电信息采集系统的方案，系统包括用户电表、采集器、终端、wifi中继器、无线网关和主站。主站中设置无线网络传输模块，终端侧具备wifi中继单元和无线网关，终端和wifi中继单元中设置wifi传输模块，无线网关中设置wifi传输模块和无线网络通信模块；终端与wifi中继单元之间、wifi中继单元与无线网关通过无线传输模块联接，无线网关与主站通过无线网络通信模块联接，终端经过一个或几个wifi中继单元以及无线网关与主站联接。
2．功能实现
2.1现场数据采集层的功能实现
现场数据采集层作为系统最基本的部分，保持现有基本模式，采用RS485或者是电力载波表。
采集包括正向有功的尖峰、峰、平、谷，组合有功，电压，电流，功率因数，剩余金额，剩余电量等信息，为主站系统提供足够的电能量信息作分析与统计之用。
2.2通讯层的功能实现
当用电信息采集终端附近的GPRS信号无法满足通信要求时，原有的设计就无法实现自动采集功能，为了实现自动采集，我们提出了采用无线wifi中继来作为通信介质，实现数据传输。
2.2.1 wifi中继器的选择
微功率无线wifi技术是当前广泛使用的技术，其特点主要有不受电力线干扰、通信相对距离长、穿透力强以及稳定性好等。大多数情况下，采集终端需要传输的距离不是很远，因此优选采用微功率wifi传输模块进行传输。当需要远距离传输时，可以使用数传电台等其他方式。
2.2.2 wifi中继单元的搭建
目前广泛使用的微功率传输模块有wifi模块、蓝牙模块、zigbee模块等，wifi传输距离相对更远些，本实施例中使用wifi模块。GPRS是最早应用的公网数据传输技术，传输速率不及3G和4G技术，在全国各个省份已经开始使用3G和4G技术，本实施例中，无线公网通信模块使用3G通信模块。
系统设无线wifi中继单元和3G无线网关，采集终端和wifi中继单元中设置无线传输模块，无线网关中设置无线wifi传输模块和3G无线网络通信模块；采集终端与wifi中继单元、wifi中继单元之间、wifi中继单元与3G无线网关通过无线wifi传输模块联接，无线网关与主站通过无线网络通信模块联接，将通信无线延长到了有3G信号能够满足通信要求的位置。
该应用多在边远偏僻地区，wifi中继单元和无线网关大多工作在室外，供电线路需要另行铺设，增加施工难度和成本。所以本实施例中，wifi中继器和无线网关配套太阳能发电设备。wifi中继器和无线网关由于采用微功率传输模块，并且不需要连续工作，因此功耗都不会太大，使用太阳能发电设备可以满足使用要求。但太阳能发电设备不稳定，发电量及蓄电池的储电量随天气变化很大，因此这里增加蓄电池电量检测单元，当设备需要工作时检查电量，判断是否满足功耗需求来决定是否开启设备，避免传输中断等情况的发生。有些情况下，只需要一个中继单元和无线网关，如采集终端位于地下室，将信号从地下传到地面即可，因此可以将无线中继单元和无线网关设置为一体。
无线网关设置在具备3G信号良好的位置以保证与主站的通信，中继单元设置在既能保证与集中器通信又能保证和无线网关通信的位置。当中继单元在保证与采集终端通信的情况下不能与无线网关通信时，可以设置多个wifi中继单元，中继单元的个数根据实际工作环境来决定。最终将集中器抄收到的数据发送到3G信号比较好的地方，这样才能使得主站与采集终端之间通信顺畅。
2.3系统主站层的功能实现
系统主站层是顶层设计，采用模块设计，这里我们简单的介绍一下。
主站通过3G无线网络向无线网关下发命令，无线网关收到从主站下发的命令之后通过微功率wifi传输模块将该命令向中继单元转发，而中继单元收到数据帧之后不对数据帧做处理即转发出去；采集终端通过微功率wifi传输模块进行接收和发送数据帧。信息的上传与上述路径相同，方向相反。
3．结束语
基于wifi中继用电信息采集系统是在3G、4G等无线网络通信无法完全覆盖的实际情况下，最好的实现方案，可以有效的提高劳动生产率和管理水平。能够更好的服务于国家电力。
参考文献：
[1]中国人民共和国国家标准《自动抄表系统》草稿[J].国家质量技术监督局，2007
[2]基于GPRS和NRF90无线模块的电力自动抄表系统 长春理工大学学报：高教版.2009
[3]杨红欣.齐火箭.徐海滨 基于230MH无线数传电台中继的GPRS信号延长器[期刊论文]-电子制作 2014（12）
[4]张建华,金广峰.基于GPRS的远程抄表系统[J].科技广场，2007，（3）
作者简介：
徐国林（1973-），男，吉林白山人，汉族，本科，主要研究方向电力系统嵌入式操作系统终端。
王研（1985-），男，吉林白山人，汉族，本科，主要研究方向电力系统嵌入式操作系统终端。
闫伟（1975-），男，吉林白山人，汉族，本科，主要研究方向电力系统嵌入式操作系统终端。
丁海涛（1975-），男，吉林白山人，汉族，本科，主要研究方向电力系统嵌入式操作系统终端。
李春海（1979-），男，河北石家庄人，汉族，本科，主要研究方向电力系统嵌入式操作系统终端。
论文作者:徐国林1,王研1,闫伟1,丁海涛1,李春海2
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年3月总第208期
论文发表时间:2016/6/14
标签：终端论文; 模块论文; 网关论文; 通信论文; 主站论文; 无线网络论文; 集中器论文; 《工程建设标准化》2016年3月总第208期论文;