對(duì)于無線通信技術(shù)的電能量計(jì)量系統(tǒng)

周立忠

摘要：在配電網(wǎng)的系統(tǒng)中，電能量的計(jì)量占據(jù)著重要地位，特別是在當(dāng)下配電網(wǎng)的建設(shè)形式越來越復(fù)雜的背景下，電力系統(tǒng)在電能量的計(jì)量系統(tǒng)上的要求也逐漸提高。因此，在新形勢(shì)下要想電能量計(jì)量方式適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展要求，就必須強(qiáng)化在電能量的計(jì)量系統(tǒng)領(lǐng)域中的研究。本文就電能量計(jì)量的軟件與硬件深入分析，以期給電能量計(jì)量的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研發(fā)做貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：無線通信；電能量計(jì)量；智能電網(wǎng)

就目前而言，智能電網(wǎng)將會(huì)是未來電網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，因?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)把提高電力服務(wù)的運(yùn)行效率作為重要發(fā)展目標(biāo)，實(shí)際發(fā)展中智能電網(wǎng)能夠促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。此外，電能量的計(jì)量系統(tǒng)性能在智能電網(wǎng)建設(shè)上有重要意義，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)出關(guān)于電能量的計(jì)量體系，才可以保障智能電網(wǎng)正常運(yùn)行。由于電能量的計(jì)量系統(tǒng)中使用無線的通信技術(shù)是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)，這就需要相關(guān)研究人員加強(qiáng)研究。

1.電力的通信現(xiàn)狀

目前電力通信系統(tǒng)中光纖通信占據(jù)主導(dǎo)地位，其中數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程控制、異地視頻、智能手機(jī)、平板電腦、掌上電腦、電勢(shì)能與高清視頻等都是在光纖通信的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，且是由小顆粒發(fā)展到大數(shù)據(jù)、單一化發(fā)展到復(fù)雜化，漸漸演變成多種信息的通信服務(wù)。同時(shí)，光纖通信能夠在110kV骨干的通信網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行，但是在環(huán)境復(fù)雜與點(diǎn)多面廣的35kV中低的壓配售電過程，通信網(wǎng)絡(luò)的使用就容易受到影響。應(yīng)急搶修的管理、配網(wǎng)的自動(dòng)化與采集智能的電能量將會(huì)是電網(wǎng)發(fā)展必然走向。新時(shí)期無線網(wǎng)的逐漸普及，改善了原先通信中的一些問題。并且原先通信固有的寬帶流量限制、安全性與可靠性，在無線通信的設(shè)計(jì)上，已經(jīng)無法滿足人們的需求。這就需要研究新型的，以及維護(hù)性、可靠性與適應(yīng)性都較高的通信方式，只有這樣才能滿足新時(shí)代人們對(duì)通信的要求。

2.總體框架的設(shè)計(jì)與需求分析

2.1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

就總體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來看，整個(gè)設(shè)計(jì)的過程，電能量的計(jì)量系統(tǒng)自身分為電能量的采集層、管理層以及網(wǎng)關(guān)層三個(gè)不同層次。一般為了進(jìn)行科學(xué)合理的分析，都是重點(diǎn)對(duì)管理層之下遠(yuǎn)程電能的計(jì)量部分進(jìn)行研究，也就是主要分析研究網(wǎng)關(guān)層與電能量的采集層。

單從硬件的角度看來，電能量的采集層通常是包含信息的采集模塊與傳送模塊兩個(gè)部分。其中采集模塊主要的功能是把電能量統(tǒng)一，并轉(zhuǎn)交給相關(guān)信息傳送的模塊。而信息傳送的模塊則是選擇ZigBee的系統(tǒng)芯片實(shí)施信息的傳遞。系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)層是通過信息的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)傳遞，自身不能直接進(jìn)行信息傳遞。

2.2需求的分析

需求的分析是實(shí)施電能量計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)前提，為實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，首先就要全面認(rèn)識(shí)相關(guān)需求，只有了解最真實(shí)的需要，才可以有針對(duì)性的進(jìn)行設(shè)計(jì)。從以往的實(shí)際情況看來，原先的有線通信無法適應(yīng)新形勢(shì)下電能量計(jì)量系統(tǒng)的發(fā)展，原先的有線通信必須要通信鋪設(shè)信號(hào)的載體，以及檢修傳輸工程受到破壞的線路，這對(duì)于社會(huì)發(fā)展來說十分不利。因此，在以后工作中必須不斷強(qiáng)化無線通信的技術(shù)研究，因?yàn)闊o線通信的技術(shù)不需要鋪設(shè)信號(hào)載體，進(jìn)行實(shí)際傳輸時(shí)，不容易受到影響。

其中以太網(wǎng)的技術(shù)應(yīng)用是社會(huì)未來發(fā)展的一個(gè)必然，全部的居民數(shù)據(jù)都要引入以太網(wǎng)內(nèi)，以太網(wǎng)技術(shù)引用對(duì)于居民繳納電費(fèi)較為方便，可以隨時(shí)隨地繳費(fèi)，也使得工作人員自身工作的效率得到提高。且階梯電價(jià)的計(jì)價(jià)方式是未來發(fā)展中的一個(gè)重要方式，階梯電價(jià)的計(jì)價(jià)方式能讓人們自覺的節(jié)電，進(jìn)而促進(jìn)資源的可持續(xù)發(fā)展。

3.軟件的設(shè)計(jì)

電能量計(jì)量的系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含硬件設(shè)計(jì)也包含軟件設(shè)計(jì)，其中軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要部分，主要是設(shè)計(jì)電能采集層的軟件，詳細(xì)說來就是指CC2530芯片采集層的程序設(shè)計(jì)。實(shí)際工作的過程中通常都是使用事件的輪循機(jī)制實(shí)施設(shè)計(jì)，每個(gè)層面進(jìn)入初始狀態(tài)以后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入低功耗的模式，這個(gè)時(shí)候只要發(fā)生事件，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的被喚醒，如果同時(shí)發(fā)生多個(gè)事件，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)事件優(yōu)先級(jí)判斷每一個(gè)事件，并一個(gè)一個(gè)的實(shí)行處理，采用以上的這種軟件在降低能耗方面有著重要意義。

4.硬件的設(shè)計(jì)

電能量計(jì)量系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)是對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)層的硬件實(shí)施設(shè)計(jì)，以及采集層中傳送電路與測(cè)量電路，為了更好地進(jìn)行電能量計(jì)量，必須高度重視這三個(gè)部分。

4.1網(wǎng)關(guān)層的硬件設(shè)計(jì)

對(duì)于網(wǎng)關(guān)層的硬件設(shè)計(jì)而言，其設(shè)計(jì)過程必須做好以太網(wǎng)中LM3S9B96芯片應(yīng)用電路設(shè)計(jì)，LM3S9B96芯片是通過以太網(wǎng)接到控制器與物理接口的收發(fā)器，然后兩者進(jìn)行整合而成。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程芯片可以完成PHY與MAC有效的匹配，這種匹配方式，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，進(jìn)而使設(shè)計(jì)成本得以降低。通常在實(shí)際工作過程中，為保證芯片能夠正常運(yùn)行，必須通過網(wǎng)絡(luò)的變壓器將PHY與網(wǎng)卡接口互相連接。為保障信號(hào)的耦合，還要將芯片與外界進(jìn)行隔離，進(jìn)而更好的保護(hù)芯片不受外界干擾。

4.2采集層中測(cè)量電路的設(shè)計(jì)

采集層中測(cè)量電路的設(shè)計(jì)要以AD71056的芯片作為設(shè)計(jì)的對(duì)象，實(shí)際工作過程CF腳要和單片機(jī)的引腳進(jìn)行連接，計(jì)量的過程是使用單片機(jī)的中斷功能實(shí)施脈沖計(jì)算，進(jìn)而更好的進(jìn)行電能計(jì)算工作。此外，實(shí)際工作過程中芯片CF的引腳必須在光耦隔離的電路中進(jìn)行連接，因?yàn)楣怦罡綦x的電路本身另一端就要連接單片機(jī)輸入的引腳，整個(gè)電能量計(jì)量系統(tǒng)中，光耦隔離可以更好地對(duì)電路干擾實(shí)行隔離。

4.3傳送電路的設(shè)計(jì)

信息的傳送電路設(shè)計(jì)對(duì)于電能量計(jì)量系統(tǒng)至關(guān)重要，是一個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié)，實(shí)際工作過程中，必須高度重視信息傳遞的電路設(shè)計(jì)，堅(jiān)決不能忽視任何一個(gè)部分。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程需要不斷加強(qiáng)CC2530的芯片研究，因?yàn)殡娐穫魉偷闹饕糠质荂C2530芯片。電路傳送的設(shè)計(jì)過程VDD1的芯片電源需要并聯(lián)接到去耦的電容上，其中100nF電容陶瓷主要的作用是將高頻干擾進(jìn)行有效濾除。由于芯片使用的單極子屬于不平衡的天線，通常為了滿足實(shí)際的需要，還要在設(shè)計(jì)過程增設(shè)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)化電路，主要是在平衡與不平衡之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

設(shè)計(jì)外圍電路對(duì)于電路傳送來說，是整個(gè)設(shè)計(jì)過程中不容忽視的重要環(huán)節(jié)，在實(shí)際工作過程中設(shè)計(jì)的外圍電路，必須要使芯片的正常運(yùn)行得到保障，與此同時(shí)還要使數(shù)據(jù)顯示的工作能夠有效的完成。這就需要設(shè)計(jì)出CC2530的電路來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示，具體說來就是選擇LCD1602的液晶顯示來完成數(shù)據(jù)顯示，這樣就可以將數(shù)據(jù)直觀有效的反映出來。

總而言之，在電能量的計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，無線通信的技術(shù)有重要作用，只有將無線通信技術(shù)充分運(yùn)用在電能量的計(jì)量系統(tǒng)中，才可以有效的提升電能計(jì)量的效率，這也是今后研究的一個(gè)主要方向。因?yàn)樵诮?jīng)濟(jì)與科技水平高速發(fā)展的時(shí)代，人們對(duì)電能計(jì)量的要求也不斷提高，所以必須不斷加強(qiáng)無線通信技術(shù)在電能量計(jì)量系統(tǒng)中的運(yùn)用，才能夠滿足實(shí)際發(fā)展要求。

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