基于Zigbee網絡的智能電表老化檢測方法

陳卓

（廣州電力設計院，廣東廣州，510006）

基于Zigbee網絡的智能電表老化檢測方法

陳卓

（廣州電力設計院，廣東廣州，510006）

針對現有智能電表產品批量老化試驗過程中存在的通訊效率低，數據讀取延時等問題，提出了一種基于Zigbee網絡的智能電表老化試驗方法。介紹了檢測設備的基本電子電路，分析了各部分的基本功能和檢測試驗方法。基于該檢測方法可以提高智能電表產品老化試驗的檢測精度和效率，且能夠適應未來老化試驗功能升級的要求。

智能電表；Zigbee網絡；檢測設備

0 引言

智能電表產品的老化試驗是保障其質量水平的重要試驗，該項在生產企業和檢驗機構的工作流程是非常重要的。老化試驗是給電表產品施加濕、熱和電等外部應力，模擬嚴酷工作環境，使潛在故障提前暴露，使產品進入高可靠階段的檢驗過程。老化試驗通常分動態恒溫老化（通電老化）和高低溫老化（不通電老化）。老化試驗結束后需要人工手段對幾十個上百個智能電表的電能數值通過紅外儀表進行讀取，將讀取的數字與同一批老化的標準表進行比對，從而發現故障的電表產品[1]。ZigBee通訊技術是為先進的無線傳感器網絡技術的代表在自動抄表產品中已經有初步的應用，但是多以抄表器上傳通訊手段的方式在自動抄表中應用，隨著微電子技術和嵌入式技術的發展。ZigBee無線通訊技術在自動抄表產品中已經有初步的應用[2]，它具有免費傳輸頻段，傳輸數據量小，傳輸速率慢，節點數量多，組網方式靈活，構建成本低廉的特點。老化試驗中人工紅外抄表的工作量巨大，加入Zigbee技術可以有效的減少工人操作的工作量，提高檢測工作的實時性。

1 電路構成

老化試驗前是將幾十個智能電表產品安裝到一個老化架上，再將數個老化架推入一個老化房中間進行老化試驗。傳統的老化架只是對電表強電端口進行供電，而不會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電表夾具都安裝結構如圖1所示的RS485轉無線Zigbee電路模塊，該電路模塊的485通訊端口通過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芯片開發的，該芯片能夠獨自支持一路Zigbee外設（圖1中的RF_P和RF_N）和一路通用串口外設（圖1中的TX和RX）的工作，兩部分電路工作相互不會干擾。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。通過圖1中的電路模塊，能夠實現老化房中的幾十個到數百個智能電表與外部Zigbee網絡的實時通訊，徹底擺脫人工紅外抄表的落后方法。

圖1 老化試驗專用的Zigbee轉RS485電子電路框圖

2 基于Zigbee網絡的快速檢測方法

基于上一節的電路可以將老化房中的智能電表與外部Zigbee網絡相連，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效率，實現對老化試驗數據的實時監控和存儲。為說明基于Zigbee的老化試驗的檢測方法，以三個電表的老化試驗為案例進行說明。

如圖2所示，三個智能電表分別連接三個RS485轉無線Zigbee電路模塊S1、S2和S3，而模塊M1將Zigbee網絡與計算機服務器相連，其中S1、S2和S3的電路結構如圖1所示，而M1的結構與圖1類似，只是將圖1中的RS485網絡換成RS232或者以太網實現與電腦的通訊。基于Zigbee網絡可以對三個智能電表采用并發讀取的方式，具體流程如下：1.M1向S1～S3發送廣播命令，S1～S3同時向自己連接的電表通過485請求數據，數據被保留著S1～S3的Zigbee芯片中；2.M1逐個向S1、S2、S3請求數據，此時讀取的波特率就是Zigbee的波特率，25k～250k bps,讀完一個老化架所有的電表在0.1～0.5s內；3.M1向電腦串口返回數據，數據格式全部遵循智能電表DTL645規約（完全不影響上位機，可以兼容以往基于DTL645規約設計的上位機抄表程序），M1和電腦的通訊波特率可以被設置為115200 bps甚至更高。過程1的時間就是單個電表通訊一次的所需時間，而過程2、3可以并行。

圖2 基于Zigbee的老化試驗通訊框圖

如圖3所示，每個電表接收到數據都有30ms的數據處理延時，之后兩個電表馬上實現了數據回傳。在電表2400波特率條件下，一個老化架的通訊時間長度t=300ms+30ms×電表數量，當電表數量=150時，t=4.800s。當波特率提高到115200時，每一幀的通訊時間最短長度為2.5ms，最長時間間隔為8ms，一個老化架的通訊時間長度t=300ms+（2.5～8）ms×150（電表數量）=675～1500ms，一個老化架（150個電表）的通訊時間為0.675～1.5s。

Zigbee網絡拓撲結構動態性強、自組織以及分布式特點，同時具有低成本、低功耗、超強通信能力和抗干擾能力強等諸多優點。在應用于智能電表老化試驗中，能夠節省大量布線和安裝成本，還能夠實現自組織網絡，自動尋找2.4G射頻范圍內所有的無線節點，在50M的范圍內可以支持幾百個以上的節點通訊，完全可以滿足智能電表生產企業中老化試驗項目。目前的老化試驗只在老化過程結束對所有電表進行一次精度分析，而基于Zigbee網絡的完全可以滿足實時對所有老化電表產品電能讀數的監控。

圖3 Zigbee老化試驗通訊試驗發送接收信號波形圖

3 結語

本文提出的基于Zigbee網絡的智能能電表老化試驗，與當前使用紅外抄表通訊技術的電表老化相比，解決了短距離范圍內大量老化電表的無線抄表問題，不僅節省了紅外無線抄表的人力成本和有線抄表布線成本，同時在老化過程中也具備了實時通訊抄表的功能，提高老化試驗的數據精度和有效性。

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

[2]曾志洪,郭謀發,楊耿杰等.采用ZigBee技術的智能家居用電信息采集系統[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