提高采集終端信號強度的幾種方法探析

作者/郭慶俊、谷世棟、許文忠，國網山東省電力公司成武縣供電公司

前言

電力系統是我國能源系統的重要組成部分，隨著經濟的發展，它在人們生活和生產中的作用日益重要。現在，用電信息采集終端已經得到了廣泛的應用，采集終端信號的強度決定了電力企業在采集用戶信息中的方便程度，決定了用電信息采集的智能程度和互動能力。

1.使用加長天線

眾所周知，天線的長度對于信號強度具有影響，特別是對于山區，如果天線較短且安裝位置較低就很難做到及時地采集終端信號。如在某城市，該城市的邊緣為山區，具有人口密度小的特點，利用加長天線，并將其安裝在進線桿塔的高處，大大提高了GPRS信號的接收效果。但這種方法具有耗資大，受限制程度大的特點，除了個別偏遠山區外，該方法已經漸漸趨于淘汰。同時，也有部分企業采用電力光纖的手段，這種手段也能夠提高采集終端的信號強度，讓整個電路的通信質量提升，但是造價較高，且前期規劃的難度較大。

2.安裝GPRS信號放大器

以市區的高層樓房為例，其電源普遍安裝在樓房整體建設完成之前，在樓房建設完成之后，如電能表箱、配電室等都是安裝在地下的，而地下的信號普遍偏弱，而開發商的信號覆蓋工作又是在住戶入住之前完成，這對于采集終端的信號強度會造成影響，對此，可以安裝GPRS信號放大器，并且在驗收標準中增加采集終端信號的強度[1]。

同時，可以在系統中利用GPS標準時鐘的功能，它的在于最高精度可以達到20ms，而且具有全方位的效果。如我國某市在裝置系統中利用了GPS時鐘模塊GSU–36，通過這種技術，讓時鐘的日計時誤差縮小在了0.01秒之內，且在短期的實踐中，發現其穩定性好于±1×10–9。可謂是取得了良好的效果。后者在高速電力線載波技術中依然有著應用，但是前者的信號放大器在短時間內會起到作用，但隨著時間的推移，設備的老化，或是人為的破壞，其效果會漸漸降低，只能說是“治標不治本”。

3.利用高速電力線載波技術

低壓電力線窄帶載波技術工作處于較3～500kHz的較低頻率中，通常來講，它獲得的最高通信速率是1Mbps，而寬帶載波技術采用的載波頻率是1～30MHz，速率可以提升至1～200Mbps.利用高速電力線載波技術可以在通信模塊與采集終端之間形成一條不可見的通信通道，把終端設備需要上報的數據利用電力線進行傳輸，且將接收的遠程通信模塊上報主站設置到信號較好的位置上，進而實現信號的加強。如在我國某地，利用此方法實現了采集終端信號強度的加強，其具體可分為三個模塊，即串口轉接模塊、主模塊和從模塊。利用BFSK方式可以實現對電力線載波信號的調制，其數字信息的傳送主要是利用載波的頻率，這種技術實施起來較為方便，且對于資源的要求相對較低。而在此設計中，更應用了SPWM正弦脈寬調制技術，調制正弦波，載波為鋸齒波或三角波，采集終端檢測裝置的程控電源為部分3000VA開關功放，利用SPWM正弦脈寬調制技術可以對其電流波形和電壓進行適當得放大，進而讓其可以調控波形頻率、幅度和相位。

同時，該系統還運用了現場總線技術，利用CAN總線提高了采集終端信號的長度，利用CAN總線形成的單一網路可以掛接多個節點，這些掛接的節點數量需要考慮到網絡硬件的特質，它的數據傳輸速率可以達到1Mbit/s，同時又具有一定的可靠性，大大方便了采集終端的實時控制。

考慮到安全因素，此系統利用了ESAM加密認證技術，裝置內部通信的對稱密鑰算法為SM1算法，公開密鑰的加密算法是非對稱加密算法RSA。利用這種技術，可以實現信息的安全傳輸，且能夠完成客戶端和人員的雙向認證[2]。

3.1 模塊設計

在集中器的右側安裝串口轉接模塊，可以讓其利用串口和集中器進行連接，其串口連接線為RS232，它可以將斷口狀態與集中器串口數據傳輸給從模塊。而在基站信號較好的地方安裝主模塊，并且在主模塊的對應插座上安裝原先集中器的GPRS通信模塊；在集中器側面需要安裝從模塊，保證它和串口連接模塊的連接，同時，讓其可以把數據利用載波的方式傳送給主模塊。在主模塊安裝完成后，可以利用手機信號來判定基站信號的強度，一般情況下，3～4格式可以的，而在主模塊需要從接線盒、表箱表尾等帶有22V交流電源進行取電。在通電完成后，首先注意電源指示，在沒有載波信號的時候，主模塊左邊的三個燈處于常亮的狀態。

3.2 性能及效果

該地的載波頻率為1.3MHz,傳輸方式為透明傳輸，這樣可以對程序的設計予以最大程度的簡化，且具有很好的適應性，同時，將原來集中器與GPRS模塊串口速率作為波特率。其具體性能參數可見表1所示。

表 1 性能參數表

結合表1，可以對其各方面的使用技術及性能參數進行了解，進而結合具體應用的情況和效果可以完成分析。

所在該地的供電企業對10個地點進行了高速電力線載波信號加強試點工作，結果表明，這種高速電力線載波技術的方法具有更好的效果，即使是在信號較弱的地下室，也能夠對采集終端信號予以提高，在2016年10月份，通過統計，發現月平均的在線率已經達到了99%。和無線中繼方案進行比較，可以發現這種技術的信號抗干擾能力很強，且不需要那么多的維護工作，節省了人力和物力。在使用過程中，需要注意的有兩點，一是電力線的信號衰減，主、從模塊安裝的距離應該予以控制，應在1000m之內，二是使用電力線傳輸信號的時候，應該保證安裝和使用的是同一臺區的同一相電源。

4.結論

綜上所述，通過加長天線的使用、安裝GPRS信號放大器的方法可以實現采集終端信號強度的提高，但是，它們也存在著浪費成本、效果不佳的弊端，通過融合了現場總線技術、SPWM正弦脈寬調制技術等多種先進手段的高速電力線載波技術在節約了成本的同時，還能起到良好的效果。

* [1]曹昌盛,伍守豪,吳京蘭,徐銘.基于ADS1298R的ECG信號采集終端的設計[J].中國醫療器械雜志,2017(01)∶23—25+47.

* [2]劉玉民.提高采集終端信號強度的方式探討[J].農村電工 ,2017(05)∶50.