遠程抄表系統中各種數據通信方式的原理及應用

文/張宇瑤 姜文喆 何鶯

傳統人工進戶抄表的方式不僅會浪費大量人力、物力以及財力，管理工作量較大，而且經常由于人員失誤而導致抄表錯誤等問題的出現，而數據通信的高效化，能夠促進遠程抄表質量和效率的提升。

1 儀表總線

儀表總線（M-Bus）屬于一類國際通用的標準總線結構，兼具構造簡單、可靠性強以及造價低廉等特征，采取雙絞線電纜的連接方式，極性、拓撲無關，便于進行管理和維護。通過雙絞線完成數據通信，同時為儀表提供電源，能夠實現300-96000bps的半雙工異步通信。通常是將M-Bus用于各種消費類電表當中，能夠收集表頭數據并向集中器傳輸，再結合相應方法傳送給主站，便于遠程化、智能化抄表。除此之外，還能擴展出包括遠程控制及系統監控等相關功能。

M-Bus屬于主從系統，主要由一個集中器實現通信控制。系統組成包括一個集中器、多個終端以及兩條傳輸線，將終端儀表并聯于傳輸線路當中，通過地址碼劃分終端。集中器在為終端發送命令的過程中，需要配置相應的地址碼，儀表在接收到命令之后先比較其地址碼與自身一致與否，倘若不一致，便不會對此命令形成響應。為縮減系統成本投入，M-Bus只應用到兩條線纜對數據進行傳輸。為了達成終端遠程供電效果，在總線中所傳輸的數據位需要應用以下方式進行表達：

（1）由集中器至終端所進行的信號傳輸利用電壓值變化進行表示，以+36V代表邏輯值“1”，以+24V（降低12V）代表邏輯值“0”。倘若處于穩定傳輸狀態，線路當中的值會呈現為持續的“1”狀態，如圖1所示。

圖1

圖2

（2）由終端至集中器所進行的信號傳輸主要采取電流值變化的方式進行表示，利用1.5mA代表“1”。在傳輸“0”的情況下，終端控制會使電流數值提高11-20mA。如果處在穩定運行狀態，線路當中的值會呈現為持續的“1”，如圖2所示。

因為集中器在為終端進行信號傳輸的過程中電壓值變化的范圍是12V，終端為集中器進行信號傳輸過程中電流變化范圍是11mA，所以系統整體具有非常良好的抗干擾性。

2 RS-485總線

RS-485同樣屬于智能小區管理當中較為常用的一種通信總線接口方式，不僅價格低廉，而且在通信速率與距離等方面均能有效滿足于遠程抄表所呈現的需求。RS-485數據信號主要采取差分傳輸（亦可稱之為平衡傳輸）的方式，包括正電平、負電平以及高阻三態。其發送與接收端利用平衡雙絞線實現連接。倘若接收端間出現超過+200mV的電平，會呈現正邏輯電平輸出，低于-200mV則會呈現負邏輯電平輸出。一般情況下，接受平衡線當中的電平處于200mV到6V范圍之內。在遠程抄表系統當中應用RS-485接口，其相應的總線接收器可以應用的芯片類型較多，比如MAX485、SN65等。

3 電力載波通信

這是一種在以往較為常用的遠程抄表系統通信方式，其優點在于并不需要對通信線路進行專門鋪設，可以通過既有低壓電力線當作其傳輸介質，從而完成點對點形式的數據傳輸。當處于電力線中作數據傳輸處理的過程中，要通過電路實現數據的調制和解調。就現有電力線載波通信相關的各類產品來說，通常采取窄帶及擴頻兩種通信方式。由于通過窄帶通信技術對產品進行開發具有較強的簡便性，同時價格低廉，因此較為常用。從另外一個角度來說，為提高通信速率與抗干擾效果，為實現在家庭或者經濟產品中的通信與網絡控制，要選擇可靠性更強的電力線載波技術。

4 微波通信

微波通信是將微波當作其傳輸介質以實現通信的一種方式，對于遠程抄表系統來說，在集中器與主站間的通信可以采取此種方式。跟其它專線通信方式比較，節省了對專用線路以及設備進行建設的投資。因為微波具備和光波類似沿著直線進行傳播的特征，一般只可以在兩點之間沒有障礙的情況下實現點對點通信。倘若在超過視距的兩個或者多個點之間采取微波通信方式，需要應用中繼方式得以實現。基于此，可應用微波接力站以完成中繼，亦或是利用對流層散射、衛星等完成中繼。依據其調制方式，主要將其分成模擬通信及數字通信兩大類型。因為模擬通信占據的頻帶比較窄，且傳輸通道當中頻帶的利用率比較高，對微波通信進行模擬的設備比較簡單、價格低廉，因此應用范圍較廣。數字信號則是以數字的形式實現模擬信號的表征。因為數字信號所具備的優越性，為微波通信過程形成了較大的便利，大幅提升通信質量。遠程抄表系統當中，集中器和主站之間進行通信的過程便可采取模擬或者數字通信方式進行，其中數字通信具有更強的優勢。與模擬通信相比，數字通信的優勢主要體現在：

（1）數字信號能夠實現在中繼站中再生，并且不會出現失真情況，比較適合用于超長距離傳輸，傳輸質量較高；

（2）數字通信系統能夠和數字程控交換機之間直接相互連接，并不需要配置轉換設施，更為適合對ISDN信號的傳送，傳送效率較高；

（3）數字信號自身具有較強的抗干擾性能，可以有效縮減對于其它類型通信系統所形成的干擾；

（4）便于進行加密處理。

5 微功率短距離無線通信

依據信道介質進行劃分，較為常用的通信方式主要包括：

（1）光纖通信。具備頻帶較寬、傳輸距離較遠、速率較高以及抗干擾性能較強等特征，符合上層通信網的實際應用需求；

（2）因為電話的普及，應用既有電話網絡實現數據通信屬于一種具有較強經濟性和高效性的通信方案。采取電話網進行通信，僅需在工作主站以及數據集中器位置加設調制解調器便可，傳輸速率能夠達到56Kbps。然而，此種通信方式所需接通時間一般較長；

（3）對分布分散形式的集中器，通常采取無線方式實現數據通信，目前較為常用的無線通信方式包括藍牙技術、紅外技術和微功率短距離通信技術等。其中，微功率短距離通信技術采用數字信號的單片射頻芯片，同時配置微控制器以及部分外圍器件，共同組成專用或者通用形式的無線通信模塊。通常情況下，射頻芯片采取FSK調制方式，以實現在ISM頻段的運行，通信模塊中含有具備簡單化和透明化特征的數據傳輸協議（亦或是加密協議），并不需要用戶對無線通信原理以及相應工作機制形成深刻理解，僅需通過相關命令字加以操作便可完成數據的無線傳輸。由于具備功率較小、開發快速而簡單等特征，得到較為廣泛的應用。然而，由于數據傳輸速度較慢，且流量較小，更加適合用在對小型網絡的搭建當中。

6 結束語

總而言之，對遠程抄表系統中各類數據通信方式原理其適應性的研究具有非常重要的現實意義，對于提高抄表質量和管理效率，強化電力供給質量能夠起到良好的促進作用。要在強調其適用性的同時，考慮其經濟性能，以獲得更為優質的社會效益和經濟效益。