提高采集終端信號強(qiáng)度的幾種方法探析

作者/郭慶俊、谷世棟、許文忠，國網(wǎng)山東省電力公司成武縣供電公司

前言

電力系統(tǒng)是我國能源系統(tǒng)的重要組成部分，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，它在人們生活和生產(chǎn)中的作用日益重要。現(xiàn)在，用電信息采集終端已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，采集終端信號的強(qiáng)度決定了電力企業(yè)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(qiáng)度具有影響，特別是對于山區(qū)，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(qū)，具有人口密度小的特點(diǎn)，利用加長天線，并將其安裝在進(jìn)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(diǎn)，除了個別偏遠(yuǎn)山區(qū)外，該方法已經(jīng)漸漸趨于淘汰。同時，也有部分企業(yè)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(qiáng)度，讓整個電路的通信質(zhì)量提升，但是造價較高，且前期規(guī)劃的難度較大。

2.安裝GPRS信號放大器

以市區(qū)的高層樓房為例，其電源普遍安裝在樓房整體建設(shè)完成之前，在樓房建設(shè)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(fā)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(qiáng)度會造成影響，對此，可以安裝GPRS信號放大器，并且在驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中增加采集終端信號的強(qiáng)度[1]。

同時，可以在系統(tǒng)中利用GPS標(biāo)準(zhǔn)時鐘的功能，它的在于最高精度可以達(dá)到20ms，而且具有全方位的效果。如我國某市在裝置系統(tǒng)中利用了GPS時鐘模塊GSU–36，通過這種技術(shù)，讓時鐘的日計(jì)時誤差縮小在了0.01秒之內(nèi)，且在短期的實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)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(shù)中依然有著應(yīng)用，但是前者的信號放大器在短時間內(nèi)會起到作用，但隨著時間的推移，設(shè)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(biāo)不治本”。

3.利用高速電力線載波技術(shù)

低壓電力線窄帶載波技術(shù)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(shù)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(shù)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(shè)備需要上報(bào)的數(shù)據(jù)利用電力線進(jìn)行傳輸，且將接收的遠(yuǎn)程通信模塊上報(bào)主站設(shè)置到信號較好的位置上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信號的加強(qiáng)。如在我國某地，利用此方法實(shí)現(xiàn)了采集終端信號強(qiáng)度的加強(qiáng)，其具體可分為三個模塊，即串口轉(zhuǎn)接模塊、主模塊和從模塊。利用BFSK方式可以實(shí)現(xiàn)對電力線載波信號的調(diào)制，其數(shù)字信息的傳送主要是利用載波的頻率，這種技術(shù)實(shí)施起來較為方便，且對于資源的要求相對較低。而在此設(shè)計(jì)中，更應(yīng)用了SPWM正弦脈寬調(diào)制技術(shù)，調(diào)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(guān)功放，利用SPWM正弦脈寬調(diào)制技術(shù)可以對其電流波形和電壓進(jìn)行適當(dāng)?shù)梅糯螅M(jìn)而讓其可以調(diào)控波形頻率、幅度和相位。

同時，該系統(tǒng)還運(yùn)用了現(xiàn)場總線技術(shù)，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(wǎng)路可以掛接多個節(jié)點(diǎn)，這些掛接的節(jié)點(diǎn)數(shù)量需要考慮到網(wǎng)絡(luò)硬件的特質(zhì)，它的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)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(shí)時控制。

考慮到安全因素，此系統(tǒng)利用了ESAM加密認(rèn)證技術(shù)，裝置內(nèi)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(shù)，可以實(shí)現(xiàn)信息的安全傳輸，且能夠完成客戶端和人員的雙向認(rèn)證[2]。

3.1 模塊設(shè)計(jì)

在集中器的右側(cè)安裝串口轉(zhuǎn)接模塊，可以讓其利用串口和集中器進(jìn)行連接，其串口連接線為RS232，它可以將斷口狀態(tài)與集中器串口數(shù)據(jù)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(yīng)插座上安裝原先集中器的GPRS通信模塊；在集中器側(cè)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(shù)據(jù)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(jī)信號來判定基站信號的強(qiáng)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(jìn)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(tài)。

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(shè)計(jì)予以最大程度的簡化，且具有很好的適應(yīng)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(shù)可見表1所示。

表 1 性能參數(shù)表

結(jié)合表1，可以對其各方面的使用技術(shù)及性能參數(shù)進(jìn)行了解，進(jìn)而結(jié)合具體應(yīng)用的情況和效果可以完成分析。

所在該地的供電企業(yè)對10個地點(diǎn)進(jìn)行了高速電力線載波信號加強(qiáng)試點(diǎn)工作，結(jié)果表明，這種高速電力線載波技術(shù)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?qū)Σ杉K端信號予以提高，在2016年10月份，通過統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)月平均的在線率已經(jīng)達(dá)到了99%。和無線中繼方案進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)這種技術(shù)的信號抗干擾能力很強(qiáng)，且不需要那么多的維護(hù)工作，節(jié)省了人力和物力。在使用過程中，需要注意的有兩點(diǎn)，一是電力線的信號衰減，主、從模塊安裝的距離應(yīng)該予以控制，應(yīng)在1000m之內(nèi)，二是使用電力線傳輸信號的時候，應(yīng)該保證安裝和使用的是同一臺區(qū)的同一相電源。

4.結(jié)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(shí)現(xiàn)采集終端信號強(qiáng)度的提高，但是，它們也存在著浪費(fèi)成本、效果不佳的弊端，通過融合了現(xiàn)場總線技術(shù)、SPWM正弦脈寬調(diào)制技術(shù)等多種先進(jìn)手段的高速電力線載波技術(shù)在節(jié)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(shè)計(jì)[J].中國醫(yī)療器械雜志,2017(01)∶23—25+47.

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