远程抄表系统中各种数据通信方式的原理及应用

时间：2024-05-04

文/张宇瑶姜文喆何莺

传统人工进户抄表的方式不仅会浪费大量人力、物力以及财力，管理工作量较大，而且经常由于人员失误而导致抄表错误等问题的出现，而数据通信的高效化，能够促进远程抄表质量和效率的提升。

1 仪表总线

仪表总线（M-Bus）属于一类国际通用的标准总线结构，兼具构造简单、可靠性强以及造价低廉等特征，采取双绞线电缆的连接方式，极性、拓扑无关，便于进行管理和维护。通过双绞线完成数据通信，同时为仪表提供电源，能够实现300-96000bps的半双工异步通信。通常是将M-Bus用于各种消费类电表当中，能够收集表头数据并向集中器传输，再结合相应方法传送给主站，便于远程化、智能化抄表。除此之外，还能扩展出包括远程控制及系统监控等相关功能。

M-Bus属于主从系统，主要由一个集中器实现通信控制。系统组成包括一个集中器、多个终端以及两条传输线，将终端仪表并联于传输线路当中，通过地址码划分终端。集中器在为终端发送命令的过程中，需要配置相应的地址码，仪表在接收到命令之后先比较其地址码与自身一致与否，倘若不一致，便不会对此命令形成响应。为缩减系统成本投入，M-Bus只应用到两条线缆对数据进行传输。为了达成终端远程供电效果，在总线中所传输的数据位需要应用以下方式进行表达：

（1）由集中器至终端所进行的信号传输利用电压值变化进行表示，以+36V代表逻辑值“1”，以+24V（降低12V）代表逻辑值“0”。倘若处于稳定传输状态，线路当中的值会呈现为持续的“1”状态，如图1所示。

图1

图2

（2）由终端至集中器所进行的信号传输主要采取电流值变化的方式进行表示，利用1.5mA代表“1”。在传输“0”的情况下，终端控制会使电流数值提高11-20mA。如果处在稳定运行状态，线路当中的值会呈现为持续的“1”，如图2所示。

因为集中器在为终端进行信号传输的过程中电压值变化的范围是12V，终端为集中器进行信号传输过程中电流变化范围是11mA，所以系统整体具有非常良好的抗干扰性。

2 RS-485总线

RS-485同样属于智能小区管理当中较为常用的一种通信总线接口方式，不仅价格低廉，而且在通信速率与距离等方面均能有效满足于远程抄表所呈现的需求。RS-485数据信号主要采取差分传输（亦可称之为平衡传输）的方式，包括正电平、负电平以及高阻三态。其发送与接收端利用平衡双绞线实现连接。倘若接收端间出现超过+200mV的电平，会呈现正逻辑电平输出，低于-200mV则会呈现负逻辑电平输出。一般情况下，接受平衡线当中的电平处于200mV到6V范围之内。在远程抄表系统当中应用RS-485接口，其相应的总线接收器可以应用的芯片类型较多，比如MAX485、SN65等。

3 电力载波通信

这是一种在以往较为常用的远程抄表系统通信方式，其优点在于并不需要对通信线路进行专门铺设，可以通过既有低压电力线当作其传输介质，从而完成点对点形式的数据传输。当处于电力线中作数据传输处理的过程中，要通过电路实现数据的调制和解调。就现有电力线载波通信相关的各类产品来说，通常采取窄带及扩频两种通信方式。由于通过窄带通信技术对产品进行开发具有较强的简便性，同时价格低廉，因此较为常用。从另外一个角度来说，为提高通信速率与抗干扰效果，为实现在家庭或者经济产品中的通信与网络控制，要选择可靠性更强的电力线载波技术。

4 微波通信

微波通信是将微波当作其传输介质以实现通信的一种方式，对于远程抄表系统来说，在集中器与主站间的通信可以采取此种方式。跟其它专线通信方式比较，节省了对专用线路以及设备进行建设的投资。因为微波具备和光波类似沿着直线进行传播的特征，一般只可以在两点之间没有障碍的情况下实现点对点通信。倘若在超过视距的两个或者多个点之间采取微波通信方式，需要应用中继方式得以实现。基于此，可应用微波接力站以完成中继，亦或是利用对流层散射、卫星等完成中继。依据其调制方式，主要将其分成模拟通信及数字通信两大类型。因为模拟通信占据的频带比较窄，且传输通道当中频带的利用率比较高，对微波通信进行模拟的设备比较简单、价格低廉，因此应用范围较广。数字信号则是以数字的形式实现模拟信号的表征。因为数字信号所具备的优越性，为微波通信过程形成了较大的便利，大幅提升通信质量。远程抄表系统当中，集中器和主站之间进行通信的过程便可采取模拟或者数字通信方式进行，其中数字通信具有更强的优势。与模拟通信相比，数字通信的优势主要体现在：

（1）数字信号能够实现在中继站中再生，并且不会出现失真情况，比较适合用于超长距离传输，传输质量较高；

（2）数字通信系统能够和数字程控交换机之间直接相互连接，并不需要配置转换设施，更为适合对ISDN信号的传送，传送效率较高；

（3）数字信号自身具有较强的抗干扰性能，可以有效缩减对于其它类型通信系统所形成的干扰；

（4）便于进行加密处理。

5 微功率短距离无线通信

依据信道介质进行划分，较为常用的通信方式主要包括：

（1）光纤通信。具备频带较宽、传输距离较远、速率较高以及抗干扰性能较强等特征，符合上层通信网的实际应用需求；

（2）因为电话的普及，应用既有电话网络实现数据通信属于一种具有较强经济性和高效性的通信方案。采取电话网进行通信，仅需在工作主站以及数据集中器位置加设调制解调器便可，传输速率能够达到56Kbps。然而，此种通信方式所需接通时间一般较长；

（3）对分布分散形式的集中器，通常采取无线方式实现数据通信，目前较为常用的无线通信方式包括蓝牙技术、红外技术和微功率短距离通信技术等。其中，微功率短距离通信技术采用数字信号的单片射频芯片，同时配置微控制器以及部分外围器件，共同组成专用或者通用形式的无线通信模块。通常情况下，射频芯片采取FSK调制方式，以实现在ISM频段的运行，通信模块中含有具备简单化和透明化特征的数据传输协议（亦或是加密协议），并不需要用户对无线通信原理以及相应工作机制形成深刻理解，仅需通过相关命令字加以操作便可完成数据的无线传输。由于具备功率较小、开发快速而简单等特征，得到较为广泛的应用。然而，由于数据传输速度较慢，且流量较小，更加适合用在对小型网络的搭建当中。