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        計量自動化終端無線通信測試技術(shù)研究

        2017-05-26 21:00:26黃兆鵬鐘嘉林
        科技資訊 2017年10期
        關(guān)鍵詞:發(fā)射功率輸出功率頻段

        黃兆鵬++鐘嘉林

        摘 要:計量自動化終端無線通信測試技術(shù)在國內(nèi)外已經(jīng)取得了許多成果,但國內(nèi)基于計量自動化終端無線通信測試技術(shù)還處于起步階段,計量自動化終端無線通信自動測試研究可為智能電網(wǎng)提供強(qiáng)有力保障。該文結(jié)合國內(nèi)計量自動化終端無線通信的實(shí)際情況,選擇適于計量自動化終端無線通信的檢測方法,結(jié)合虛擬儀器技術(shù)對計量自動化終端無線通信指標(biāo)自動測試,確定了無線通信性能測試指標(biāo)。

        關(guān)鍵詞:無線通信 計量自動化終端 測試 ZigBee無線通信技術(shù)

        中圖分類號:TM933 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2017)04(a)-0030-02

        電力自動化系統(tǒng)和無線通信技術(shù)推廣應(yīng)用和關(guān)鍵技術(shù)深化研究,計量自動化終端用量逐漸增多。具有廣闊的計量自動化終端市場前景,應(yīng)用領(lǐng)域的自動抄表系統(tǒng)具有特定優(yōu)勢[1]。雖然計量自動化終端設(shè)備國家電網(wǎng)公司已經(jīng)投入生產(chǎn)并使用,但全面無線通信測試規(guī)范體系還未建立[2]。確保電力用戶計量自動化終端采集能夠穩(wěn)定可靠地運(yùn)行,結(jié)合虛擬儀器和無線通信關(guān)鍵技術(shù)顯得非常必要,填補(bǔ)電力系統(tǒng)無線通信組建虛擬測試空白[3]。因此,該文計量自動化終端選擇適用的無線通信檢測方法,無線通信研究測試具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

        1 無線通信技術(shù)

        隨著用戶需求逐年增多,電子技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)推動了計算機(jī)和半導(dǎo)體領(lǐng)域的快速發(fā)展。處于高速需求階段的無線通信技術(shù)有很多,諸如:ZigBee、藍(lán)牙、UWB和WiFi等關(guān)鍵技術(shù)取得令人矚目成就[4]。

        1.1 ZigBee無線通信技術(shù)

        ZigBee技術(shù)達(dá)10~75 m的數(shù)據(jù)傳輸距離,工作ISM(Industrial Scientific Medical Band)頻段,具有傳輸速率比較低、功耗低和距離近等特點(diǎn),一種雙向低成本無線通信技術(shù),具有250 kbit/s最高通信速率。全球2.4 GHz,美國915 MHz頻段上為40 kbit/s,歐洲868 MHz頻段上為20 kbit/s,這三個頻段總計37個信道。其中868 MHz涵蓋1個信道,915 MHz涵蓋10個信道,2.4 GHz涵蓋16個信道,ZigBee計量自動化終端網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

        采用ZigBee技術(shù)計量自動化終端,價格能為普通用戶接受。ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以容納一個主設(shè)備和最多254個從設(shè)備,區(qū)域內(nèi)可以最多同時存在100個ZigBee網(wǎng)絡(luò)。

        1.2 ZigBee計量自動化終端應(yīng)用分析

        無線通信網(wǎng)絡(luò)按照傳輸介質(zhì)不同可分為有線接入和無線接入,接入層的組網(wǎng)方式和接入形式之間相互補(bǔ)充。相比于當(dāng)前使用的有線通信技術(shù)計量自動化終端,多用戶計量自動化終端ZigBee技術(shù)能實(shí)現(xiàn)無線通信。避免有線通信布線施工難等諸多問題。昂貴無線通信頻道租借費(fèi)用不需要付出,因?yàn)閆igBee技術(shù)是免費(fèi)的2.4 GHz頻道,相比無線通信GSM技術(shù),計量自動化終端具有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能??傊琙igBee無線通信技術(shù)和計量自動化終端相結(jié)合,其低成本低功耗特有性質(zhì),不僅滿足智能家居發(fā)展要求,也滿足當(dāng)前市場對計量自動化終端功能需求。

        2 計量自動化終無線通信性能檢測

        2.1 無線通信性能指標(biāo)測試

        接收性能部分和發(fā)射性能部分是計量自動化終端無線通信測試項(xiàng)目的主要劃分模式,按照國內(nèi)外無線通信相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行劃分,能夠規(guī)范和準(zhǔn)確地評價無線通信測試可靠性和穩(wěn)定性[5]。接收信號功率承受容限和接收靈敏度,接收信號頻率偏移容限都是接收性能部分測試項(xiàng)目。有發(fā)射功率、占用帶寬、頻率偏移、雜散發(fā)射、發(fā)射功率帶內(nèi)平坦度和發(fā)送信號矢量幅度誤差都是發(fā)射性能部分測試項(xiàng)目[6]。

        2.2 無線通信發(fā)射功率測試步驟

        2.2.1 基本概念

        發(fā)射功率頻譜儀檢測其信號強(qiáng)度,測量設(shè)備發(fā)送無線射頻信號,無線通信測試設(shè)備能達(dá)到的最大輸出功率。

        2.2.2 測試目的

        針對信道的干擾和減小系統(tǒng)容量,超過指標(biāo)要求的輸出功率會增加,驗(yàn)證計量自動化終端輸出功率是否超過指標(biāo)要求。

        2.2.3 指標(biāo)要求

        按照《微功率(短距離)無線電設(shè)備管理暫行規(guī)定》,擴(kuò)頻通信設(shè)備最大輸出功率簇20 dBm,工作于2 400~2 483.5 MHz頻段。通信設(shè)備最大輸出功率簇17 dBm,工作于470~510 MHz頻段。通信設(shè)備最大輸出功率延10 dBm,工作于433~434.79 MHz頻段,各頻段發(fā)射功率限值如表1所示。

        2.2.4 測試方法及流程

        脈沖功率計量自動化測量時,要選用合適的衰減值進(jìn)行分析處理,防止功率計或頻譜儀過載。頻譜儀的檢波方式要選擇有效值檢波,同時5BW3RBW。脈沖功率是在零跨度時突發(fā)模式下的平均功耗。突發(fā)寬度是在捕獲的數(shù)據(jù)中尋找高峰,然后搜索跟蹤大于閾值水平的信號值,突發(fā)的第一個位置是在跟蹤低于閾值水平,平均功率計算方法步驟如以下幾點(diǎn)。

        (1)轉(zhuǎn)換成dBm的線性功率分別來自幅度跟蹤點(diǎn)。

        (2)添加上述的點(diǎn)數(shù)除以振幅,并將其一起列入平均水平計算。

        (3)此值以對數(shù)形式顯示(dBm)。

        (1)

        其中:Pavg為平均功率;n為開始跟蹤點(diǎn);m為停止跟蹤點(diǎn);P為跟蹤點(diǎn)對應(yīng)振幅的功率,以dBm為單位。

        2.3 ZigBee模塊與470MHz模塊發(fā)射功率測試結(jié)果比較

        無線通信性能的發(fā)射功率指標(biāo),對ZigBee模塊與470 MHz模塊的測試結(jié)果進(jìn)行了對比分析,ZigBee模塊與470 MHz模塊發(fā)射功率如圖2、圖3所示。

        ZigBee和470 MH通信性能比較如表2所示。

        表1測試結(jié)果得出,ZigBee模塊的發(fā)射功率更小,占用帶寬更窄,發(fā)射功率帶內(nèi)平坦度較平坦。

        綜上比較,Zigbee計量自動化終端無線通信中應(yīng)用可行性更大。

        3 結(jié)語

        相對比較昂貴的通信測試儀器,逐漸提高的測試設(shè)備智能化程度,開始軟件化的測試設(shè)備,具有局域網(wǎng)接口。方便將測試數(shù)據(jù)下載到數(shù)據(jù)質(zhì)量分析包、數(shù)據(jù)電子表和數(shù)據(jù)庫,分析和探討ZigBee計量自動化終端應(yīng)用,計量自動化終端無線通信的測試ZigBee數(shù)據(jù)得到充分利用。內(nèi)發(fā)射部分和接收部分是測量系統(tǒng)的主要組成部分,系統(tǒng)測試內(nèi)容通道及其部件的測試,大部分頻率及功率為主的測試指標(biāo),各種通信技術(shù)發(fā)展進(jìn)行之中,尚未成熟的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),不斷發(fā)展的相應(yīng)測試技術(shù),新測試方法有待研究開發(fā)。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 黃鍇.電能計量自動化終端維護(hù)處理方法[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2014,33(15):24-25.

        [2] 吳偉東.自動化系統(tǒng)在計量維護(hù)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014(46):155.

        [3] 周潔.電能計量自動化系統(tǒng)的建設(shè)及應(yīng)用:以膠州市供電公司為例[J].科技資訊,2012,10(12):30.

        [4] 郭飛,陳根永,張德玲.基于RS485接口的電能計量數(shù)據(jù)采集[J].微計算機(jī)信息,2007,23(22):99-101.

        [5] 賈麗萍,茹世文,弭勇,等.用電信息采集終端自動化檢測系統(tǒng)構(gòu)建[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2012,11(17):67-68.

        [6] 楊悅輝.計量自動化系統(tǒng)在計量管理工作中的應(yīng)用[J].計量與測試技術(shù),2013,40(4):36-37.

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