一、概述 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集及無線傳輸系統(tǒng)是基于人工數(shù)據(jù)收集思想改變和發(fā)展的一種體現(xiàn)，同時(shí)它也是一種新型現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集的應(yīng)用工程系統(tǒng)。 在未來信息時(shí)代中，各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集將以高效率、高可靠性和方便性（H2F）的要求為主導(dǎo)形式出現(xiàn)。在這種環(huán)境要求下，系統(tǒng)既要各個(gè)前端控制器具備分散的獨(dú)立工作及獨(dú)立應(yīng)付突發(fā)事件的能力，同時(shí)又要求它們通過抄表器或遠(yuǎn)程傳輸通信與計(jì)費(fèi)中心數(shù)據(jù)庫遠(yuǎn)程收發(fā)管理器實(shí)現(xiàn)彼此聯(lián)系，并能實(shí)現(xiàn)自身協(xié)調(diào)、執(zhí)行多種系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集和監(jiān)管功能等。 目前市場(chǎng)上不時(shí)有種種類型的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的模型和產(chǎn)品出現(xiàn)，但這些產(chǎn)品都有一個(gè)共同的致命問題，就是無線傳輸距離的有效區(qū)域覆蓋和組網(wǎng)能力的受限問題，若采用其它設(shè)計(jì)方式，則又帶來了系統(tǒng)整體價(jià)格增加。 本報(bào)告提出的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和無線傳輸系統(tǒng)，是設(shè)計(jì)一種基于低成本預(yù)算的層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)技術(shù)來抵消無線傳輸區(qū)域覆蓋受限的問題。結(jié)合未來應(yīng)用環(huán)境和主要工作任務(wù)，借鑒國外的一些現(xiàn)行研制經(jīng)驗(yàn)，把握重點(diǎn)，從最基本和最主要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手，走一條由簡(jiǎn)到繁，逐步完善的產(chǎn)品生產(chǎn)思路。 熱能無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)是一個(gè)綜合性、多學(xué)科技術(shù)合成的一種技術(shù)設(shè)備。在技術(shù)層次上它涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用、通信工程、微電子技術(shù)、熱力學(xué)等。由于冬季供熱問題與我國北方地區(qū)廣大人民群眾的生活、工作密切相關(guān)，產(chǎn)品社會(huì)需求量之大是可想而知的，同時(shí)它也是創(chuàng)建和諧社會(huì)的一個(gè)重要基礎(chǔ)條件。 熱能無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)在國內(nèi)還是一項(xiàng)新興的產(chǎn)業(yè)技術(shù)，其技術(shù)層面的更新必將摧生更多新興社會(huì)服務(wù)行業(yè)的發(fā)展。另外熱能無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)的啟動(dòng)，還可以帶動(dòng)一批相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展、增加國家整體就業(yè)機(jī)會(huì)，比如在原材料業(yè)、電子器件業(yè)、計(jì)算機(jī)業(yè)和加工業(yè)等。正因?yàn)闊崮軣o線自動(dòng)抄表系統(tǒng)對(duì)技術(shù)先進(jìn)性的要求，這也向相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)更新提出相應(yīng)要求，從而極大地促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。 熱能無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)是對(duì)供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化科學(xué)管理的發(fā)展趨勢(shì)，友訊達(dá)公司多年來一直堅(jiān)持跟蹤該技術(shù)領(lǐng)域。目前在數(shù)傳方面已經(jīng)攻克了眾多技術(shù)難點(diǎn)，在國內(nèi)首創(chuàng)的微功率智能路由體制，實(shí)現(xiàn)了一平方公里范圍內(nèi)的無線數(shù)據(jù)覆蓋。它不僅克服了人工抄表和低壓電力載波抄表系統(tǒng)的多項(xiàng)缺點(diǎn)，同時(shí)也展現(xiàn)了無線數(shù)傳技術(shù)方面的廣闊市場(chǎng)前景。 雖然熱能無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)在一些發(fā)達(dá)國家得到普遍應(yīng)用，而友訊達(dá)公司開發(fā)的無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)，因自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)及系統(tǒng)技術(shù)上所持有的先進(jìn)性和性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)，也對(duì)該產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)入國際市場(chǎng)帶來了機(jī)遇。可以斷言，在今后幾年中，熱能無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)將與目前日趨完美的水、電、氣自動(dòng)抄表系統(tǒng)一樣成為數(shù)字化城市眾多重要基礎(chǔ)條件之一。 二，方案基礎(chǔ) 友訊達(dá)公司是一個(gè)集產(chǎn)、學(xué)、研為一體的高新技術(shù)公司，該公司匯聚了眾多科研和生產(chǎn)專業(yè)技術(shù)人才，有在國家科研部門與高校長(zhǎng)期從事通訊、計(jì)算機(jī)等研究工作，并取得了一系列研究成果的專家學(xué)者，也有在生產(chǎn)部門專門從事產(chǎn)品開發(fā)并擁有技術(shù)專長(zhǎng)的工程技術(shù)人員，還有長(zhǎng)期從事生產(chǎn)管理、企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)管監(jiān)督的高管人員。基于如此雄厚的研發(fā)和生產(chǎn)實(shí)力，如公司自主開發(fā)和研制成功的FC-607無線抄表系統(tǒng)，就在供電管理工程中首先得到使用和用電管理部門的首肯。這些產(chǎn)品實(shí)際構(gòu)思很容易被推廣到供水、供氣、供熱等服務(wù)行業(yè)中。 目前集抄系統(tǒng)在國內(nèi)發(fā)展迅速，各種類型的集抄系統(tǒng)紛紛推出。然而，因計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)的高速發(fā)展和普及，集抄系統(tǒng)將最終走向無線集抄模式(采集表/采集終端與采集終端間進(jìn)行無線通信)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸管理。 由公司具有自主研發(fā)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無線遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)，具備高精度、全自動(dòng)化、功能強(qiáng)、性能穩(wěn)定、投資少、易于維護(hù)等特點(diǎn)。該系統(tǒng)適合大、中、小城市電能表電能量的自動(dòng)采集與管理。縮短抄表時(shí)間、迅速發(fā)現(xiàn)表計(jì)錯(cuò)誤、大大節(jié)省抄表費(fèi)用、控制線損，實(shí)測(cè)監(jiān)控用戶負(fù)荷情況，具備在線發(fā)現(xiàn)計(jì)量電路故障和竊電行為。從而提高整個(gè)電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)營運(yùn)水平、實(shí)現(xiàn)抄表計(jì)費(fèi)出單自動(dòng)化和集中統(tǒng)一管理的目標(biāo)。 正是上述具有系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性產(chǎn)品結(jié)果的展現(xiàn)，說明了我公司在熱能無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的實(shí)力。我們本著“友則誠信如一,達(dá)則兼善天下”公司理念，為用戶提供優(yōu)質(zhì)，快速的一條龍服務(wù)為原則，從產(chǎn)品的開發(fā)，生產(chǎn)，品質(zhì)，服務(wù)和管理五個(gè)方面出發(fā)，全面綜合考慮，運(yùn)用各種技術(shù)、經(jīng)濟(jì)手段，使整個(gè)系統(tǒng)“安全，可靠，經(jīng)濟(jì)，合理”。 三，方案簡(jiǎn)介 1，通訊部分簡(jiǎn)介 熱能無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)是一個(gè)由收費(fèi)中心、樓層中繼器、智能化數(shù)據(jù)采集器與傳輸機(jī)制所組成的一種三級(jí)線性網(wǎng)絡(luò)，無線手抄器作為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)拿浇楹蜋z查工具。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路是利用無線局域網(wǎng)傳輸技術(shù)來實(shí)現(xiàn)近、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收集工程系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，利用前端數(shù)據(jù)采集器對(duì)被測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)和定點(diǎn)收集，經(jīng)前端微處理器按區(qū)域比對(duì)原則實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集完成后，進(jìn)入本地緩存狀態(tài)。在傳輸命令啟動(dòng)前，前端微處理器對(duì)收集數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸可靠性編碼。在獲取傳輸允許后，立即進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸過程。 系統(tǒng)總體仍采用傳統(tǒng)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)基于服務(wù)中心的設(shè)計(jì)思想，但無線傳輸模式則必須具有異種地域覆蓋的自適應(yīng)能力。在該傳輸系統(tǒng)中，前端節(jié)點(diǎn)定位采用一次成型技術(shù)。為保證系統(tǒng)具有的可持續(xù)擴(kuò)展能力，則系統(tǒng)的后續(xù)擴(kuò)充將使用分層專用ID構(gòu)建模式實(shí)現(xiàn)。 為達(dá)到產(chǎn)品簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)和實(shí)用目的，系統(tǒng)無線傳輸路由將使用基于唯一ID編碼的線性路由算法結(jié)構(gòu)，各數(shù)據(jù)采集器和樓層中繼器在硬件體系設(shè)計(jì)和軟件支持平臺(tái)均預(yù)留可擴(kuò)展接口，以保證生產(chǎn)一致性。結(jié)構(gòu)上基于哈夫曼（Huffman）壓縮算法原則，以哈夫曼樹的粗壯性為先決條件來構(gòu)成這種線性網(wǎng)絡(luò)體系就可以獲取良好的層次結(jié)構(gòu)。 考慮到系統(tǒng)可推廣性、地域結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和應(yīng)用目標(biāo)的“異種組網(wǎng)”結(jié)構(gòu)不規(guī)律性，對(duì)于局部邊緣節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)將有可能采用多級(jí)中繼的補(bǔ)償設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。 熱能無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)單描述成： 在系統(tǒng)構(gòu)成中，高層建筑室內(nèi)數(shù)據(jù)采集是不可能直接與抄表員的手抄器進(jìn)行直接數(shù)據(jù)傳輸，因此樓層中繼器將實(shí)現(xiàn)這類非覆蓋數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇樽饔谩６韱T的手抄器數(shù)據(jù)在回到數(shù)據(jù)處理中心后，再下載到處理中心的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行計(jì)費(fèi)等計(jì)算。 該工程系統(tǒng)中的各個(gè)前端節(jié)點(diǎn)，所構(gòu)成的室內(nèi)采集器除了對(duì)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)收集外，同時(shí)它還擔(dān)負(fù)著對(duì)各個(gè)被控節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，系統(tǒng)利用一種非常簡(jiǎn)潔的中繼直線傳輸路由來作到較大范圍的通信覆蓋，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無盲點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)管與救護(hù)。 在室內(nèi)采集器中，系統(tǒng)沿用“匹克網(wǎng)（Pico net）”模式，各個(gè)采集器獨(dú)立構(gòu)成監(jiān)控管理狀態(tài)模型。系統(tǒng)工作時(shí)，由數(shù)據(jù)采集器定時(shí)實(shí)施數(shù)據(jù)采集，同時(shí)將對(duì)采集數(shù)據(jù)實(shí)施就地保存作數(shù)據(jù)備份，同時(shí)利用ADF7021數(shù)傳模塊將采集數(shù)據(jù)匯集到中繼節(jié)點(diǎn)上。當(dāng)數(shù)據(jù)采集器或中繼轉(zhuǎn)發(fā)器收到抄表指令時(shí)，它們將立即把各個(gè)采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息按地址ID傳輸?shù)匠韱T的手抄器中。因此前端數(shù)據(jù)采集器利用的本地?cái)?shù)據(jù)采集結(jié)果可實(shí)時(shí)用于對(duì)各個(gè)可控環(huán)節(jié)實(shí)施自動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)控制，從而保證系統(tǒng)的高可靠性和實(shí)用性。 手抄器的管理機(jī)制采用基于碼分多址的FCFS（先來者先服務(wù)）和EMP（緊急消息優(yōu)先）數(shù)據(jù)傳輸原則實(shí)現(xiàn)前端數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)傳輸。 四、系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo) 由于熱能無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)由無線數(shù)傳模塊、嵌入式計(jì)算、測(cè)量分析和供電幾個(gè)部件組成，這些主要技術(shù)指標(biāo)在本報(bào)告中將分別闡述。 1、數(shù)傳模塊部分： 數(shù)傳模塊在系統(tǒng)中選用ADI公司的ADF7021芯片，該器件具有良好的應(yīng)用特性，符合GB/T 17626.3 – 1998規(guī)定，其芯片主要特性如下： ● 低功耗、窄帶與免頻率申請(qǐng)收、發(fā)器件； ● 調(diào)制模式具有2FSK、3FSK、4FSK和MSK可選； ● 工作頻段為80MHz ~ 650 MHz和862MHz ~ 950 MHz； ● 數(shù)據(jù)傳輸速率為 0.05kbps ~ 32.8kbps； ● 電源為2.3V ~ 3.6V； ● 接收靈敏度為：-130dbm在100bps，2FSK模式； -122dbm在1kbps，2FSK模式； -113dbm在25kbps，正余弦2FSK模式； ● 片內(nèi)集成了7位ADC與溫度傳感器，免去系統(tǒng)外接溫度傳感器； ● 全自動(dòng)AFC； ● 數(shù)字場(chǎng)強(qiáng)指示，免去了AD轉(zhuǎn)換和計(jì)算，提高了數(shù)傳速度； ● 低壓模式下僅0.1μA的漏電流； ● 收、發(fā)切換集成。 2、計(jì)算機(jī)設(shè)備部分 計(jì)算機(jī)設(shè)備部分分成兩個(gè)結(jié)構(gòu)，一個(gè)是收費(fèi)中心體系，而另一個(gè)是前端數(shù)據(jù)采集器的“微控”體系，整個(gè)系統(tǒng)必須基于MIMD（多指令流多數(shù)據(jù)流）模式的分布式處理模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。若從系統(tǒng)高可靠性環(huán)境需求來講，理論上數(shù)據(jù)處理中心應(yīng)采用3M冗余模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。實(shí)際結(jié)構(gòu)應(yīng)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)象的整體投入和應(yīng)用環(huán)境需求進(jìn)行調(diào)整。 該系統(tǒng)的前端數(shù)據(jù)采集器計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)全部采用嵌入式微處理器芯片結(jié)構(gòu)模式進(jìn)行PCB板的制作。系統(tǒng)由一個(gè)微處理器和一個(gè)ADF7021通信模塊，以及相關(guān)的外圍模塊組成該系統(tǒng)的主控單元部分。 在前端微處理器方面需要滿足如下技術(shù)指標(biāo)： (1) 處理器 ● 高性能的0.25μm工藝結(jié)構(gòu)； ● 機(jī)器字長(zhǎng)≥8bit； ● 核心邏輯部件電源電壓≤5V； ● RISC指令集； ● 系統(tǒng)工作主頻≤12MHz； ● SISD標(biāo)量處理技術(shù)； ● 工作溫度：-20O~ +60 O C； ● 四列“直插”或“貼片”組件的PCB板工藝。 (2) 存儲(chǔ)器 ● 存儲(chǔ)模式：FLASH結(jié)構(gòu)； ● 系統(tǒng)單片存儲(chǔ)容量≥4K； ● 存取周期≤1μS； ● 工作溫度：-20 O~ +60 O C； ● “貼片”組件工藝。 (3) I/O接口 ● 亞微米CMOS-SRAM工藝； ● Pin-to-Pin最大延時(shí)≤10ns； ● 反向切換率速度≥100MHz； ● 系統(tǒng)時(shí)鐘≤12MHz； ● 位譯碼電路和三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)能力； ● 工作溫度：-20 O ~ +60 O C； ● 具有系統(tǒng)重構(gòu)和功能動(dòng)態(tài)可變的能力； ● “ 貼片”組件工藝； ● 支持IEEE1149.1<