基于Zigbee网络的智能电表老化检测方法

陈卓

（广州电力设计院，广东广州，510006）

基于Zigbee网络的智能电表老化检测方法

陈卓

（广州电力设计院，广东广州，510006）

针对现有智能电表产品批量老化试验过程中存在的通讯效率低，数据读取延时等问题，提出了一种基于Zigbee网络的智能电表老化试验方法。介绍了检测设备的基本电子电路，分析了各部分的基本功能和检测试验方法。基于该检测方法可以提高智能电表产品老化试验的检测精度和效率，且能够适应未来老化试验功能升级的要求。

智能电表；Zigbee网络；检测设备

0 引言

智能电表产品的老化试验是保障其质量水平的重要试验，该项在生产企业和检验机构的工作流程是非常重要的。老化试验是给电表产品施加湿、热和电等外部应力，模拟严酷工作环境，使潜在故障提前暴露，使产品进入高可靠阶段的检验过程。老化试验通常分动态恒温老化（通电老化）和高低温老化（不通电老化）。老化试验结束后需要人工手段对几十个上百个智能电表的电能数值通过红外仪表进行读取，将读取的数字与同一批老化的标准表进行比对，从而发现故障的电表产品[1]。ZigBee通讯技术是为先进的无线传感器网络技术的代表在自动抄表产品中已经有初步的应用，但是多以抄表器上传通讯手段的方式在自动抄表中应用，随着微电子技术和嵌入式技术的发展。ZigBee无线通讯技术在自动抄表产品中已经有初步的应用[2]，它具有免费传输频段，传输数据量小，传输速率慢，节点数量多，组网方式灵活，构建成本低廉的特点。老化试验中人工红外抄表的工作量巨大，加入Zigbee技术可以有效的减少工人操作的工作量，提高检测工作的实时性。

1 电路构成

老化试验前是将几十个智能电表产品安装到一个老化架上，再将数个老化架推入一个老化房中间进行老化试验。传统的老化架只是对电表强电端口进行供电，而不会连接电表的弱电端口。在本文提出的新型老化架方案中，在老化架中的每一个电表夹具都安装结构如图1所示的RS485转无线Zigbee电路模块，该电路模块的485通讯端口通过工装夹具直接与智能电表的RS485通讯端子相连。图1中的模块电路是基于TI公司的CC2530芯片开发的，该芯片能够独自支持一路Zigbee外设（图1中的RF_P和RF_N）和一路通用串口外设（图1中的TX和RX）的工作，两部分电路工作相互不会干扰。CC2530的最高工作温度为125℃，足够满足老化房最高70℃的工作条件。通过图1中的电路模块，能够实现老化房中的几十个到数百个智能电表与外部Zigbee网络的实时通讯，彻底摆脱人工红外抄表的落后方法。

图1 老化试验专用的Zigbee转RS485电子电路框图

2 基于Zigbee网络的快速检测方法

基于上一节的电路可以将老化房中的智能电表与外部Zigbee网络相连，不仅是能够摆脱人工抄表方式，而且能够极大的提高老化试验效率，实现对老化试验数据的实时监控和存储。为说明基于Zigbee的老化试验的检测方法，以三个电表的老化试验为案例进行说明。

如图2所示，三个智能电表分别连接三个RS485转无线Zigbee电路模块S1、S2和S3，而模块M1将Zigbee网络与计算机服务器相连，其中S1、S2和S3的电路结构如图1所示，而M1的结构与图1类似，只是将图1中的RS485网络换成RS232或者以太网实现与电脑的通讯。基于Zigbee网络可以对三个智能电表采用并发读取的方式，具体流程如下：1.M1向S1～S3发送广播命令，S1～S3同时向自己连接的电表通过485请求数据，数据被保留着S1～S3的Zigbee芯片中；2.M1逐个向S1、S2、S3请求数据，此时读取的波特率就是Zigbee的波特率，25k～250k bps,读完一个老化架所有的电表在0.1～0.5s内；3.M1向电脑串口返回数据，数据格式全部遵循智能电表DTL645规约（完全不影响上位机，可以兼容以往基于DTL645规约设计的上位机抄表程序），M1和电脑的通讯波特率可以被设置为115200 bps甚至更高。过程1的时间就是单个电表通讯一次的所需时间，而过程2、3可以并行。

图2 基于Zigbee的老化试验通讯框图

如图3所示，每个电表接收到数据都有30ms的数据处理延时，之后两个电表马上实现了数据回传。在电表2400波特率条件下，一个老化架的通讯时间长度t=300ms+30ms×电表数量，当电表数量=150时，t=4.800s。当波特率提高到115200时，每一帧的通讯时间最短长度为2.5ms，最长时间间隔为8ms，一个老化架的通讯时间长度t=300ms+（2.5～8）ms×150（电表数量）=675～1500ms，一个老化架（150个电表）的通讯时间为0.675～1.5s。

Zigbee网络拓扑结构动态性强、自组织以及分布式特点，同时具有低成本、低功耗、超强通信能力和抗干扰能力强等诸多优点。在应用于智能电表老化试验中，能够节省大量布线和安装成本，还能够实现自组织网络，自动寻找2.4G射频范围内所有的无线节点，在50M的范围内可以支持几百个以上的节点通讯，完全可以满足智能电表生产企业中老化试验项目。目前的老化试验只在老化过程结束对所有电表进行一次精度分析，而基于Zigbee网络的完全可以满足实时对所有老化电表产品电能读数的监控。

图3 Zigbee老化试验通讯试验发送接收信号波形图

3 结语

本文提出的基于Zigbee网络的智能能电表老化试验，与当前使用红外抄表通讯技术的电表老化相比，解决了短距离范围内大量老化电表的无线抄表问题，不仅节省了红外无线抄表的人力成本和有线抄表布线成本，同时在老化过程中也具备了实时通讯抄表的功能，提高老化试验的数据精度和有效性。

[1]李宏新,陈环环.单相智能电表生产工艺流程[J].科技展望,2015(26):128.

[2]曾志洪,郭谋发,杨耿杰等.采用ZigBee技术的智能家居用电信息采集系统[J].电工电气,2011(10):25-29.

The smart meter Zigbee network detection scheme based on Aging

Chen Zhuo
(Guangzhou Electric Power Design Institute, Guangzhou Guangdong,510006)

Aiming at the problems of low communication efficiency and data reading delay existing in the batch aging test of existing smart meter products, an aging test method of smart meter based on Zigbee network is proposed. The basic electronic circuit of the testing equipment is introduced. The basic functions and testing methods of each part are analyzed. Based on the detection method, the detection accuracy and efficiency of the aging test of smart meter products can be improved, and it can meet the requirements of future aging test function upgrade.

smart meter; Zigbee network; detection equipment