一种多模电力终端设计与应用研究

吴靖尧 吴珏珺 许崇杰

摘   要：基于目前电力系统对数据信息完整性，可靠性有了更高的要求，且目前电力终端的通讯手段的匮乏，采集信息通道单一等问题，主要介绍一种多模电力终端的设计。终端兼容GPRS/CDMA模块，230 MHz模块和以太网模块多种通讯模块的方式，根据比对各种通讯方式的性能，选择当前情况下最稳定，最可靠的通讯方式进行数据传输，以此来满足电力系统对数据采集信息的完整性和可靠性高要求。该方案使终端具备多种通讯手段，在通讯条件较差的环境下，有一定的实用价值以及参考价值。

关键词：多模;电力终端;以太网通讯;无线公网通信;230 MHz通信

中图分类号：TP39                                         文献标识码：A

Study on Application and Design of Multimode for Power Terminal

WU Jing-yao1？覮，WU Jue-jun2，XU Chong-jie2

（1. Jiangmen Power Supply Bureau，Guangdong Power Grid Liability Company，Jiangmen，Guangdong 529000，China;

2. Holley Technology Co.，Ltd，Hangzhou，Zhejiang 310023，China）

Abstract：Based on the current power system on the integrity of data and information，reliability has a higher requirement，and the current lack of power terminal means of communication，the acquisition of information channels are single and other issues. This paper mainly introduces the design of a multimode for power terminal. The terminal is compatible with GPRS/CDMA module，230 MHz module and Ethernet module. According to the performance comparison of various communication modes，the most stable and reliable communication mode is selected to transmit data in order to meet the requirements of high integrity and reliability of data acquisition information in power system. The scheme makes the terminal have a variety of means of communication，and has certain practical value and reference value under the poor communication conditions.

Key words：multimode;power terminal;ethernet communication;wireless communication;230 MHz communication

隨着我国电力系统远端主站系统低压远程抄表的日益推进，2020年将实现低压全覆盖，自动抄表电量覆盖率达到95%以上的目标。从而对低压远程抄表系统运行维护技术要求越来越高。然而，目前低压运维还处于一个比较低的水平，低压集中器只能通过单一的GPRS/CDMA通信方式与远端主站通信，数据采集完整率无法得到保证，往往无法在电量结算日前完整、准确的将用户用电信息自动抄回，迫使供电局自动化抄表一直处于自动化抄表和人工现场抄表的双轨工作制中，给供电局电量抄核收工作带来了极大的不便。

因此为了远端主站系统能够准确、及时、完整的实现低压用户的自动化抄表，急需增加多种通讯方式与远端主站通信。随着通信技术的迅猛发展和产业化程度的提升，光缆通讯，485通讯，230 MHz通讯以及北斗通讯等作为GPRS/CDMA通迅方式的补充手段，已陆续进入研发试点中。本文主要介绍一种多模上行通信增强型电力终端设计和应用研究，该终端同时支持GPRS/CDMA通通讯（双卡双待模式），230 MHz通讯以及以太网通讯，可以自主选择稳定性高的通断进行切换连接，大幅度提升终端在线率、数据采集率，提高低压抄表的自动化程度和数据的完整率。

1   目前常用的通信方式及比较

1.1   以太网通信

以太网（Ethernet）指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网通信是一种使用同轴电缆作为网络媒体，采用载波多路访问和冲突检测机制的通信方式，数据传输速率达到1 Gbit/s，可满足非持续性网络数据传输的需要。其优点在于通信网络衰减极小，良好的防干扰性能，不会受到电气化铁道，强电以及雷电等的干扰，网络带宽容量较大，网速快于无线网。缺点在于现场架设相对困难，后期维护不变。根据目前电力终端点多，覆盖面广且分布分散的特点，并不适用该方式。

1.2   无线公网通信

无线公网是指中国电信，中国联通，中国移动三大运营商建有的，面向公众开放的通信系统和设备。无线公网通信是指使用三大运营商的网络，利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。其优点实时在线，无需布线，实施及维护方便。其缺点在于传输距离受三大运营商基站分布影响，对一些偏远地区或者山区基站信号分布不到就无法通信。可靠性较低，受影响天气影响较大。

1.3   230 MHz无线通信

230 MHz频段无线通信是工作在230 MHz频段的无线宽带通信方式。其优点在于具有频谱使用率低，干扰源少，传播算好小，，覆盖距离远，天气对信号传播性影响小的特点，由于基站是自己建设，所以可针对终端位置，自己定义设置。后期维护成本上低于其他系统。其缺点在于前期建网投入大，大面积建设比较困难。

2   多模终端的设计

2.1   多模终端的预计实现功能

一种多模上行通信增强型智能集中器技术研究和试点应用将完成低压集抄集中器多模通信，采集完整率100%等工作;通过电力现场作业人员实际的应用后，进行应用验证和丰富提升，取得技术应用经验，并进行推广。

2.2   硬件设计

2.2.1   电力终端基础设计

硬件采用ATMEL公司的AT91SAM9G25  ARM9芯片作为主控芯片。配置包括内存：KMT47H32M16HR-25E、 NandFlash： MT29F1G08 ABAEWP、时钟：RX8025T、Fram：FM25CL64、计量芯片：ADE7878ACPZ、160x160液晶显示等主要器件。原理框图如图1所示。系统平台采用Linux2.6.39。

使用Linux完全开发源代码的系统平台，开发系统中用到的底层驱动程序，包括交流采样、SPI、IIC总线及器件的驱动、串口通讯驱动、GPRS/CDMA等多种模块驱动程序。

电力终端通过一路485和230 MHz模块建立连接，交互AT报文，通过串口通讯和无线公网模块建立连接，交互AT报文。原理框图如图2所示。

2.3   软件设计

2.3.1   无线公網模块拨号流程软件设计

电力终端采用外部协议栈拨号上线。当电力终端上电后通过AT指令AT+CPIN判断卡槽内是否插入SIM卡，然后执行CMUX建立虚拟通道，通过AT命令AT$MYSYSINFO，确认SIM卡制式后，设选择对应制式的通信参数进行拨号，如果终端内部没有配置对应制式的通信参数则终止拨号，断电关闭模块。在拨号过程中，如果在设定时间内模块无响应或则模块回复ERR，则撤销本次拨号命令，重新开始拨号。当拨号次数大于限定次数，则复位无线公网模块。此时如果模块内插有两张SIM卡，下发AT命令AT$MYSIMAPP，切换到另一张卡模式。进入新卡的拨号流程。如只有一张卡则重复以上拨号流程。当数次拨号失败后，终端对改模块进行断电关闭处理。避免对无效的模块或者无效的SIM卡连续拨号，空耗终端的内部资源消耗。等待一定的时间后，再去尝试拨号流程。外部协议栈拨号如图3所示。

2.3.2   230 MHz模块通信开发设计

230无线系统采用扁平化的全IP网络架构，组网灵活。无需SIM卡，无需拨号。

本次电力终端为了增加模块的兼容性，保持模块拨号流程的一致性。采用和无线公网模块一致的外部协议拨号流程，通过AT命令对230MHz模块进行控制拨号连接。

230 MHz模块需要按《中国南方电网公司远程模块接口协议》设计，符合电力终端和模之间的接口，功能要求，以及AT指令集。当230 MHz模块无法连接到230无线系统时，模块在流程中任意步骤应答回复错误，电力终端随即开始重新拨号。当拨号次数大于限定值，则断电关闭模块。外部协议栈拨号如图3所示。

2.3.3   无线公网通信与230 MHz通信切换软件设计

电力终端启动后，通过串口探测，判断是否接入230模块以及无线公网模块。然后分别对230模块以及无线公网模块下发AT命令进行拨号连接。如果只有一种模块拨号成功的情况，则使用该模块作为通信主通道和远端主站进行通信。如果两种模块同时连接成功的情况，则进入信号判断比对流程。终端会比较两个模块的信号强度，选择其中信号较强的通道，作为通信的主通道。同时关闭信号较差的通道。

电力终端每经过T个时间通讯后，进入周期性信号判断流程，判断当前主通道信号强度是否高于X阈值。如果信号高于X值，电力终端继续以该通道作为主通道进行通讯。如果信号低于X值，则重新打开备用通道模块，进行拨号连接。如果备用通道模块拨号成功，电力终端重新进入信号判断比对流程，再次选择信号较强的通道作为主通道。如果拨号失败，则继续以原主通道作为主通道进行通讯。通信切换流程如图4所示。

2.3.4   以太网通信设计

通过硬件引脚检测电力终端是否插入以太网线。判断以太网物理连接正常后，判断终端是否配置有以太网通讯参数。根据以太网的参数信息去连接主站。当终端同时配置无线通信参数和以太网通信参数时，以太网和无线网网络之间可采用双通道同时在线方式。

电力终端可以同时登陆两个主站。当终端主动传递数据时，同时对两个通道一起上传，两个主站都能收到相同的数据。如其中一个远端主站通过其中一个通道控制终端或者抄读终端内数据时，电力终端只使用单通道向对应的远端主站发送数据。

4   结   论

介绍了设计电力终端上行双模/多模通信模式，通信模式支持4G、230 MHz、LAN、光纖中的两种或多种通信方式;通信模块符合南网的技术规范，根据现场现实环境选择最适的通讯方式，电力终端一旦检测到当前采用的通信方式不稳定时，则自动切换至其它通信方式。因此，能够保证电力终端100%在线，电力终端和远端主站的采集完整率100%，大幅降低低压集抄现场工作量，提高低压集抄工作效率，保证低压集抄工作准确性。

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