不卡久久国产精品99精品国产,动漫精品一区二区在线,日韩精品中文无码一区,日韩无码中文字幕无码日韩

歡迎光臨安科瑞電氣股份有限公司網(wǎng)站!
誠信促進(jìn)發(fā)展,實(shí)力鑄就品牌
服務(wù)熱線:

18702111750

產(chǎn)品分類

Product category

技術(shù)文章 / article 您的位置:網(wǎng)站首頁 > 技術(shù)文章 > 基于LoRa的遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計與選型

基于LoRa的遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計與選型

更新時間:2021-05-12 點(diǎn)擊次數(shù): 883次

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

 

摘要:針對基于ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)的無線抄表系統(tǒng)傳輸距離近、抗干擾能力弱等問題,設(shè)計了種基于LoRa的新型遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。該遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)由路由模塊、中繼器及表端模塊組成,這三大模塊均使用低功耗射頻芯片SX1278。在抄表過程中,針對該系統(tǒng)提出了4種路徑探測命令幀。該系統(tǒng)能將集中器端的無線信號進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)至表端,延長無線通信距離。 測試結(jié)果表明,該抄表系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、抄表范圍廣、組網(wǎng)時間短,具有廣泛的應(yīng)用前景。

 

關(guān)鍵詞: 遠(yuǎn)程抄表;LoRa;SX1278;探測命令幀

 

0 引言

    隨著工業(yè)自動化、城市居民住宅建設(shè)和農(nóng)村小城鎮(zhèn)建設(shè)的日益發(fā)展,獨(dú)立電能表數(shù)量迅速增多,抄表計量也日趨復(fù)雜。傳統(tǒng)的人工電力抄表方式已不能滿足當(dāng)今社會的需求,遠(yuǎn)程抄表已成為智能電網(wǎng)中重要的組成部分。近年來,利用 ZigBee 技術(shù)構(gòu)造的無線自動抄表系統(tǒng)的技術(shù)水平有了長足的進(jìn)步,但是ZigBee只適用于近距離傳輸,通信距離為100m,且ZigBee網(wǎng)絡(luò)很容易產(chǎn)生同頻干擾,影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量;在實(shí)際應(yīng)用中由于電能表安裝的物理 范圍廣而且有些地區(qū)遮擋物較為嚴(yán)重等問題,不能將電能表數(shù)據(jù)全部抄回。為解決上述問題,本文提出了種基于LoRa的新型遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng),該抄表系統(tǒng)通信距離遠(yuǎn)、功耗低,能很好地滿足無線智能抄表系統(tǒng)的需求。系統(tǒng)通過中繼器將無線信號進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā),建立有效、快捷 且可靠的路由路徑,將電能表數(shù)據(jù)抄讀回來。 基于SX1278的LoRa是種新型無線通信技術(shù),它利用了先進(jìn)的擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)和編解碼方案,增加了鏈路預(yù)算,具有更好的抗干擾性 。

 

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

    基于LoRa的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)由路由模塊、中繼器、電能表組成。路由模塊對電能表集中管理,并且負(fù)責(zé)對電能表的數(shù)據(jù)抄讀;中繼器負(fù)責(zé)為電能表中繼無線信號;電能表為系統(tǒng)的從設(shè)備,也是設(shè)備,所有其他設(shè)備都是為了抄讀電能表的計量數(shù)據(jù)服務(wù)。系統(tǒng)運(yùn)行時,由于電能表安裝的物理范圍廣,必然存在直抄近端區(qū)及中繼遠(yuǎn)端區(qū)這兩種情況。對于直抄近端區(qū),可以通過無線模塊直接抄讀;對于中繼遠(yuǎn)端區(qū),需要通過中繼器進(jìn)行無線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計框圖

    基于LoRa的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)采用的網(wǎng)絡(luò)為主從式,由路由模塊集中管理中繼器、電能表。在這里把網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建分成兩部分:路徑探測請求流程和路徑探測響應(yīng)流程。路徑探測請求流程由路由模塊發(fā)起,采用洪泛廣播的方式傳輸,中繼器在接收到路徑探測請求幀后,根據(jù)其內(nèi)容進(jìn)行選擇性中繼轉(zhuǎn)發(fā),中繼至表端,這也就是請求抄表的過程,通過路徑探測請求流程來尋找抄表的路徑。路徑探測響應(yīng)流程由末端中繼器發(fā)起,中繼器在接收到表端的路徑探測響應(yīng)幀后,根據(jù)自身存儲的中繼路徑構(gòu)建路徑探測響應(yīng)幀回傳給路由模塊,采用單播的方式傳輸,旦路由模塊接收到路徑探測響應(yīng)幀,就可以確定該路徑能夠?qū)崿F(xiàn)抄表。

 

2 SX1278

    SX1278是LoRa射頻部分的核心芯片,它集成規(guī)模小、效率高,工作頻段為137~525 MHz。LoRa是低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)的種,是種基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無線傳輸技術(shù)。當(dāng) SX1278工作在LoRa模式時,能獲得超過-148dBm的高靈敏度。SX1278部分關(guān)鍵性能數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 SX1278部分關(guān)鍵性能數(shù)據(jù)

2.1 SX1278芯片及外圍電路

    SX1278芯片及外圍電路圖如圖2所示。射頻收發(fā)芯片SX1278通過SPI接口以及 RF_DIO1~RF_DIO3與MCU進(jìn)行信號傳輸。

圖2 SX1278芯片及外圍電路圖

2.2 天線端口電路

    該部分電路包含射頻信號的收發(fā)切換控制以及天線的兩種兼容接口(IPEX座接口和彈簧天線接口),L3、C14、C15組成π型匹配網(wǎng)絡(luò),用于對天線的匹配,具體電路圖如圖3所示。

圖3 天線端口電路圖

 

3 路徑探測流程

    路徑探測是指路由模塊、中繼器、表端的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程,網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建為后續(xù)的集中器抄表提供通信路徑。

3.1 路徑探測請求流程

    路由模塊在發(fā)起對某個表端模塊的路徑探測后,先設(shè)定路徑探測超時定時器,然后等待子節(jié)點(diǎn)對路徑探測請求幀的中繼轉(zhuǎn)發(fā)以及路徑探測請求的響應(yīng)處理;中繼器對路徑探測請求幀進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā),各中繼器在中繼轉(zhuǎn)發(fā)時遵循時隙同步原則,在個有效的時隙周期內(nèi)只對同網(wǎng)絡(luò)的同目標(biāo)地址的路徑探測請求幀轉(zhuǎn)發(fā)次,對于在該時隙周期內(nèi)接收到多條相同目標(biāo)地址的路徑探測請求幀,中繼器可以保存3條記錄,以作路徑探測響應(yīng)幀使用,流程框圖如圖4所示

 

 

3.2 路徑探測響應(yīng)流程

    中繼器在接收到表端模塊發(fā)送的路徑探測響應(yīng)幀后,根據(jù)路徑探測請求流程記錄的該目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的中繼路徑進(jìn)行依次轉(zhuǎn)發(fā),在此轉(zhuǎn)發(fā)過程中不啟用時隙同步流程,作單條命令固定時 間間隔延時,路由模塊在接收到路徑探測響應(yīng)幀后,選擇存儲中繼路徑,用以后續(xù)的抄表使用,流程框圖如圖5所示

圖5 路徑探測響應(yīng)流程框圖

 

4 各路徑探測命令幀解析

    在進(jìn)行路徑探測的過程中需要發(fā)送些探測命令幀,發(fā)送探測命令幀的過程就是尋找 路徑的過程,通過探測命令幀的回復(fù)可以確定該路徑是否能實(shí)現(xiàn)抄表。在本文的設(shè)計中提出的探測命令幀有4種:發(fā)起路徑探測請求幀、中繼路徑探測請求幀、發(fā)起路徑探測響應(yīng)幀、中繼路徑探測響應(yīng)幀。

4.1 發(fā)起路徑探測請求幀

    在發(fā)起路徑探測請求幀之前先要確定路由探測請求幀的各項(xiàng)參數(shù):網(wǎng)絡(luò)規(guī)模(S)、時隙號、允許中繼次數(shù)(DM)、當(dāng)前中繼次數(shù)(DC),這些參數(shù)的確定在路徑探測過程中是較為重要的。確定新建網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模就是確定中繼器的個數(shù),假設(shè)系統(tǒng)所有表檔案數(shù)為300,其中10%的表端需要安裝中繼器來完成信號的中繼,則中繼個數(shù)為31,即S=31。將個超幀中的時隙總數(shù)NS設(shè)置為網(wǎng)絡(luò)規(guī)模,即NS=S。節(jié)點(diǎn)的時隙號設(shè)置為0。允許的中繼次數(shù)是指路由模塊需要探測表端的n級中繼路徑,路由模塊在發(fā)送完路徑探測請求幀命令后,等待個RT來判斷是否探測成功。

    RT=(DM×S×BS+2×DM×ST)+3×IT(1)

    式中BS是標(biāo)準(zhǔn)時隙時間為,300ms;ST是發(fā)送路徑探測命令消耗時間;IT是指當(dāng)前中繼器記錄多條路徑時,發(fā)送每條路徑探測命令響應(yīng)幀的間隔時間。對于當(dāng)前中繼次數(shù)(DC),每中繼次DC加1。

4.2 中繼路徑探測請求幀

    中繼器在接收到中繼路徑探測命令后,根據(jù)探測命令的參數(shù)來判斷是否繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā),中繼器可并行處理3個不同網(wǎng)絡(luò)、不同目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的路徑探測命令請求幀,每條命令處理流程獨(dú)立進(jìn)行,互不影響。在處理前先要檢查該目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的路徑探測請求幀是否已經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)、當(dāng)前的中繼次 數(shù)是否大于允許中繼次數(shù)以及命令幀中的中繼列表是否已經(jīng)包含自己。處理流程圖如圖6所示。

圖6 中繼路徑探測請求幀處理流程圖

    在圖6中涉及發(fā)送時隙的計算,發(fā)送時隙的計算會因不同節(jié)點(diǎn)發(fā)出的路徑探測命令而不同。若接收到的為節(jié)點(diǎn)發(fā)出的路徑探測命令,則:

    WT=CS×BS+ST(2)

    若接收到的為中繼器發(fā)出的路徑探測命令,則:

    WT=CS×BS+ST+(S-RS)×BS(3)

    發(fā)送路徑探測命令后會有個回復(fù)也就是路徑探測響應(yīng)幀,這就涉及路徑探測響應(yīng)幀等待時間,計算如下:

    RW=(DM-DC+1)×S×BS+3×IT(4)

    其中,IT =1s。

4.3 發(fā)起路徑探測響應(yīng)幀

    中繼器在接收到表端模塊的路徑探測請求幀的響應(yīng)命令后,發(fā)起路徑探測響應(yīng)命令,其流程圖如圖7所示。

 

    在圖7中若查詢到記錄有路徑探測請求幀,則選擇記錄的路徑構(gòu)建路徑探測響應(yīng)幀,然后將選擇的路徑探測命令進(jìn)行反向傳輸,填充下行報文,中繼級數(shù)為上行報文的中繼列表數(shù),當(dāng)前中繼索引等于中繼大級數(shù)。

4.4 中繼路徑探測響應(yīng)幀

    中繼器在接收到路徑探測響應(yīng)幀后,檢查路徑探測響應(yīng)幀中的上行報文的中繼列表地址,判斷當(dāng)前中繼索引對應(yīng)的中繼地址是否為本中繼器地址,然后根據(jù)中繼列表計算下級中繼地址,填充下行報文信息,轉(zhuǎn)發(fā)給下級中繼器。

 

5 抄表流程設(shè)計

    集中器下發(fā)對單個表端的抄表命令后,路由先判斷目標(biāo)節(jié)點(diǎn)是不是在檔案中存在,沒有則返回否認(rèn)幀,依次用存放的路徑去抄讀,直到抄到數(shù)據(jù)或者路徑全部用完為止,流程圖如圖 8 所示。如果所有的路徑都用完后還沒有抄到數(shù)據(jù),則不再探測新的路徑,直接返回否認(rèn)幀。

 

 

6 數(shù)據(jù)分析

    為了測試該路徑探測方法的有效性,對公司園區(qū)內(nèi)500個電表進(jìn)行了大量組網(wǎng)測試。表2是窄帶載波和LoRa 兩種不同組網(wǎng)機(jī)制在同組網(wǎng)環(huán)境下的組網(wǎng)時間和中繼深度。

表2 組內(nèi)對比(取均值)

表3 LoRa園區(qū)組內(nèi)測試結(jié)果(取均值)

 

    可以看出網(wǎng)絡(luò)的中繼深度為3級,點(diǎn)對點(diǎn)直抄回的電表數(shù)量為342個,級中繼抄回的電表數(shù)量為83個,二級中繼抄回的電表數(shù)為52個,三級中繼抄回的電表數(shù)為23個,園區(qū)內(nèi)的500個電表都能抄回。從表2、表3可以得出,該遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)能夠在較短的時間內(nèi)完成組網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度也低于窄帶載波,組網(wǎng)范圍廣,組網(wǎng)穩(wěn)定,抄表率也高。

 

7 安科瑞AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺

7.1 系統(tǒng)方案

    系統(tǒng)為B/S架構(gòu),主要包括前端管理網(wǎng)站和后臺集抄服務(wù),配合公司的預(yù)付費(fèi)電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計量箱ADF300L系列,實(shí)現(xiàn)電能計量和電費(fèi)管理等功能。另外可以選配遠(yuǎn)傳閥控水表組成水電體預(yù)付費(fèi)系統(tǒng),達(dá)到先交費(fèi)后用水的目的,剩余水量用完自動關(guān)閥。

 

7.2 系統(tǒng)功能

    AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺由云平臺-網(wǎng)關(guān)-預(yù)付費(fèi)電能表組成,通過通信網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)到表的充值、查詢、監(jiān)控、控制及短信報警等功能。

   本系統(tǒng)適用于些大集團(tuán)和大物業(yè),往往需要將多個物業(yè)環(huán)境、分散于各地的物業(yè)集中式收費(fèi)和管理,面臨著數(shù)據(jù)公網(wǎng)傳輸,財務(wù)操作分散,在線支付,總部財務(wù)扎口等復(fù)雜的需求。

    遠(yuǎn)程集中抄表:抄表信息通過網(wǎng)關(guān)實(shí)時上傳到云平臺,快速便捷,免去人工抄表 。

    水表預(yù)付費(fèi):可是查看某區(qū)域水表的實(shí)時狀態(tài)信息,并可以進(jìn)行單表或批量設(shè)置水價控閥等操作。

    遠(yuǎn)程售電:財務(wù)集中管理,電量實(shí)時下發(fā),并比對充值次數(shù)防止作bi,方便快捷。

    能耗分析:用戶和管理員都可查詢預(yù)付費(fèi)表或管控表每天的用能狀況;可提供能耗分析+財務(wù)軌跡體式綜合管理報表,包含用戶表的能耗、財務(wù)數(shù)據(jù)、能耗和財務(wù)的期初期末值等數(shù)據(jù)。

    在線支付:商戶可以通過小程序或者微信公眾hao實(shí)現(xiàn)在線自助充值水電費(fèi),也可以實(shí)時關(guān)注商鋪用水用電情況。

    短信提醒:金額不足或金額欠費(fèi)提醒、電表充值到賬提醒,都可及時短信通知商戶。

 

 

    遠(yuǎn)程控制:可對任意塊電表執(zhí)行遠(yuǎn)程拉閘或保電等系列遠(yuǎn)程控制操作,方便管理。

 

7.3 產(chǎn)品選型

8 結(jié)束語

    本文所設(shè)計的基于SX1278的新型遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)性能穩(wěn)定,功耗低,組網(wǎng)速度快,能以較小的中繼深度完成組網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度低,能有效解決電能表安裝物理范圍廣或地區(qū)遮擋物較為嚴(yán)重時數(shù)據(jù)不能抄讀的問題。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于抄表行業(yè)中,這對于將LoRa 技術(shù)廣泛應(yīng)用于抄表行業(yè)打下了基礎(chǔ),具有良好的實(shí)用價值。

 

參考文獻(xiàn):

[1]趙太飛,陳倫斌,袁麓,等.基于LoRa的智能抄表系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].計算機(jī)測量與控制,2016,24(9):298-301.

[2]肖思琪,全惠敏,鐘曉先.基于LoRa的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn).

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06

 

作者簡介:劉細(xì)鳳,女,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司

聯(lián)


磐安县| 湘乡市| 博客| 商丘市| 南华县| 大埔县| 疏附县| 锦屏县| 开鲁县| 阜新| 广州市| 萝北县| 峨眉山市| 南通市| 岳阳县| 临海市| 闽侯县| 昌图县| 蕉岭县| 肇庆市| 胶南市| 上虞市| 嘉峪关市| 苗栗市| 仙游县| 罗山县| 佛坪县| 四会市| 印江| 松原市| 榆社县| 防城港市| 库尔勒市| 通州市| 日照市| 文山县| 景洪市| 洪湖市| 临猗县| 鄂托克前旗| 应用必备|