王 娟，朗珍白桑，劉雪強(qiáng)，黃 剛

西藏星傳北斗衛(wèi)星導(dǎo)航平臺(tái)有限公司，西藏 拉薩 850000

0 引言

為了解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的信號(hào)薄弱和不穩(wěn)定問題，現(xiàn)階段電網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)加強(qiáng)對(duì)各種多接入通信方式的利用，不僅包括光纖通道和中壓電力線載波等技術(shù)[1]，還包括北斗短報(bào)文通信技術(shù)。但是，因?yàn)樵谶\(yùn)營中，光纖、電纜等材料的使用需要較高的成本，所以施工難度較大，而北斗衛(wèi)星通信技術(shù)的利用，可以在很大程度上解決信號(hào)覆蓋和成本問題，已經(jīng)成為現(xiàn)階段解決信號(hào)盲區(qū)和不穩(wěn)定地區(qū)用電信息采集通信的科學(xué)途徑。

1 系統(tǒng)整體方案

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個(gè)用電信息采集的設(shè)計(jì)過程不僅包括用電信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)備設(shè)計(jì)，也包括數(shù)據(jù)采集和傳輸設(shè)備等模塊的利用。用電信息采集終端還包含智能電表、采集器等，將其利用在多戶居民的數(shù)據(jù)采集中，通過集中對(duì)用電數(shù)據(jù)拆包，實(shí)現(xiàn)北斗短報(bào)文模塊的數(shù)據(jù)采集，讓主站服務(wù)器負(fù)責(zé)向用電信息發(fā)出查詢命令，然后對(duì)返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理。

1.2 系統(tǒng)工作模式

任何設(shè)備的運(yùn)行和使用都要在國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)范圍中進(jìn)行，對(duì)于用電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更是如此，不僅要符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，也要符合電網(wǎng)的要求，在該研究中，系統(tǒng)工作主要涉及兩種信息采集模式的利用，一種是自動(dòng)對(duì)所需的用電信息進(jìn)行采集，另一種是通過系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的采集，但是需特別注意的是，在自動(dòng)模式的利用中，主要按照主站的需求進(jìn)行機(jī)械能任務(wù)采集，這個(gè)過程中應(yīng)詳細(xì)規(guī)定采集時(shí)間和任務(wù)，然后自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)用電數(shù)據(jù)的傳輸。對(duì)于受控采集模式的利用中，一旦出現(xiàn)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)的失敗，應(yīng)科學(xué)地通過主站或者人工方式向信息采集器發(fā)出信號(hào)，讓其及時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)用電數(shù)據(jù)的補(bǔ)充，使整個(gè)信息采集更加全面。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了保證用電信息采集系統(tǒng)的有效利用，需加強(qiáng)對(duì)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，尤其是在北斗短報(bào)文通信基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)，進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是對(duì)數(shù)據(jù)和設(shè)備的利用。該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)用電數(shù)據(jù)的拆包和組包，從而將協(xié)議和解析數(shù)據(jù)嵌入設(shè)備中，其中硬件結(jié)構(gòu)主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)和串口通信模塊、下載管理模塊等，主要需要對(duì)串口通信模塊進(jìn)行串聯(lián)[2]。所利用的轉(zhuǎn)化芯片為MAX3232型號(hào)，主要發(fā)揮信息交換的板塊是串口結(jié)合北斗短報(bào)文模塊，一般應(yīng)將波特率控制在19 200 bit/s，數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)為8位，無須進(jìn)行校驗(yàn)。在利用第二個(gè)串口時(shí)，要結(jié)合集中器通信，對(duì)于波特率的選擇需控制在9 600 bit/s，數(shù)據(jù)也是保持在8位。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的利用，要做好對(duì)數(shù)據(jù)的下載管理，這需要在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，保持及時(shí)的數(shù)據(jù)調(diào)試，以保證數(shù)據(jù)來源的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。在各個(gè)供電SD卡的利用中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存，需要通過數(shù)據(jù)的及時(shí)調(diào)整，測(cè)試對(duì)大量數(shù)據(jù)的上傳，保證對(duì)數(shù)據(jù)的合理利用。此外，需要提前將用電數(shù)據(jù)保存在SD卡中，通過單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)讀取，保證數(shù)據(jù)處理的穩(wěn)定性，防止數(shù)據(jù)的丟失，保證數(shù)據(jù)使用的可靠性。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 可靠通信方案

要想實(shí)現(xiàn)對(duì)北斗短報(bào)文通信系統(tǒng)的利用，就要控制單次傳輸?shù)木窒扌?，因此?shù)據(jù)拆、組包的核心思想如下：如果進(jìn)行發(fā)送端數(shù)據(jù)拆包，就要適當(dāng)?shù)丶尤氚^，在接收到對(duì)面的信息后，需要對(duì)子包包頭進(jìn)行拆除，然后科學(xué)地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，讓組包恢復(fù)原來的數(shù)據(jù)；如果使用的過程中，在接收端能夠控制使用的時(shí)間，但是無法接收全部子包，就無法有效完成分組，此時(shí)，需要通過接收端發(fā)出請(qǐng)求，重新將丟失的子包進(jìn)行分析，整個(gè)操作被稱為補(bǔ)包；如果在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，相關(guān)的補(bǔ)包工作不成功，就要反復(fù)重復(fù)上述補(bǔ)包行為，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)包的效果；如果經(jīng)過反復(fù)的補(bǔ)包，數(shù)據(jù)搜集實(shí)施不成功，需重新進(jìn)行任務(wù)設(shè)定，進(jìn)行下一次任務(wù)時(shí)，需要保證用電數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。文章主要利用北斗短?bào)文模塊，對(duì)于SIM卡所規(guī)定的單次傳輸報(bào)文長(zhǎng)度需控制在78.5字節(jié)，但是考慮到拆包后的文字長(zhǎng)度，應(yīng)對(duì)集中器上報(bào)的超過70字節(jié)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行科學(xué)處理，保證用電數(shù)據(jù)的恢復(fù)。

3.2 數(shù)據(jù)壓縮方案

在基于北斗短報(bào)文通信的用電信息采集系統(tǒng)利用中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)壓縮方案的利用。由于集中器上傳的數(shù)據(jù)量比較大，需要充分地利用北斗短報(bào)文通信實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸，降低傳輸?shù)暮臅r(shí)，提升傳輸?shù)男?。為此，可以采用先壓縮后拆包傳輸?shù)姆绞?，保證傳輸?shù)馁|(zhì)量，但是系統(tǒng)對(duì)壓縮完整性具有較大的需求，因此需要及時(shí)對(duì)壓縮端數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓，利用元損壓縮的LZ77算法進(jìn)行數(shù)據(jù)核算[3-4]。該方法的利用核心是，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析，保證對(duì)數(shù)據(jù)重復(fù)結(jié)構(gòu)的壓縮，讓短報(bào)文數(shù)據(jù)從預(yù)置區(qū)到達(dá)滑動(dòng)窗口，使數(shù)據(jù)進(jìn)入緩沖區(qū)。在對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮時(shí)，需要保證對(duì)預(yù)置區(qū)數(shù)字的利用，然后將數(shù)據(jù)科學(xué)地滑動(dòng)到窗口。此時(shí)，可以將窗口區(qū)的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)搜集和利用。如果整個(gè)系統(tǒng)的利用中，沒有進(jìn)行科學(xué)的字符數(shù)串匹配，字典進(jìn)行索引時(shí)需要利用原字符；如果在信息采集中，沒有合適的字符符合，需利用計(jì)算機(jī)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)字符長(zhǎng)度的改變。通常需控制預(yù)置區(qū)和滑動(dòng)窗口之間的字符長(zhǎng)度，原因是字符長(zhǎng)度會(huì)直接影響數(shù)據(jù)的傳輸效果，影響對(duì)數(shù)據(jù)包的壓縮。例如，利用LZ77算法進(jìn)行解壓縮時(shí)，需要先通過滑動(dòng)窗口的數(shù)據(jù)搜集和緩存，讓其實(shí)現(xiàn)單個(gè)字符的使用原則。

4 系統(tǒng)安裝

為了保證北斗短報(bào)文通信用電信息采集系統(tǒng)的有效利用，需加強(qiáng)對(duì)使用系統(tǒng)的安裝和測(cè)試，系統(tǒng)安裝和測(cè)試中，所使用的儀器型號(hào)為DJGZ33-WFET1600。在電壓器的前端位置設(shè)置幾個(gè)不同的用戶電表，監(jiān)測(cè)時(shí)將安裝系統(tǒng)放在變壓器上。具體到對(duì)數(shù)據(jù)的采集與傳輸，一個(gè)口與串口結(jié)合，另一個(gè)串口與北斗短報(bào)文進(jìn)行結(jié)合。在主站使用中，需要提前將北斗短報(bào)文模塊和采集設(shè)備均安裝在電力公司樓頂，一端與北斗短報(bào)文模塊進(jìn)行串聯(lián)，另一端與用電信息采集主站進(jìn)行連接。

5 性能參數(shù)分析

在相關(guān)性能的研究中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)北斗短報(bào)文技術(shù)的利用，性能分析中可以將SIM卡號(hào)設(shè)置為257453與256455，其在通信中的服務(wù)頻率為60 s/次。為了保證通信的通暢性，需要在系統(tǒng)發(fā)出連續(xù)子包時(shí)，每隔固定的時(shí)間進(jìn)行一次數(shù)據(jù)發(fā)送，此時(shí)的數(shù)據(jù)通信頻率可以設(shè)置為70 s/次。

對(duì)于采集成功率的模擬試驗(yàn)可以分為5組，這5組試驗(yàn)需要不同的數(shù)據(jù)類型測(cè)試，而且需保證每組試驗(yàn)的重復(fù)次數(shù)為60次，進(jìn)而對(duì)試驗(yàn)的成功率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。這充分說明在沒有采用補(bǔ)包的情況下，用電信息采集的成功率可以達(dá)到91.67%～93.94%，其平均成功率為92.98%。即使該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍是信號(hào)封閉地區(qū)，對(duì)于北斗信號(hào)的利用也會(huì)在一定程度上受到影響，尤其是在利用補(bǔ)包技術(shù)的條件下，用電信息采集效率可能會(huì)實(shí)現(xiàn)顯著提高，即補(bǔ)包所發(fā)揮的作用。由此可知，基于北斗短報(bào)文通信的用電信息采集系統(tǒng)具有一定的安裝和使用性能。

6 結(jié)束語

為了更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)山區(qū)地區(qū)無網(wǎng)絡(luò)問題的解決，文章研究加強(qiáng)對(duì)用電信息的搜集和統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)了一種基于北斗短報(bào)文通信的用電信息采集系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集和設(shè)備傳輸，保證設(shè)備能夠有效地對(duì)集中器上報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行拆包，從而保證北斗短報(bào)文通信協(xié)議封裝和傳輸。安裝和測(cè)試結(jié)果表明，偏遠(yuǎn)地區(qū)加強(qiáng)對(duì)用電信息采集系統(tǒng)的利用，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采集成功率的提高，而且能有效解決信息采集難題。進(jìn)行下一步計(jì)劃實(shí)施時(shí)，需要利用北斗通信指揮機(jī)當(dāng)作接收端模塊，從而更好地配合數(shù)據(jù)采集，完成對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸和應(yīng)用，保證采集任務(wù)的順利完成。