藍牙無線技術(shù)在電表計費中的應(yīng)用

1 引言

現(xiàn)有的人力手工抄表方式，工作量大，準確度差，且只能一月左右反映一次用電情況，其信息反饋速度相對于電力調(diào)度的瞬間操作遠遠滯后，因而無法實現(xiàn)高低峰的電價應(yīng)有所不同的要求，使人工抄表方式亟待改革。而目前提出的一些自動抄表方案是將數(shù)字電表的用電量信息利用紅外傳輸方式，通過電話線或局域網(wǎng)傳輸?shù)浇邮斩?如：物業(yè)公司或電業(yè)管理部門)。此類方案問題有三：(1)家庭中的紅外控制信號過多(如：有多種家電遙控器)會干擾數(shù)據(jù)的準確性，(2)使用電話線傳輸不可能作到實時，而且接收端所需的Modem池等費用過高，(3)使用局域網(wǎng)傳輸則限于要重新安裝千家萬戶的入戶線和數(shù)字信號的遠距離傳輸問題。

解決上述問題的關(guān)鍵是找到一種無線或有線的傳輸方式，并且及時準確地將用電量信息傳輸?shù)浇邮斩恕Ｍㄟ^多種方式的比較，用藍牙技術(shù) (BlueTooth)和有線電視(CATV)設(shè)備相結(jié)合是一種即能避免出現(xiàn)上述問題又能較好的實現(xiàn)實時控制的方法。即利用藍牙技術(shù)的無線傳輸、傳輸距離短(10m之內(nèi))和抗干擾性強的特點，先將計費電表的直流信號通過加載的BlueTooth芯片無線傳輸?shù)紺ATV線路中的上行信道，通過遍布城鄉(xiāng)的 CATV網(wǎng)絡(luò)，直接傳輸?shù)轿飿I(yè)公司或電業(yè)管理的調(diào)度部門后，再重新解調(diào)出數(shù)字信號，便可輸入到計算機中完成網(wǎng)上任一用戶的電費自動查詢，當(dāng)然，也可以與現(xiàn)有的電費收費網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相連接，以及與電網(wǎng)的調(diào)度指揮中心相連接成一個完整的用電管理網(wǎng)絡(luò)。

2 BlueTooth的抗干擾特點

藍牙芯片僅為9mm×9mm，目前價格為50元左右，可以直接嵌入數(shù)字電表中。其工作采用2400～2483.5MHz的ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻段，這是因為該頻段內(nèi)沒有其它系統(tǒng)的固定信號干擾，同時頻段向公眾開放，頻段在全球范圍內(nèi)有效。但同時ISM頻段作為開放頻段，使用其中的任何頻段都會遇到不可預(yù)測的隨機干擾源(如某些家用電器、無繩電話和汽車開門器等)[1]。因此，對外部和其它藍牙用戶的干擾源用不同的技術(shù)加以處理。

如：采用跳頻技術(shù)，抗信號衰落;采用快跳頻和短分組技術(shù)，減少同頻干擾，保證傳輸?shù)目煽啃?采用前向糾錯(FEC)編碼技術(shù)，減少遠距離傳輸時的隨機噪聲影響;采用FM調(diào)制方式，降低設(shè)備的復(fù)雜性等。目前藍牙技術(shù)的傳輸速率設(shè)計為1MHz，以時分方式進行全雙工通信，其基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的組合，完全滿足電表收費中的實時性的要求。一個跳頻頻率發(fā)送一個同步分組，每個分組占用一個時隙，也可擴展到5個時隙。藍牙技術(shù)還支持一個異步數(shù)據(jù)通道，或3個并發(fā)的同步話音通道，或一個同時傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音的通道。異步通道支持最大速率72kbps、反向應(yīng)答速率為57.6kbps的非對稱連接，或者是432.6kbps的對稱連接，這樣，可根據(jù)干擾源情況靈活加以選擇。

藍牙技術(shù)實現(xiàn)了設(shè)備的無連接工作，提供了接入數(shù)據(jù)網(wǎng)的功能，并且具有外圍設(shè)備接口，可以組成一個特定的小網(wǎng)(piconet),又稱為微微網(wǎng)。藍牙系統(tǒng)采用基于包的傳輸：將信息流分片(組)打包，在每一時隙內(nèi)只發(fā)送一個數(shù)據(jù)包。所有數(shù)據(jù)包格式均相同，開始為一接入碼，接下來是包頭，最后是負載。

接入碼具有偽隨機性質(zhì)，在某些接入操作中，可使用直接序列編碼。接入碼包括微微網(wǎng)主單元標志，在該信道上，所有包交換都使用該主單元標志進行標識，只有接入碼與接入微微網(wǎng)主單元的接入碼相匹配時，才能被接收，從而防止一個微微網(wǎng)的數(shù)據(jù)包被恰好加載到相同跳頻載波的另一微微網(wǎng)單元所接收，這樣，使樓群間不同用戶的信號很容易區(qū)別。

3 BlueTooth與CATV間的傳輸

CATV作為遍布城鄉(xiāng)的寬帶網(wǎng)絡(luò)，其上行信道有5～65M的豐富的頻帶資源可用，我們采用34.45MHz作為載頻。利用安裝在用戶入線端的藍牙接口，直接用藍牙核心協(xié)議所定義并提供安全的RF方式發(fā)送到物業(yè)公司或電業(yè)管理的調(diào)度部門的接收機，再調(diào)制為數(shù)字信號至相應(yīng)計算機中即可。如圖所示。

藍牙技術(shù)在電表計費中的應(yīng)用

CATV的無連接特點可以將實時數(shù)據(jù)在網(wǎng)上隨時傳輸?shù)竭h程的接收端，這是利用PSTN和LAN網(wǎng)方案所不具有的優(yōu)勢。對于在接收端如何區(qū)別來自不同用戶的數(shù)據(jù)信號的問題，我們利用每個主單元標志唯一的特點，雖然網(wǎng)絡(luò)上的個用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d頻相同，但在CATV傳輸時將主單元標志作為識別碼來解決。

接收端的解調(diào)，可用現(xiàn)有的電纜調(diào)制解調(diào)器完成，但成本較大，這可以通過改造專用的可尋址調(diào)制解調(diào)器來實現(xiàn)，即改變其相應(yīng)的晶振和接收電路即可[2]。

解調(diào)后的數(shù)字信號送入基于Windows平臺的Oracle數(shù)據(jù)庫中，可以完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)查詢、檢索、統(tǒng)計匯總，直接供電力調(diào)度部門作為決策依據(jù)，以實現(xiàn)真正的計劃用電，分時電價的要求。

4 展望

如果再進一步推廣到其他的數(shù)字計量設(shè)備中，還可將其連接成水費自動查詢系統(tǒng)、煤氣費自動查詢系統(tǒng)、采暖費自動查詢系統(tǒng)、家庭安全報警系統(tǒng)……。利用藍牙技術(shù)和CATV結(jié)合與紅外控制方式相比的最大優(yōu)勢就在于其可形成雙向傳輸，因為CATV也是雙向網(wǎng)絡(luò)，如：用于采暖控制中，若用戶暫時無人居住可隨時報停，只需在接收端發(fā)送指令到指定的藍牙芯片即可，當(dāng)然，每戶的供暖閥門須改造為可控。