张建强 刘江田 闫峰 常刚 牛倩楠

（国网山西省电力公司沁水县供电公司，山西 晋城 048200）

随着社会经济与科技的不断发展，电力计量中自动化技术的应用范围也越来越广，虽然目前我国在电力计量自动化建设方面已经取得了一些成就，但仍然存在不少问题，这就要求相关人员必须进一步明确电力计量自动化设计的目标和要求，在建设方案上予以改进和优化。

一、电力计量自动化的建设目标和思想

（一）建设目标

一是电力计量自动化建设能深化数据应用，推进其实用化进程。具体而言，利用系统的实时通信和信息采集能力为客户提供用电信息的支持；通过提出公变数据应用计划，在分析公变采集数据和设备异常状况的基础上，进一步提高供电质量，进而为配网的改进建设提供科学的依据；在采集公变台区关口电量的基础上，能有效完成对台变线损的分析和计算，进而为线损分析提供相应的数据，进一步提升线损整体指标的可控性。二是通过电力计量自动化建设，可大大减少供电企业的运行管理成本，弥补人工抄表方式的缺陷，有效减少在人工抄表上的人力资源消耗，同时，还能避免因人工操作失误而带来的误差，促进工作效率和质量的提升。

（二）设计思想

现阶段，电力计量自动化系统的建设一般采用的是分层次结构，主要包括4个层次，即智能电度表、计算机、集中器以及管理中心。其中，智能电度表负责采集的模块大多为机械式电度表中所添加的智能计数模块，它的主要功能是实现计数的存储和通讯，能起到节约能耗和成本的作用。电力用户用电采集系统主要由职能维护管理模块、支撑保障模块以及信息采集模块组成。在实际设计中，要求按照各模块的特征对班组生产体系进行协调重整，确保所有程序之间的有效衔接、人员的明确分工以及各流程的相互配合，并将重点放在数据应用的共享上。

二、硬件设计

（一）无线射频接收单元

无线射频接收单元的核心是射频收发芯片ADF7020-1，芯片共有11个可编程寄存器，内部集成了功率放大器、低噪声放大器、压控振荡器、小数分频器、混频器、中频放大器、调制解调电路和自动增益控制电路等其它无线通信需要的模块。根据微功率无线通信性能检测装置总体设计要求，通过设计外围控制电路对芯片进行配置，配置项目包括：接收模式、工作频段、工作信道、调制解调方式、传输速率、接收灵敏度、输出功率等。其中工作信道的选择很重要，通信信道定义在471-486 MHz/491-506 MHz频段，每个频段有33个信道组，每个信道组有两个信道。

（二）报文分析单元

微功率无线通信性能检测装置主要应用于智能电网集抄系统工作现场的无线通信性能检测，要求报文分析单元的主控芯片应具有良好的用户开发环境、较强的处理能力、丰富的片内资源和外设资源、较大的存储容量和较低的功耗等特点。根据系统设计的需要，主控制板采用了半导体STM32的STM32F103ZET6作为系统的主控芯片。该芯片的工作频率可以达到72 M，内置512 K闪存和64 K的SRAM具有丰富的端口和片内外设，能够满足本设计的低功耗应用要求。为实现数据存储，参数保存和固件升级等功能，在片上FLASH容量为512 k B的基础上，本模块又通过SPI接口扩展了一个16 M字节的存储芯片M25PE16-VMW6TP。

三、软件设计

（一）检测指标

微功率无线通信的优势在于：网络状况稳定、通信可靠性高、速率快且不用布线。然而在实际应用中，微功率无线通信的劣势在于：在同频干扰情况下通信效果差、射频性能指标超限、协议一致性不高等。因此，需要对微功率无线通信设备之间的通信状况进行检测，验证不同微功率无线通信设备之间是否具有良好的互联互通性，确保微功率无线通信设备之间能组织起更高效、更可靠的网络。本文所设计的微功率无线通信性能检测装置主要应用于协议一致性测试和互联互通性测试。协议一致性测试用来验证空中报文的格式和内容与协议标准是否吻合；互联互通性测试用来验证在实际环境中，以相同无线通信协议为基础设计的不同微功率无线通信模块之间是否能够正常通信。

（二）检测方法

在协议一致性的测试过程中，要对空中报文的物理层、MAC层、网络层以及应用层进行解读和校验。其中每一层都有多种类型的报文内容需要解析测试。以“数据转发”报文为例，在物理层就定义了数据的白化处理。通过白化处理可使数据在无线传输过程中，保持0和1的数量大致相等，且随机分布，使载波频率更容易被稳定的锁相，呈现比较好的运行效果。但我们传送的数据往往不符合这种特征，有时会含有较多的0或者1。因此我们使用伪随机编码对原始数据进行白化。数据白化的编码操作方法是：将待发送的用户数据与一组伪随机数按位做“异或”运算。数据白化译码的操作方法是：在接收方也使用相同的伪随机编码进行相同的“异或”运算，即可还原出原始数据。数据白化编码不会增加数据量。

总结：本文以微功率无线通信技术在自动化抄表应用过程中的诸多通信问题为基础，根据微功率无线通信所依照的无线协议，确定了检测指标和测试方案，设计了基于STM32的计量自动化现场通信性能检测装置。本装置采用模块化设计，可满足基于微功率无线通信的用电信息采集系统通信单元的互换互通需求测试。