引言

在20世紀(jì)的大部分時間，電力公司的抄表員通過挨家挨戶查看電表的機(jī)電式計(jì)數(shù)器來記錄用電量。再到辦公室將記錄的電表讀數(shù)輸入到電力公司的用戶收費(fèi)記錄中。如今，隨著技術(shù)的進(jìn)步，這種勞動密集型的人工抄表操作已經(jīng)逐步被自動抄表(AMR)系統(tǒng)所取代。

在20世紀(jì)90年代早期的AMR市場，電力公司認(rèn)識到AMR的商業(yè)價值，因?yàn)闇p少抄表的員工數(shù)量可節(jié)省費(fèi)用支出。那時，電力公司只需要每月對居民/工業(yè)用戶進(jìn)行一次抄表，因此早期的AMR系統(tǒng)采用近距離方案，仍然需要去電表現(xiàn)場抄表。數(shù)據(jù)流是單向的：從電表到電力公司工作人員持有的抄表器終端。

如今，對AMR的要求已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了節(jié)省抄表成本這一點(diǎn)。現(xiàn)在，電力公司為了更有效地管理他們的資源，正在尋求能在電表與家庭辦公室之間提供即時雙向通信的技術(shù)方案。這正是AMR備受歡迎的原因。AMR在用戶關(guān)系管理(CRM)和避免收入損失方面具有新的優(yōu)勢，AMR的電子式質(zhì)詢-響應(yīng)能力能實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)勢。

電力線通信實(shí)現(xiàn)AMR

為滿足當(dāng)今AMR的通信需要，電力公司正在尋求電力線通信(PLC)技術(shù)。PLC是一種通過電力線傳輸數(shù)據(jù)(音頻、視頻、控制信號等)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

方法。由于PLC具有以下技術(shù)特點(diǎn)，所以電力公司對其很感興趣：

降低基礎(chǔ)設(shè)施成本。PLC系統(tǒng)依靠現(xiàn)有的電力線，不需要構(gòu)建新的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

對邊遠(yuǎn)地區(qū)的覆蓋面比RF方案更廣。

可由管理中心實(shí)現(xiàn)全面控制，降低管理總成本。

防止收入損失。PLC可遠(yuǎn)程監(jiān)控，并檢測電表篡改行為。這有助于控制損失(即防竊電)，以及在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或崩潰時進(jìn)行維護(hù)。

可以集成各種不同服務(wù)和實(shí)現(xiàn)“智能”家電控制。

能遠(yuǎn)程監(jiān)視其它傳感器(火災(zāi)、溫度、入口、出口等)。

記錄每日的用電量，縮短“抄表到收費(fèi)”的時間，以改善財(cái)務(wù)收入狀況。

預(yù)付費(fèi)和繳費(fèi)帳戶自動管理。

實(shí)現(xiàn)按使用付費(fèi)方案。

Maxim的PLC/AMR參考設(shè)計(jì)

Maxim公司提供自動PLC/AMR方案，從應(yīng)用角度看，這是一種類似常見的以太網(wǎng)的組網(wǎng)方法。本參考設(shè)計(jì)基于正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高可靠性、最大傳輸速率為14Mbps的數(shù)據(jù)傳輸。

對于OFDM系統(tǒng)來說，電表監(jiān)視系統(tǒng)(AMR)的要求相對比較容易滿足。每月一次，必須傳輸幾十到幾百字節(jié)的AMR消息。其余大部分時間，通信通道都是閑置的。因此，數(shù)據(jù)速率和數(shù)據(jù)響應(yīng)時間都不是AMR系統(tǒng)中特別重要的因素。相反，可靠性和堅(jiān)固的網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要，事實(shí)證明，OFDM是克服AC線路固有噪聲大這一缺點(diǎn)的最佳方案。

在Maxim參考設(shè)計(jì)中，MAXQ3120電量測量微控制器通過異步串行鏈路以1200bps的數(shù)據(jù)速率與MAX2986 PLC基帶芯片通信。對MAX2986的固件稍加改動，即可通過其內(nèi)部UART進(jìn)行通信，并識別符合DL/T645電表協(xié)議的幀格式。

該參考設(shè)計(jì)必須解決的一個問題是MAC層地址和DL/T645網(wǎng)絡(luò)地址之間的關(guān)系問題。由于DL/T645不具有解析MAC層地址的機(jī)制(IP棧中ARP具有該功能)，所以有兩種應(yīng)對方案：讓主機(jī)跟蹤網(wǎng)絡(luò)和每一個電表的MAC標(biāo)識，或者使MAC地址和網(wǎng)絡(luò)地址之間具有某種固定的關(guān)系。本參考設(shè)計(jì)采用后一種方法。

在本設(shè)計(jì)中，網(wǎng)絡(luò)地址區(qū)域?yàn)榭瞻椎碾姳頃|(zhì)詢相關(guān)的PLC芯片組，要求為其分配地址。作為回應(yīng)，PLC芯片組將MAC地址本身作為有效載荷，發(fā)送一個標(biāo)準(zhǔn)的DL/T645地址設(shè)置消息。這樣，可保證每個電表都有唯一的網(wǎng)絡(luò)地址(只要MAC地址也唯一)。注意，這是電表芯片(MAXQ3120)唯一一次主動發(fā)送消息。

通信按下列步驟進(jìn)行：

主機(jī)PC產(chǎn)生一個請求，并將該請求發(fā)送至外部PLC Modem。

PLC Modem分析該請求，并將DL/T645消息頭中的電表地址轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)MAC。

附有新MAC的以太網(wǎng)信息包通過電力線被發(fā)送出去。

電表接收信息包，并確定消息是發(fā)給自己的。并存儲源MAC地址，以備在響應(yīng)包中使用。

PLC MAC提取有效載荷，并將它發(fā)送給MAXQ3120。

MAXQ3120響應(yīng)請求，將一個信息包送回PLC MAC芯片。

MAC控制器構(gòu)建并發(fā)送以太網(wǎng)信息包，用所存儲的請求包源地址作為響應(yīng)包的目的地址。

主機(jī)PLC Modem接收響應(yīng)包，提取有效載荷，然后將其發(fā)送給主機(jī)PC。

采用該方法，PLC/AMR電表整合了PLC協(xié)議和DL/T645協(xié)議。這種方案避免了必須在電表中同時建立網(wǎng)絡(luò)層地址和MAC地址的限制。