基于蓝牙无线技术在电表计费中的应用及展望

基于蓝牙无线技术在电表计费中的应用及展望

     1 引言

　　现有的人力手工抄表方式，工作量大，准确度差，且只能一月左右反映一次用电情况，其信息反馈速度相对于电力调度的瞬间操作远远滞后，因而无法实现高低峰的电价应有所不同的要求，使人工抄表方式亟待改革。而目前提出的一些自动抄表方案是将数字电表的用电量信息利用红外传输方式，通过电话线或局域网传输到接收端(如：物业公司或电业管理部门)。此类方案问题有三：(1)家庭中的红外控制信号过多(如：有多种家电遥控器)会干扰数据的准确性，(2)使用电话线传输不可能作到实时，而且接收端所需的Modem池等费用过高，(3)使用局域网传输则限于要重新安装千家万户的入户线和数字信号的远距离传输问题。

　　解决上述问题的关键是找到一种无线或有线的传输方式，并且及时准确地将用电量信息传输到接收端。通过多种方式的比较，用蓝牙技术 (BlueTooth)和有线电视(CATV)设备相结合是一种即能避免出现上述问题又能较好的实现实时控制的方法。即利用蓝牙技术的无线传输、传输距离短(10m之内)和抗干扰性强的特点，先将计费电表的直流信号通过加载的BlueTooth芯片无线传输到CATV线路中的上行信道，通过遍布城乡的 CATV网络，直接传输到物业公司或电业管理的调度部门后，再重新解调出数字信号，便可输入到计算机中完成网上任一用户的电费自动查询，当然，也可以与现有的电费收费网络系统相连接，以及与电网的调度指挥中心相连接成一个完整的用电管理网络。

　　2 BlueTooth的抗干扰特点

　　蓝牙芯片仅为9mm×9mm，目前价格为50元左右，可以直接嵌入数字电表中。其工作采用2400～2483.5MHz的ISM(工业、科学和医学)频段，这是因为该频段内没有其它系统的固定信号干扰，同时频段向公众开放，频段在全球范围内有效。但同时ISM频段作为开放频段，使用其中的任何频段都会遇到不可预测的随机干扰源(如某些家用电器、无绳电话和汽车开门器等)[1]。因此，对外部和其它蓝牙用户的干扰源用不同的技术加以处理。

　　如：采用跳频技术，抗信号衰落;采用快跳频和短分组技术，减少同频干扰，保证传输的可靠性;采用前向纠错(FEC)编码技术，减少远距离传输时的随机噪声影响;采用FM调制方式，降低设备的复杂性等。目前蓝牙技术的传输速率设计为1MHz，以时分方式进行全双工通信，其基带协议是电路交换和分组交换的组合，完全满足电表收费中的实时性的要求。一个跳频频率发送一个同步分组，每个分组占用一个时隙，也可扩展到5个时隙。蓝牙技术还支持一个异步数据通道，或3个并发的同步话音通道，或一个同时传送异步数据和同步话音的通道。异步通道支持最大速率72kbps、反向应答速率为57.6kbps的非对称连接，或者是432.6kbps的对称连接，这样，可根据干扰源情况灵活加以选择。

　　蓝牙技术实现了设备的无连接工作，提供了接入数据网的功能，并且具有外围设备接口，可以组成一个特定的小网(piconet),又称为微微网。蓝牙系统采用基于包的传输：将信息流分片(组)打包，在每一时隙内只发送一个数据包。所有数据包格式均相同，开始为一接入码，接下来是包头，最后是负载。

　　接入码具有伪随机性质，在某些接入操作中，可使用直接序列编码。接入码包括微微网主单元标志，在该信道上，所有包交换都使用该主单元标志进行标识，只有接入码与接入微微网主单元的接入码相匹配时，才能被接收，从而防止一个微微网的数据包被恰好加载到相同跳频载波的另一微微网单元所接收，这样，使楼群间不同用户的信号很容易区别。

　　3 BlueTooth与CATV间的传输

　　CATV作为遍布城乡的宽带网络，其上行信道有5～65M的丰富的频带资源可用，我们采用34.45MHz作为载频。利用安装在用户入线端的蓝牙接口，直接用蓝牙核心协议所定义并提供安全的RF方式发送到物业公司或电业管理的调度部门的接收机，再调制为数字信号至相应计算机中即可。如图所示。

蓝牙技术在电表计费中的应用

　　CATV的无连接特点可以将实时数据在网上随时传输到远程的接收端，这是利用PSTN和LAN网方案所不具有的优势。对于在接收端如何区别来自不同用户的数据信号的问题，我们利用每个主单元标志唯一的特点，虽然网络上的个用户数据传输的载频相同，但在CATV传输时将主单元标志作为识别码来解决。

　　接收端的解调，可用现有的电缆调制解调器完成，但成本较大，这可以通过改造专用的可寻址调制解调器来实现，即改变其相应的晶振和接收电路即可[2]。

　　解调后的数字信号送入基于Windows平台的Oracle数据库中，可以完成相应的数据查询、检索、统计汇总，直接供电力调度部门作为决策依据，以实现真正的计划用电，分时电价的要求。

　　4 展望

　　如果再进一步推广到其他的数字计量设备中，还可将其连接成水费自动查询系统、煤气费自动查询系统、采暖费自动查询系统、家庭安全报警系统……。利用蓝牙技术和CATV结合与红外控制方式相比的最大优势就在于其可形成双向传输，因为CATV也是双向网络，如：用于采暖控制中，若用户暂时无人居住可随时报停，只需在接收端发送指令到指定的蓝牙芯片即可，当然，每户的供暖阀门须改造为可控。