2021-4-9 | 无线通信论文
作者：陈华霖 陈海昆 吴爱军 单位：上海市电力公司松江供电公司
ZigBee无线遥控技术ZigBee是基于IEEE802．15．4协议，工作在2．4GHz和868/928MHz的无线技术。ZigBee在正常工作状态下的发射功率可以控制在μW级，甚至更小，具有低功耗模式，在无数据通信时可以休眠，而从休眠模式切换到数据传送模式的速度非常快。不过由于ZigBee的穿透性能不强，在需要具备很好穿透能力的柱上开关无线遥控装置中，该技术还不理想。433M无线遥控技术433M无线遥控技术是一种FSK和ASK射频技术，FSK使用数字信号去调制载波的频率，是信息传输中使用得较早的一种调制方式;ASK为幅移键控调制，ASK使用不同的幅度表示二进制符号0和1，也可以在ASK中把一个幅度取为0，另一个幅度为非0，也就是人们常说的OOK技术。其主要优点是:抗噪声与抗衰减的性能较好，穿透性能强，成本低，能很好地适用于中低速数据传输场合。基于FSK和ASK技术的433M无线通信技术不仅功耗较低，而且通信距离远，抗干扰能力好，在柱上开关现场通信方面具有特有的优势。
遥控PDA原理与实施遥控PDA装置由遥控PDA终端和控制器内置通信模块部分构成，遥控PDA终端用于杆下手持操作，控制器内置通信模块被安装在柱上开关控制器上。遥控PDA终端由无线接口卡和PDA(掌上电脑)组成;控制器内置通信模块由433M无线传输单元，串行接口，控制器接口单元，休眠唤醒单元，CPU和电源组成，如图2所示。(1)控制器内置通信模块的原理与实现控制器内置通信模块是连接遥控PDA和柱上开关控制器的中介传输模块，内置传输模块的内部原理如图3所示。电源部分连接至控制器的+24V电源侧，使该通信小系统得到电源，经过整流稳压得到两路5V电源和一路3．3V电源，CPU同时侦听着无线传输单元和控制器接口单元，当有数据从无线传输单元发送到CPU，CPU经过解码与再调制后发送到控制器接口单元，控制器接收到数据后执行相应的动作。当有数据从控制器发送到CPU，CPU经过数据解帧的过程后，将数据发送至无线传输单元，以433M无线信号的形式传送至遥控PDA。当控制器进入休眠状态时，为了与控器进行信号的接续，可通过休眠唤醒单元来唤醒处于休眠状态的控制器。(2)遥控PDA终端硬件遥控PDA终端的硬件有两部分组成［如图2(b)所示］:一是PCMCIA接口转433M无线接口卡，一是PDA(掌上电脑)。两者通过PCMCIA接口(PCMCIA是一种用于PDA和笔记本计算机的新的高性能PC卡总线接口标准，传输速度接近于总线的速度，并支持热插拔)连接在一起。PCMCIA无线接口卡插入PDA终端的PCMCIA接口卡槽后，PDA识别到PCMCIA无线接口卡，完成驱动的安装过程，两者就可通过PCMCIA接口交换数据并通信。1)PCMCIA接口转433M小无线接口卡PCMCIA接口转433M小无线接口卡是由PC-MCIA接口模块与无线传输模块构成(如图4所示)，分别设计制作了专用的电路，内部通过串行口进行通信，PCMCIA接口模块将来自PDA的数据转换串行的数据发送至无线传输模块，由无线传输模块通过433M频率的FSK无线信号传输至柱上开关控制器。这是数据发送的传输顺序，而数据接收的传输顺序与数据发送的传输顺序相反。2)PDA(掌上电脑)掌上电脑是接口卡和应用软件的软硬件载体，因此它的硬件配置是至关重要的，该掌机的基本配置由主频为312MHz的CPU，64M的内存，192M的固态硬盘，PC卡接口，触摸屏等组成。并且要求预装WindowMobile5．0系统，还要求电池续航时间达4h以上。开发的掌机应用软件安装在WindowMobile系统上，掌机应用软件通过PCMCIA接口与接口卡交互，接口卡再与柱上开关控制器通信，从而实现了掌机与柱上开关控制器间的通信。(3)遥控PDA终端软件遥控PDA软件是现场终端较关键的部分，掌机终端软件是基于WindowMobile操作系统的嵌入式软件，软件采用面向对象的C#语言和采用具有图形化绘制界面的IDE进行编程［2］，这样使程序设计过程更自然、更直观、理解更加方便、有效的控制复杂性，使维护难度减低并且给软件的扩展提供了支持。掌机终端软件的几个实现模块:串口通信的实现，首页界面功能的实现，开关参数界面功能实现，遥信遥测量界面功能实现，监测事件界面功能实现，波形显示界面功能实现，用户维护界面。现场终端在对柱上开关控制器进行无线操作时，为了保证数据的安全，终端软件在设计是运用了DES的加密方法，这种加密方法特点是分组短、密钥短、运算速度较慢、加密后很难破解。此加密方法非常适合密码生命周期短的场合，所以此方法在现场终端软件中的应用是比较合适的。
功能与特点从软件实现的角度可以分为5大类，①前提参数;②遥控遥信遥测量;③电流三段保护参数;④历史事件;⑤录波数据处理。从应用功能的角度可分为基本功能和特色功能两大块。
基本功能(1)遥控合闸和遥控分闸功能远距离遥控分合闸功能是现场非接触操控的基本需要，也是遥控PDA的基本功能。该功能实现了远距离操控开关，在根本上保证了维护人员在遥控柱上开关时的人身安全。(2)三段保护参数整定功能三段电流保护参数整定功能是遥控PDA的基本功能之一。该功能实现了远距离设置和读取三段保护参数，维护人员在杆下即可维护定时定限/反时限特性，反时限曲线，一段保护值，二段保护值与延时，三段保护值与延时，零序电流保护参数，复归时间，闭锁延时值，重合闸次数，重合闸延时参数等;同时，三段电流保护还要需要(3)历史事件查询功能历史事件查询功能是柱上开柱也遥控PDA的基本功能之一，该功能相于一组柱上开关动作的日志。包括了手动合闸记录，手动分闸记录，自动重合闸记录，整定值修改记录等。方便维护人员随时读取，对柱上开关的现场情况分析判断提供了数据基础。
特色功能(1)故障录波数据的处理功能故障录波数据的处理功能是遥控PDA的特色功能之一，该功能包括波形读取功能，显示功能，数据存储功能。终端软件可以显示三相电流在不同时刻的电流值(A/T波形)，维护人员可以容易的得到故障发生时的数据，可以大致判断故障的原因;还可通过数据线拷贝到PC机，利用专用的分析软件进行分析，为故障的回溯分析提供数据支撑。(2)实时状况查询功能实时状况查询功能包括柱上开关状态监测和负荷电流实时值读取功能。柱上开关状态主要有合闸已储能、合闸未储能、分闸已储能、分闸未储能四种状态，主要的实时数据有零序、A相、B相、C相电流、PT电压值等。对该类数据的读取和了解，可以为整定值修改，开合闸操作提供参考数据。(3)自检功能遥控PDA的终端软件在启动时会对自身相关的硬件进行检测，若有故障会给出相应的提示。