1、一、数 据采集方式介绍 近几年数据信息采集系统的快速发展和广泛应用， 得益于通讯技术的不断进 步， 目前已形成有线通讯和无线通讯齐头并进的发展模式， 根据各自特点分别在 不同领域的信息采集系统建设中得到了广泛应用， 主要有 RS485 方 式、 CAN 总线 方式、 网络宽带、 电力 载波方式、 远程无线方式 （GPRS 、3G ） 、 短距离无线方式 （2.4Gzigbee 、 433 小无 线、 wifi、蓝 牙 ） 等， 各种通讯方式均有特点的应用环境， 在具体选用时要充分考虑系统应用的环境特点及未来发展扩展需求。 1.1 485 方式 RS485 有两线制和四线制两种接线， 四线制只能
2、实现点对点的通信方式， 现 很少采用，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方 式 为 总 线 式 拓 朴 结 构 ， 传输距离一般在12km 以下为最佳， 如果超过距离加“中继“可以保证信号不丢失， 而且结点数有限制， 结点越多调试起来稍复杂， 是目前使用最多的一种抄表方式， 后期维护比较简单。常见用于串行方式，经济实用。 1.2 MBus 方式 2 线制抄表方式（通过窃电方式可以从总线取电），传输距离在4km 以下 ， 带结点数不超过300， 易于排错， 可以拓扑结 构布线， 对外提供电源 ， 通讯稳定 。 传输速率：300Bps9600Bps； 总 采集 中心 485 总 线 方 式 M
3、Bus 总 线 方 式 CAN 总 线 方 式 宽 带 网 络 方 式 电 力 载 波 方 式 远 程 无 线 方 式 短 距 离 无 线 方 式 1.3 CAN 方式 最高速度可达1Mbps，在传输速率50Kbps 时，传输距离可以达到1 公里。 在10Kbps 速率时，传输距离可以达到5 公里。一般常用在汽车总线上，可靠性 高。 1.4 ADSL 方式 基于TCP/IP 或UDP 协议，将抄表数据发送到固定ip，利用电信/网通现有 的布线方式， 速度快， 性能比较可以， 缺点是不适合在野外，设 备费用投入较大， 对仪表通讯要求高。 1.5 电力载 波方 式 利用现有电力线， 通过载波方式将
4、模拟或数字信号进行高速传输的技术。 由 于使用坚固可靠的电力线作为载波信号的传输媒介， 因此具有信息传输稳定可靠， 路由合理、 可同时复用远动信号等特点， 不需要线路投资的有线通信方式， 但是 开发费用高， 调试难度大， 易受用电环境影响， 通讯状况用户的用电质量关系紧 密。 1.6 远程无 线方式 以移动或联通的现有网络为基础，通过TCP/IP 或UDP 协议，将数据发送到 固定IP 中，其特点是无线方式，通讯费用低。缺点是如果网络不稳定将导致通 讯不正常， 适合于实时性不高的产品。 但网络覆盖面全， 基本市区各地都能正常 的进行通讯 1.7 短距离 无线 方式 基于免费频段，传输距离不超过
5、1km，不需要第三方支持，开发难度适中， 但是通讯可靠性一般，极易受外界环境干扰。 1.8 各类通 讯方 式的对比 类型 可靠性 抗干扰性 开发难度 前期投入 维护费用 传输距离 双工通讯 485 方式 高 强 低 低 低 1-2KM 是 MBus 方式 高 强 中 中 低 4KM 以下 是 CAN 方式 高 强 高 高 高 1-5KM 是 电力载波 中 中等 高 高 高 500M 是 GPRS 方式 中 中等 中 中 低 无限制 是 无线方式 低 低 中 中 低 1KM 是 网络抄表 高 高 中 中 低 无限制 是 二、常 用通讯方案 介绍 2.1 RS485 通讯 RS-485 总线为我们
6、所熟 知的布线方案， 它广泛的应用在通讯距离为几十米到 上千米的系统中。 RS-485 采用平衡发送和差分接收， 因此具有抑制共模干扰的能 力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至 200mV 的电压，故 传输信号能 在千米以外得到恢复。 RS-485 采用半双工工 作方式，任何时候只能有一点处于 发送状态， 因此， 发送电路须由使能信号加以控制。 RS-485 用于多点 互连时非常 方便，可以省掉许多信号线，应用 RS-485 可 以联网构成分布式系统。在实际应 用上具有以下特点： RS-485 总线方式可跨越 变压器区间。 有很强的抗干扰能力， 可靠性高， 相较与其他新兴的各种抄表手段在
7、通讯速 率及误码方面都有很强的优势。 施工方面的投入主要是在线材上面，成本可以控制的非常低。 传输距离在 1-2KM 都能正常通讯， 不用担心各种恶劣天气、 变频技术带来的 各种通讯问题。 RS485 通讯方式在数据 采集应用上有着通讯抗干扰强、 稳定可靠、 传 输速率 高、 成本投入较低的明显优势， 在集中数据采集应用上是首选方式， 但对于采集 范围大且分散的应用， 施工布线将成为系统实施的最大障碍， 主要是施工和后期 维护的难度， 随着施工技术及线缆材质的不断发展进步， 在合理的施工设计和通 讯线缆安全保护下， 对于 RS485 方式上存在的 施工难度的问题将会逐步降低并最 终解决。 2.
8、2 无 线通讯 无线通讯技术的快速发展， 是数据采集系统又多了一种通讯方式的选择。 按 目前的无线通讯技术的实际应用效果来看， 短距离无线抄表技术已经成为了数据 采集系统的传统通讯方式的有效补充， 因无线通讯容易受到物体阻挡及其他无线 干扰， 其应用范围受到了大大的限制， 在实际应用中无法得到大面积的推广， 只能在特点环境下使用或者与其他通讯方式相结合使用， 目前使用最多的无线传输 方式主要有小无线（350MHZ 和 430HZ ）和 2.4Gzigbee 无线技术，诸 如 WIFI 和 3G 技术在抄表系统应用中无法发挥其自身特点，一般不作为抄表系统的首选。 短距离无线传输方式具有以下特点：
9、 安装施工方便，减少了施工布线的人工及材料投入，施工难度较低。 维护方便，较少了对线路排查的工作量及难度。 抗干扰性差，易受天气和其他无线电影响。 误码率高，传输频繁时容易丢数据，无法满足数据高实时性的要求。 传输不稳定， 易受其他 物体阻挡， 距离无法控 制， 信号衰减明显，安 装 位置有特定要求。 传输速率较低， 仅适用于低速率传输的电子设备之间使用， 无法实现大 数据量的一次性传输。 需要外置天线， 且天线的位置需现场测试安装， 损坏或变换位置后将严 重影响通讯效果。 无线通讯电路工作需提供电源， 传输实时性高的需要外接电源， 一般 5V 或 12V，如实时性不高 可使用大容量锂电池供电
10、。 无线通讯最大优势是安装方便灵活且易维护， 但其在数据传输上抗干扰性差、 传输速率低、 安全性和可靠性较差的特点， 使其在数据信息采集应用上受到了很 大制约， 尤其在大中型企业用能信息采集系统的建设上， 无线通讯方式的应用将 受到很大的制约， 其自身存在的抗干扰差、 易受周围环境影响、 传输可靠性低的 特点将无法满足用能数据采集的实时性和稳定性的要求。 另外无线通讯方式进行 数据传输时消耗供料较大， 目前对于数据传输实时性较高的用能数据采集系统来 讲， 使用电池供电将无法满足应用要求， 如果使用外接电源供电， 将又产生电源 选择及施工布线问题， 同时无线通讯的安全性和集成性问题会成为企业管理
11、信息 化建设的一大障碍。 2.3 电 力载波通讯 电力载波通讯即 PLC ， 是英文 Power line Communication 的简称。 电力载波 是电力系统特有的通信方式， 电力载波通讯是指利用现有电力线， 通过载波方式 将模拟或数字信号进行高速传输的技术。 最大特点是不需要重新架设网络， 只要有电线，就能进行数据传递。电力线载波通讯具有以下特点： 配电变压器对电力载波信号有阻隔作用， 所以电力载波信号只能在一个配电 变压器区域范围内传送。 三相电力线间有很大信号损失(10dB-30dB) ， 一般电力载波信号只能在单相电 力线上传输。 不同信号耦合方式使电力载波信号的损失不同，耦合
12、方式有线- 地耦 合，线- 中线耦合。线- 地耦合 方式与线- 中线耦合方式相比，电力载波信号少损失十几分 贝，但线- 地耦合方式不是所有地区的电力系统都适用。 电力线自身的脉冲干扰，加大了应用难度。 电力线对载波信号有高削减。当电力线上负荷很重时，线路阻抗可达 1 欧姆以下，造成 对载波 信号的高削减。 实践中 ，当电力线空 载时， 点 对点载波信号可传输到几公里以外， 但当电力线上负荷很重时， 只能传 输几十米。 因此， 需要进一步提高载波信号功率来满足数据传输的要求， 但提高载波信号功率会增加产品的成本和体积， 而且， 单一提高载波信 号功率往往并不是最有效的方法。 电力线上有高噪声。
13、电力线上接有各种各样的用电设备， 阻性的、 感 性 的、 容性的； 有大功率的、 小功率的。 各种用电设备经常频繁开闭， 就 会给电力线上带来各种噪声干扰， 而且幅度比较大。 用耦合电感从电力 线上耦合下来的噪声一般就在 10mV 以上， 而 一般传输的数据信号会削 减到 1mV ，如不采用电 力线专用 modem 芯片 来解调数据信号，通信距 离会相当短。 电力线可使数据信号变形。 电力线是一个分布参数的网络， 不同点对数 据信号影响不一 样，同 时电力线是时刻 动态变 化的，不同 时间对数 据 信号影响也不一样， 这就使发出的规则数据信号， 经过电力线后， 发 生 严重变形，必须加以特殊处理。 电力载波其优点是可以利用电力线传输， 节省资源。 但抗干扰问题较难解决。 国外公共电力网相当纯净， 有专门滤波系统， 能保证数据在传输过程中不受外界 干扰。 而我国电网在传输过程中经常会受无线电信号、 电磁信号、 脉冲信号的干 扰， 导致传输数据错码、 丢码。 尤其是目前企业用电大功率动力设备多且使用了大量的变频技术， 导致企业内部用电质量较差， 产生的干扰因素较多， 再一问题 是在上位设备接收端要同时处理多个发送信息， 这些信息相互混迭， 必须通过特 定方法提取。因此，电力载波抄表系统目前在我国无法做到大面积推广应用。
