摘要
本文主要介绍了无线传感器网络应用在低压电力用户用电信息采集的技术实现方案，包括系统概述，组网方式，组网结构，设计依据，方案特点，技术要求符合，系统优点，并与其它信息采集技术做了对比，简述了传 统 技 术 的 缺 陷。
关键词：无线传感器网络，中心协调点，路由节点
无线传感器网络是一个自动组织的网络，非常适合底层感知数据的采集，做为物联网的核心技术，实现了物与物之间的无线实时数据传输。无线传感器网络系统优点：自动组网，自动路由，自动修复 现场安装简单；抄表成功率高达到99.5％；国家无委会将模拟电视的470-510MHz频段释放用于民用计量专用抄表频道,干扰少 ；节点异常自动上报，方便现场维护；跳频抗干扰。以上海桑锐电子科技有限公司使用自有技术研发的无线自组网系统为例，该系统具有上电即用，自动组网，自动路由数据，自动修复路径，自动跳频抗干扰功能。使用硬件看门狗，保证系统不会死机，可以实现的功能：
1）. 自动入网。上电后，节点可以自动寻找网络入网
2）. 自动登记信息。节点入网后，自动将自己的信息上报到网络中心协调点
3）. 数据透明上报。节点收到接口数据后，将数据透明发送到集中器，兼容各种协议
4）. 数据透明下发。网络中心协调点收到集中器的接口数据，可以将数据透明下发到指定的节点，兼容各种协议
5）. 数据自动路由。中间节点收到数据，会自动继续转发
6）. 自动修复路径。自动节点原来的路径不通时，可以寻找新的路径连接网络
7）. 抗干扰。系统可以在工作频率受到干扰时，跳到另外的信道继续工作
8）. 工作模式灵活。系统可以设置为调试模式和抄表模式两种组网方式
9）. 系统可以组成16级网络，每个节点下面可以带8个节点，网络容量巨大
10）. 网络中心协调点串口连接为TTL方式，波特率9600，8位数据，1个停止位，1个校验位，偶校验方式。
11）. 路由节点串口连接为TTL 方式，波特率1200/2400/9600可选，8 位数据，1 个停止位，1个校验位，偶校验方式。
12）. 路由节点串口的数据收发每次不超过150个字节。
系统网络结构
系统由两部分组成：网络中心协调点和路由节点。
网络中心协调点是网络的中心点，由它建立网络负责对网络的管理和维护。路由节点自动搜索网络，加入网络后，可以对网络的数据进行转发。
低压电力集抄方案具体阐述
1． 低压电力集抄无线传感器网络系统技术方案
1.1、系统概述
1.1.1、系统组成
本系统是符合国家电网公司标准的低压电力用户用电信息采集系统，系统结构分为三层。
主站层：
用户用电信息采集管理信息系统--Management Information System。包括信息采集和收费管理的软件系统及相关硬件。
智能小区物业管理：小型管理软件。
供电公司：省网主站（由供电公司统一提供）。
通信信道层：
为主站与现场设备之间的通信桥梁。本系统采用GPRS-Internet。
采集设备层：
本系统分为三层结构：由集中器、采集器、电能表(RS-485电能表或微功率无线智能电表)组成。
同智能集抄系统配合的微功率无线自组网模块有两类：中心节点模块和路由节点模块(或称为子节点模块)。
中心节点模块用来安装在集中器上； 路由节点模块用来安装在采集器或无线智能电表上。
组网方式一: 集中器+采集器 适用电表密集环境
应用方法: 485电表连接到采集器, 再通过采集器加装的无线模块将数据传输到集中器。
组网方式二：集中器+采集器+无线电表 适用电表部分密集,部分分散环境
应用方法： 485电表连接到采集器, 再通过采集器加装的无线模块将数据传输到集中器。无线智能电表则直接通过智能电表加装的无线模块将数据传输到集中器。
组网方式三：集中器+无线电表 适用电表分散环境
应用方法：无线电表直接通过无线模块将数据传输到集中器。
1.1.2、组网结构
本系统的通信网络结构也分为三层：主站到集中器、集中器到采集器或微功率无线智能电表、采集器到485电表或脉冲表。
第一层为集中器到主站（管理中心），采用GPRS-Internet远程公网技术。
充分利用已有的成熟网络资源，不受地域环境影响，可实现跨区域的远、近程联网。日后可方便地接入位于任一地域的收费管理中心。
第二层采用无线传感器网络，施工简便、低维护、稳定可靠、施工快、省费用。
采用无线通信方式避免施工中的布线，显著减少工程量、加快工程进度。由于采用自组网络技术，无线网络的建立由系统自动完成，减少设计时间，降低施工、调试难度，加快工程进度。自组网技术结合高穿透、高稳定度中、低频段无线通信技术，同时利用自组网技术中的网络优化、自修复、自弥合技术实现网络的高度健壮性、高可靠、低维护。
高通信速率有助日后功能扩展。
第三层采用广泛应用的RS-485总线或无线传感器网络。
485电能表产量大，加之电表集中安装，公用一组采集器可大幅节约成本。
微功率无线智能电表是在国网2009认定规格并进行首次招标的多功能电表上加装 微功率无线自组网模块：路由节点模块(或称为子节点模块)。
2.设计依据
《供配电系统设计规范》 GB50052-95
《低压配电设计规范》 GB50054-95
《建筑物电电子信息系统防雷技术规范》 GB50343-2004
《多功能电能表通讯协议》 DL/T645-1997
《电力用户用电信息采集系统功能规范》 Q/GDW373-2009
《电力用户用电信息采集系统形式规范》 Q/GDW375-2009
《电力用户用电信息采集系统通信协议》 Q/GDW376-2009
等国家、部委、国网公司和地方有关低压集抄相关标准及协议。
3.方案特点
本方案的技术特点是采用了自组网无线通信技术为主体的三级网络结构。特点：
1、 抄表成功率高
按照国网公司及电力部的技术要求抄表成功率依次为：
高：专线→无线→电力线载波：低。
2、 施工简便
便捷：自组网无线→小无线→电力线载波→有线（需布专用线缆）：困难
3、 低维护量
低：自组网无线→小无线、电力线载波→有线（线路维护困难、成本高）：高
4、 稳定可靠
高：有线→自组网无线→小无线→电力线载波（受时段和环境变化影响大）：低
自组网无线由于具有网络自修复、自弥合和跳频抗干扰等一系列技术，其稳定性处于较高水平。
5、 施工快
快：自组网无线→小无线、电力线载波→有线：慢
小无线和电力线载波调试周期长，影响工程验收。
6、 省费用
低：自组网无线（设计、调试快）→小无线→电力线载波→有线（专线）：高
7、 无线系统：穿透能力
强：无线传感器网络系统（470M）→ZigBee、Bluetooth、WiFi（2.4G）：弱
8、 开放网络
470MHz抄表频段（免费），其它– 收费服务。
4.技术要求符合
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序号 |
检验项目 |
型式检验 |
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1 |
结构 |
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2 |
功能和性能 |
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3 |
数据传输信道 |
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4 |
通信协议一致性 |
√ |
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5 |
电源影响（电源断相、电压变化） |
√ |
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6 |
功率消耗 |
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7 |
接地故障能力 |
√ |
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8 |
连续通电稳定性 |
√ |
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9 |
高温 |
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10 |
低温 |
√ |
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11 |
电压暂降和短时中断 |
√ |
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12 |
工频磁场抗扰度 |
√ |
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13 |
射频电磁场辐射抗扰度 |
√ |
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14 |
射频场感应的传导骚扰抗扰度试验 |
√ |
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15 |
静电放电抗扰度 |
√ |
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16 |
电快速瞬变脉冲群抗扰度 |
√ |
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17 |
阻尼振荡波抗扰度 |
√ |
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18 |
浪涌抗扰度 |
√ |
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19 |
绝缘电阻 |
√ |
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20 |
绝缘强度 |
√ |
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21 |
冲击电压 |
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22 |
机械振动 |
√ |
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23 |
湿热 |
√ |
5. 传 统 技 术 的 缺 陷
当前国内无线数传的使用，大多以点对点传输和人工指定路径的路由方法，有以下一些缺陷：
点对点传输只能组成星状结构，其传输范围限于模块的有效通讯范围之内，其距离比较有限；
人工指定路径的路由方法在无线信号的变坏或者节点损坏的情况下，路径不能及时更新，其通信效果在稳定性和可靠性方面存在明显不足；
安装维护不方便，为配合人工指定的路径不得不反复调试其放置位置；如果某个无线模块损坏，没有办法发现和定位, 带来不便。
6．相关技术标准
国家电网公司企业标准 Q/GDW 373 - 2009
北京市电力公司企业标准Q/GDW 02 1 5401—2010 集中器技术条件，微功率无线通信模块技术条件
山东电力集团公司集中抄表终端（三层无线方式集中器）订货技术规范
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