Gömülü sisteme dayalı elektrik gücü kablosuz özel ağ için uzaktan iletişim terminalinin geliştirilmesi
China State Grid Corporation, "üç tip ve iki ağ" inşasını kapsamlı bir şekilde teşvik ediyor. Her yerde bulunan güçlü Nesnelerin İnterneti'nin inşası ve uygulaması, temel görevidir. Bunların arasında, ağ katmanı, güç kablosuz özel ağların ve terminal iletişimlerinin yapımını teşvik etmeye, bant genişliğini artırmaya ve derin bir tam kapsama elde etmeye odaklanır. , Ortaya çıkan iş geliştirme ihtiyaçlarını karşılamak. Çin Devlet Grid Şirketi, Sanayi ve Bilgi Teknolojileri Bakanlığı Radyo Yönetim Komitesi tarafından 223.025 ~ 235.000 MHz bandında toplam 7 MHz'lik 280 ayrı frekans noktası ve 12 ilde ve 14.000 kilometrekareyi kapsayan 31 şehirde 200.000 set terminale erişim için yetkilendirilmiştir. Elektrik otomasyonu "üç uzaktan kumanda", hassas yük kontrolü ve diğer önemli hizmetler, yüksek fiber kurulum zorlukları ve yüksek maliyetlerin olduğu alanlarda iş erişim sorunlarını etkin bir şekilde çözer ve çeşitli, her yerde bulunan, akıllı ve büyük ölçekli elektrik şebekesi terminal ekipmanının erişim gereksinimlerini karşılar. Her yerde bulunan güçlü Nesnelerin İnterneti'nin inşasını ve şirketin gelişimini tam olarak desteklemek.
Elektrik enerjili kablosuz özel ağ, 230 MHz ve 1.800 MHz'lik iki teknik sistemi benimseyebilir.Çin Devlet Grid Şirketi, Sanayi ve Bilgi Teknolojisi Bakanlığı tarafından 230 MHz frekans bandı kaynaklarını kullanma yetkisine sahip olduktan sonra, 1.800 MHz frekans kaynağı prensipte onaylanmayacaktır. MHz teknoloji sistemi, güç kontrol hizmetlerinin ihtiyaçlarını karşılayabilir ve ağ kurma maliyeti düşüktür. Şu anda, 230 MHz teknoloji sistemi, "LTE-G 230 MHz" ve "IoT-G 230 MHz" olmak üzere iki grup güç kablosuz özel ağ standart spesifikasyonuna sahiptir. LTE-G 230 MHz sistem ürünleri pilot doğrulamadan ve IoT-G 230 MHz baz istasyonlarından geçmiştir. Çekirdek ağ ürünleri sertifikasyonu ve gerçek dağıtımı tamamladı. Endüstrinin ilk IoT-G 230 ticari terminal modülü eM600 de Mart 2019'da piyasaya sürüldü. 230 MHz güç kablosuz özel ağ endüstri ekosistemi başlangıçta oluşturuldu ve eksiksiz bir standart ekipman yelpazesi elde edildi. Kimyasal tedarik.
Elektrik enerjisi kablosuz özel ağ uzaktan iletişim terminali, elektrik enerjisi iletimi, dönüşümü, güç dağıtımı ve elektrik tüketiminde yaygın olarak kullanılır ve güç terminali ekipmanının iletişim erişim işlevini gerçekleştirir. Bu yazıda, LTE-G 230 güç kablosuz özel ağ uzaktan iletişim terminali, farklı iş süreçleri ve iletişim arayüzleri ile uyumlu gömülü sisteme dayalı olarak geliştirilmiştir.Terminal performans testi ve iş erişim testi ile terminal çalışmasının kararlılığı ve güvenilirliği doğrulanmıştır.
1 LTE-G 230 MHz iletişim sistemine genel bakış
LTE-G 230 MHz güç kablosuz iletişim sistemi, TD-LTE gelişmiş kablosuz iletişim teknolojisi kullanılarak ve güç işini birleştirerek geliştirilmiş özel bir kablosuz geniş bant iletişim sistemidir.Güç işi için gereken geniş kapsama, geniş kapasite, yüksek güvenilirlik, güçlü güvenlik ve esnekliğe sahiptir. Genişletmesi kolay ve diğer özellikler, güç tüketimi bilgi toplama, güç dağıtım otomasyonu, güç iletimi ve dönüşüm durumu izleme, dağıtılmış enerji, yerinde video izleme, elektrikli araç şarj istasyonları / yığın ve diğer hizmetlerde yaygın olarak kullanılabilir. Sistem, Şekil 1'de gösterildiği gibi temelde 230 telekomünikasyon terminali (230 terminal), baz istasyonları, çekirdek ağlar ve ağ yönetiminden oluşur.
(1) 230 terminal: 230 terminal, yukarı bağlantıdaki baz istasyonu ile iletişim kurar ve aşağı bağlantıdaki güç ekipmanı ile iletişim kurar.Ana arayüzler, iş verileri toplama ve iletimini sağlamak için seri bağlantı noktalarını, Ethernet bağlantı noktalarını, IO bağlantı noktalarını vb. İçerir ve harici olarak bölünmüş kontrol bilgileri dağıtımı vb. Terminal, gömülü terminal ve mobil terminal.
(2) Baz istasyonu: Hava arayüzü üzerinden 230 terminal ile iletişim kurar ve kaynak planlamasından ve erişim kontrolünden sorumludur.Makro kapsama baz istasyonlarına, orta kapsama baz istasyonlarına ve yerel kapsama baz istasyonlarına bölünebilir.
(3) Çekirdek ağ: Hizmet platformu ile kablosuz erişim ağı arasında, hizmet veri iletimi, erişim ağı kontrolü ve yönetimi işlevlerini gerçekleştirir.
(4) Ağ yönetimi: Temel olarak ağ durumu izleme, ağ öğesi yapılandırma yönetimi ve işletim ve bakımını gerçekleştirir.
2 Uzaktan iletişim terminal tasarımı
2.1 Genel mimari tasarım
Uzaktan iletişim terminali, iki bölüme ayrılabilen modüler bir tasarım konseptini benimser: ARM ana kontrol ünitesi ve işleve göre LTE-G 230 iletişim modülü İkisi seri protokol yoluyla iletişim kurar ve yazılım ve donanım Şekil 2'de gösterildiği gibi birbirinden bağımsızdır. Bir yandan, ARM ana kontrol ünitesi, güç ekipmanı ile iletişim kurmak için seri portlar, ağ portları vb. Dahil olmak üzere harici arayüzler sağlar Harici arayüzlerin sayısı ve tipi, "gömülü terminal" ve "harici terminal" tipine göre değiştirilebilir. Seri port, veri ve kontrol için iletişim modülü ile etkileşime girer; iletişim modülü, yukarı bağlantıdaki hava arayüzü aracılığıyla baz istasyonla bir kablosuz iletişim bağlantısının kurulmasını ve sürdürülmesini gerçekleştirir ve seri bağlantı noktası üzerinden downlinkte ARM ana kontrol ünitesi ile veri etkileşimini gerçekleştirir.
ARM ana kontrol ünitesi, ARM Cortex-M4 işlemcisine dayanan 32 bit genel amaçlı bir mikro denetleyici olan yerli gömülü ARM yongası GD32F450'yi kullanır ve program tasarımının farklı bölümlere ayrılabilmesini sağlayan yerleşik gerçek zamanlı çok görevli C / OS III işletim sistemini çalıştırır. Gerçek zamanlı görevler, iletişim terminalinin çoklu görev işleme mekanizmasını gerçekleştirir ve LWIP protokol yığınını destekler, TCP / IP protokol analizini gerçekleştirir. LTE-G 230 iletişim modülü, kendi geliştirdiği "State Grid Core" SGC3103'ü kullanır. Bu çip, 230 MHz frekans bandı için geliştirilmiş bağımsız fikri mülkiyet haklarına sahip ilk yerli çiptir. Esas olarak DSP, dahili eDRAM, Önbellek, çevre birimleri ve ara frekans tarafından işlenir. Fiziksel katman, iş düzlemi ve kontrol düzlemi yazılımını gerçekleştirmek için birimlerden oluşur; radyo frekansı bölümü temel olarak dijitalden analoğa dönüştürme, filtreleme, yukarı dönüştürme ve yukarı yönde temel bant sinyallerinin güç amplifikasyonu ve düşük gürültülü amplifikasyon, aşağı dönüştürme ve aşağı yönde radyo frekansı sinyallerinin aşağı dönüştürme işlevlerini tamamlar. Filtreleme, analogdan dijitale dönüştürme vb.
2.2 Donanım tasarımı
LTE-G 230 uzak iletişim terminal donanımı, Şekil 3'te gösterildiği gibi temel olarak bir ana kontrol ünitesi, bir iletişim modülü, bir güç kaynağı ünitesi ve bir çevresel arayüz ünitesi içerir.
(1) Ana kontrol ünitesi: ARM yongası GD32F450, yerleşik 1 MB kapasiteli Flash, 256 KB kapasiteli SRAM, 4 TTL düzeyi seri bağlantı noktası ve 1 RMII ağ bağlantı noktası. Bunların arasında, seri bağlantı noktası 1 iletişim modülü hata ayıklama seri bağlantı noktası ile iletişim kurar, seri bağlantı noktası 8 iletişim modülü iş seri bağlantı noktası ile iletişim kurar, seri bağlantı noktası 4 uzak iletişim terminal hata ayıklama bağlantı noktasıdır, seri bağlantı noktası 7 güç ekipmanı ile iletişim kurar, çalıştırma ve bakım ve yerinde hata ayıklama, seri bağlantı noktası 4 ve seri bağlantı noktası 7 Bir DB9'u paylaşmak için aynı seri bağlantı noktası DB9 arabiriminin farklı pinlerini bağlayın.
(2) İletişim modülü: DSP işlemcisini, temel bant işlem birimini ve ara frekans işleme birimini entegre eden kendi geliştirdiği "Durum Izgara Çekirdeği" SGC3103'ü benimser İletişim modülünde yerleşik Flash, RF işleme birimi ve 2 TTL seviyesi bulunur. Seri port. Seri bağlantı noktası 1, ana kontrol biriminin hata giderme seri bağlantı noktası 1 ile iletişim kurar ve seri bağlantı noktası 2, ana kontrol biriminin hizmet seri bağlantı noktası 8 ile iletişim kurar.
(3) Güç kaynağı ünitesi: güç girişi, pozitif ve negatif kutupların anti-ters bağlantısı işlevi ile DC 12 V güç kaynağını benimser; dahili EMC koruma modülü, koruma seviyesi EMC4; güç dönüştürme modülü, talep üzerine DC 12 V'yi DC 5 V ve DC 3.3'e dönüştürür V.
(4) Çevresel arabirim birimi: Çevresel arabirimler şunları içerir: Güç iş seri portu RS232. Harici terminaller için, seviye dönüştürme elde etmek için MAX3232 yongası üzerinden ana kontrol ünitesi seri portu 7'ye bağlayın. Gömülü terminaller için, doğrudan ana kontrol ünitesi seri portuna 7 bağlayın , Şekil 3'te noktalı çizgi ile gösterildiği gibi; Hata ayıklama seri portu RS232, seviye dönüşümü elde etmek için MAX3232 çipi üzerinden ana kontrol ünitesi seri portu 4'e bağlanır; Güç hizmeti ağ portu, PHY çip LAN8720Ai aracılığıyla ana kontrol ünitesi RMII ağ portuna bağlanır; JTAG ARM çevrimiçi program hata ayıklama ve programlama işlevlerini gerçekleştirmek için ana kontrol ünitesine bağlı hata ayıklama portu; LED göstergesi, terminal durumu göstergesi işlevi sağlar, seri port ve Ethernet'in veri aktarım durumunu gözlemlemek kolay ve iletişim modülü ağ bağlantı durumu vb .; LTE Anten 50 mikro koaksiyel radyo frekansı konektörü kullanır ve frekans aralığı DC ~ 2 GHz'yi kapsar.
Donanım devresi, 4 katmanlı bir PCB kartı kullanır ve sinyal kalitesini optimize etmek için aynı modül veya yonganın birden fazla veri sinyal hattı için bir grup yönlendirme stratejisi kullanır. Terminale göre, harici ve gömülü terminal donanım devreleri Şekil 4 ve Şekil 5'te gösterilmektedir. Çevresel gereksinimleri ve standart özellikleri kullanın, terminal kabuğunun endüstriyel koruma tasarımını gerçekleştirin, harici terminalin genel yapısı ve gömülü terminal Şekil 6'da gösterilmiştir.
2.3 Yazılım tasarımı
Yazılım tasarımı açısından, iletişim terminali, Şekil 7'de gösterildiği gibi, her biri bir sürücü ve ağ protokol katmanı, bir işletim sistemi katmanı ve bir uygulama yazılımı katmanı içeren ARM ana kontrol ünitesi ve iletişim modülü olmak üzere iki kısma ayrılabilir.
Sürücü ve ağ protokol katmanı, seri bağlantı noktaları, ağ bağlantı noktaları ve GPIO gibi donanımla ilgili sürücüleri sağlar; işletim sistemi katmanı, temel olarak çoklu görev planlama yönetimi, kesinti yönetimi ve bellek yönetimi gibi işlevleri tamamlar. ARM ana kontrol ünitesi, C / OS III işletim sistemini ve iletişim modülünü benimser Grup, Nucleus işletim sistemini benimser; uygulama yazılımı katmanı, temel olarak güç işi tanımlama ve kontrol, AT komut analizi, veri işleme ve G / Ç bağlantı noktası yönetiminin yanı sıra uzaktan yükseltme ve bekçi köpeği çalıştırma ve bakım işlevlerini gerçekleştiren çok görevli modüler bir tasarıma sahiptir. Özellikleri.
Modüler tasarım, veri toplama, uzaktan kumanda, mobil erişim ve video gibi güç hizmetlerinin farklı gereksinimlerine göre uygulama katmanı işlevlerini esnek bir şekilde yeniden tanımlayabilir ve kullanım için uzaktan iletişim terminallerinin "kapsayıcıya alınması" ve hızlı gelişimini gerçekleştirebilir Elektrik bilgisi toplama işini örnek olarak alın ve yazılım işlev tasarımı Şekil 8'de gösterilmektedir. İş kontrol görevi, yoğunlaştırıcı ile iletişim kurar ve AT komut analiz görevleri, G / Ç yönetim görevleri, uzaktan yükseltme görevleri vb. Dahil olmak üzere diğer görevleri yönetir; AT komut analizi görevleri, yoğunlaştırıcının çalışma modunu belirler ve PPP modu, PPP protokolünü ve iletişim modülünü yürütür Etkileşim, durum ızgara modu, TCP / IP protokolünden sonra sanal ağ kartı aracılığıyla iletişim modülü ile etkileşime girer; I / O yönetim görevleri doğrudan iletişim modülü ile veri alışverişi yapar ve iş kontrol görevinden sonra yoğunlaştırıcı ile veri alışverişi yapar ve göstergeyi kontrol eder; Uzaktan yükseltme görevi, verileri iletişim modülünün hava arayüzü aracılığıyla alır ve veri işlemeden sonra ARM ana kontrol ünitesinin ürün yazılımını yükseltir.İletişim modülünün yükseltme verilerinin TCP / IP protokol yığını tarafından ayrıştırılması ve ardından aygıt yazılımı yükseltmesi için iletişim modülüne geri döndürülmesi gerekir; bekçi uygulaması Her alt görevin çalışma durumunun gerçek zamanlı izlenmesi Herhangi bir görevdeki herhangi bir hata, terminali yeniden başlatacak ve hata mesajını bildirecektir.
3 Terminal elektriksel performans testi
State Grid Corporationın kurumsal standardı 230 MHz güç kablosuz iletişim sistemi test spesifikasyonunun gereksinimlerine ve yöntemlerine göre, uzaktan iletişim terminalinin elektriksel performans testi gerçekleştirilir. Ana test içeriği ve sonuçları Tablo 1'de gösterilmiştir. Terminalin elektriksel performansı spesifikasyon gerekliliklerini karşılayabilir.
4 Terminal servis erişim testi
Elektrik tüketimi bilgi toplama hizmetini örnek olarak alın, bu belgede tasarlanan yerleşik uzaktan iletişim terminali için tüketim hizmetinin protokol işlevini ve uyumluluk testini gerçekleştirin Test ortamı Şekil 9'da gösterilmiştir.
Kopyalama ve uzaktan kumandanın doğruluğunu test etmek için adımlar aşağıdaki gibidir:
(1) Tümleşik terminali yoğunlaştırıcıya kurun, ikisi TTL seri portu üzerinden iletişim kurar ve bilgisayar terminali, çekirdek ağa bağlı analog ana istasyonu toplamak için güç tüketimi bilgilerini çalıştırır;
(2) Yoğunlaştırıcıyı açın, uzak iletişim terminalini başlatın, iletişim terminalinin ve sistem tarafının ilgili parametrelerini doğru şekilde yapılandırın ve kablosuz iletişim bağlantısı kurma işlemini tamamlayın;
(3) Analog ana istasyon, bir veri çağırma komutu gönderir ve veri toplama komutunun normal olarak verilip verilmediğini ve Şekil 10'da gösterildiği gibi veri raporunun normal olup olmadığını kaydeder;
(4) Ana istasyon bir kontrol komutu verir, kontrol komutunun normal olarak verilip verilmediğini ve kontrol işleminin etkili olup olmadığını kaydeder;
(5) (3) ve (4) adımlarını sırasıyla 50 kez tekrarlayın ve test sonuçlarını sayın.
Test sırasında kopukluk veya kesinti yoktur Test sonucu,% 100 başarı oranı tek kopya ve% 100 uzaktan kumanda doğruluğudur.
5. Sonuç
Bu makale, yerleşik sisteme dayanan 230 MHz elektrik enerjili kablosuz özel ağı hedefliyor ve bir güç kablosuz özel ağ uzaktan iletişim terminali geliştirdi. İlk olarak, 230 MHz elektrik enerjili kablosuz özel ağın uygulama durumunu özetler ve LTE-G 230 MHz iletişim sisteminin bileşimini ve elektrik güç hizmetlerinin ihtiyaçlarına göre sistemdeki iletişim terminallerinin rolünü sunar; ardından, genel mimari tasarım temelinde, donanım Yazılım, uzak iletişim terminalinin tasarımını ve işlev geliştirmesini tanıttı; son olarak, terminal elektrik performansı testi ve kullanım ve edinme iş işlevi testi gerçekleştirildi. Test, bu belgede tasarlanan uzak iletişim terminalinin standart spesifikasyonun performans endeksi gereksinimlerini karşılayabildiğini, elektrik gücü kablosuz özel ağın iletişim gereksinimlerini karşılayabildiğini ve kullanım ve edinme iş işlevsel testini geçtiğini göstermektedir. Takip çalışmaları, çeşitli güç hizmetlerinde telekomünikasyon terminallerinin taşıma kapasitesini doğrulamak için diğer performans indeksi testlerinin yanı sıra güç dağıtım iş protokolü ve uyarlanabilirlik fonksiyonel testlerini gerçekleştirmeye devam edecektir.
Referanslar
Zhao Honghao, Bi Qinggang, Lu Bin, vb. Akıllı şebekede elektrikli kablosuz özel ağın yenilikçi uygulaması Elektrik gücü bilgi ve iletişim teknolojisi, 2019, 17 (1): 110-115.
Wang Jiye, Zhao Dongyan, Yuan Yidong ve diğerleri.Güç kablosuz özel ağda spektrum algılamaya dayalı SDR teknolojisi.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2017, 43 (4): 102-106.
Lu Chao, Zhao Gaofeng, Ma Tao, vb. Elektrik enerjisi işi için LTE kablosuz özel ağ iletişim terminalinin tasarımı ve uygulaması Elektrik Mühendisliği, 2018 (5): 27-31.
Yan Chengchao. LTE230 tabanlı güç kablosuz iletişim özel ağ analizi. İletişim güç teknolojisi, 2018, 35 (7): 169-170.
Li Fei, Wang Hongxi, Yang Peng ve diğerleri.Elektrik bilgi toplama sisteminin kablosuz özel ağ ve kablosuz genel ağ iletişim teknolojisinin karşılaştırmalı analizi.Hebei Electric Power Technology, 2017, 36 (4): 5-8.
Cai Gen, Zhang Jianming, Yang Dacheng. 230 MHz ve 1.8 GHz TD-LTE Elektrik Enerjisi Özel Ağında Araştırma. Yazılım, 2015, 36 (12): 83-88.
Chen Lizhi, Zhang Hong, Zhang Shuhua, vb. 230 MHz kablosuz özel ağ terminal çipinin tasarım teknolojisi üzerine araştırma Digital Communication World, 2016 (9): 325-333.
Wang Yubo, Zhang Shuhua, Zhao Dongyan 230MHz güç frekans bandı için özel LTE temel bant çipinin tasarımı.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2015, 41 (1): 46-49.
yazar bilgileri:
Wang Xingtao, Zhao Xunwei, Fu Haixuan, Li Jinan, Ding Gaoquan, Wu Qing, Li Wenjing
(State Grid Information and Communication Industry Group Co., Ltd., Beijing 102211)
