摘要：本文介紹了數(shù)字電臺(tái)在自來水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)調(diào)度系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)、安裝和使用。數(shù)字電臺(tái)利用數(shù)字信號(hào)處理、糾錯(cuò)編碼和數(shù)字調(diào)制解調(diào)等技術(shù)，克服了模擬電臺(tái)在使用中出現(xiàn)的丟失數(shù)據(jù)包頭、誤碼率高以及通信經(jīng)常中斷等缺點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用表明用數(shù)字電臺(tái)代替模擬電臺(tái)的方案可大大提高系統(tǒng)的通信的穩(wěn)定性和可靠性，為管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了一種較好的選擇方案。 關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集;數(shù)字電臺(tái);數(shù)字信號(hào)處理;數(shù)據(jù)通信;管網(wǎng)監(jiān)測(cè)調(diào)度系統(tǒng) Application of Digital Radio in Tap Water pipe-network Detection Dispatcher System WU Jie1, FENG Dongqing2 （1Hefei water supply company, Hefei, China, 230011; 2College of Electrical Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou, China ,450002） 【Abstract】In this paper, the design , installment and application of digital broadcasting station in tap water pipe network detection dispatcher system are narrated. The shortcomings of analog broadcasting station such as losing heads of data frames, high error rate , frequent communication interrupt and so on are overcome by digital broadcasting stations which make use of the technology of digital signal processing, error correction code and digital modulation or demodulation. Practical application indicates the design which replaces analog broadcasting stations with digital one has enhanced the stability and reliablity of the correspondence of the system greatly and offered a better choice for pipe-network pressure monitoring system. 【Keywords】data sampling; digital broadcasting station; digital signal processing; data communication; pipe network detection dispatcher system 1 緒論 數(shù)傳電臺(tái)是無線數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)的簡(jiǎn)稱[1]。用無線數(shù)傳電臺(tái)方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視與控制，相對(duì)于架設(shè)專用電纜（或光纜）、租用電信專線等，具有造價(jià)低廉、施工快捷、運(yùn)行可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)傳電臺(tái)分為模擬數(shù)傳電臺(tái)和數(shù)字?jǐn)?shù)傳電臺(tái)?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)大部分自來水公司的遙控遙測(cè)電臺(tái)使用的是模擬數(shù)傳電臺(tái)。模擬數(shù)傳電臺(tái)價(jià)格便宜，應(yīng)用較廣。但是在實(shí)際應(yīng)用中，它的通信很不穩(wěn)定，經(jīng)常丟失數(shù)據(jù)包頭，誤碼率高，有時(shí)甚至造成通訊中斷。分析其原因，模擬數(shù)傳電臺(tái)是用調(diào)頻模擬車載電臺(tái)加MODEM芯片改制的，不是專業(yè)的數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品，而是工作于230MHz數(shù)傳頻段的對(duì)講機(jī)。用這種電臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)確實(shí)不可靠，原因是有二個(gè)根本性的問題不能解決：PTT控制發(fā)射時(shí)延（100ms以上）帶來前導(dǎo)數(shù)據(jù)字符丟失和調(diào)頻靜尾噪聲帶來的多余字符干擾，特別是在高速數(shù)據(jù)傳輸或收發(fā)轉(zhuǎn)換快的應(yīng)用中，如接PLC等，經(jīng)常發(fā)生故障。針對(duì)上述問題，本文研究利用數(shù)字電臺(tái)代替模擬電臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，為解決上述問題提供了一個(gè)較好的選擇方案。數(shù)字電臺(tái)是數(shù)字式無線數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)的簡(jiǎn)稱。即采用數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字調(diào)制解調(diào)，具有前向糾錯(cuò)、均衡軟判決等功能的無線數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)。數(shù)字電臺(tái)選用的是深圳華夏盛WDS系列產(chǎn)品，該系統(tǒng)已經(jīng)在合肥供水集團(tuán)應(yīng)用，效果很好。經(jīng)過一年多運(yùn)行，沒有發(fā)現(xiàn)任何故障。 2 無線數(shù)傳系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 自來水調(diào)度部門對(duì)無線數(shù)傳系統(tǒng)提出了下列四項(xiàng)要求:：（1）自動(dòng)巡檢多子站的水壓數(shù)據(jù)。（2）向水司調(diào)度中心實(shí)時(shí)傳送管網(wǎng)水壓運(yùn)行參數(shù)。（3）對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，并送入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行保存。（4）對(duì)過去的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，并以報(bào)表、曲線等方式進(jìn)行顯示和分析。 3 數(shù)字電臺(tái)的特點(diǎn)及主要技術(shù)指標(biāo) 3.1 數(shù)字電臺(tái)的特點(diǎn) （1） 采用了DSP技術(shù)，自適應(yīng)均衡，前向糾錯(cuò)技術(shù)，速率達(dá)到19200bps。電臺(tái)在工作穩(wěn)定性、傳輸可靠性、抗干擾性、傳輸速率和傳輸距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過模擬數(shù)傳電臺(tái)。 （2） 無線系統(tǒng)的安裝實(shí)施快,投資見效快。電臺(tái)無需特別編程設(shè)置,任何常見異步通信協(xié)議都可以使用。 （3） 適宜在惡劣的環(huán)境條件下使用。電臺(tái)要求溫度、電源工作范圍寬，尤其是在干擾嚴(yán)重,傳輸路徑阻擋的環(huán)境下表現(xiàn)優(yōu)異。 （4） 具備網(wǎng)管功能:實(shí)現(xiàn)空中遠(yuǎn)程設(shè)置系統(tǒng)內(nèi)其它電臺(tái)參數(shù)如串口格式、發(fā)射功率、工作頻率等，也可以實(shí)現(xiàn)空中遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)其它電臺(tái)狀態(tài)如工作電壓、工作溫度、接收信號(hào)強(qiáng)度、信噪比、誤碼率、狀態(tài)告警等。 3.2 數(shù)字電臺(tái)技術(shù)指標(biāo) 1、工作頻段[2]：130～174MHz（1710型）/220～240MHz（2710型）/330～512MHz（4710型）/800～960MHz（9710型）/2.4～2.4835GHz（24810 型）。頻段選擇原則是：低頻段繞射能力強(qiáng)，通訊距離遠(yuǎn)，如果頻率允許的話，盡量選擇低頻段產(chǎn)品；高頻段抗干擾能力強(qiáng)，繞射能力弱，適宜電磁干擾復(fù)雜而較平坦的地區(qū)。當(dāng)?shù)皖l段較擁擠時(shí)，選擇高頻段。 2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳輸，一級(jí)或多級(jí)中繼組網(wǎng)。 3、工作方式：支持單工,半雙工,全雙工等方式,話音和數(shù)據(jù)兼容,提供對(duì)講通話。 4、傳輸距離：50公里以上（開闊無阻擋）。 5、傳輸速率：19200bps。 6、物理接口：標(biāo)準(zhǔn)EIA-232，通信速率可從300到38400bps可調(diào)，完全透明傳輸，無需RTS、CTS等流控信號(hào)，無需專用的通信軟件。 7、調(diào)制方式：CPFSK。 8、信道間隔：12.5KHz/25KHz。 9、發(fā)射功率：100mW～5W連續(xù)可調(diào)/25W選配。 10、誤碼靈敏度：-111dBm以上（誤碼率BER≤10E-6）。 11、收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間：3ms。 12、休眠電流：小于18mA。 13、頻率穩(wěn)定度：±1.5ppm。 14、狀態(tài)和錯(cuò)誤指示：LED狀態(tài)指示，包括電源，載波，發(fā)射數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)和各種故障報(bào)警。 15、短路保護(hù)：有。 16、工作溫度：-30℃～+60℃，工作時(shí)：-40℃～+70℃。 17、相對(duì)濕度：95%，40℃，無冷凝。 18、供電方式：電臺(tái)工作時(shí)電壓為10.5～16VDC,發(fā)射電流為1.5A,接收電流為125mA。 19、尺寸:5.08＊14.29＊18.4CM。 20、重量:約1公斤。 21、提供電臺(tái)參數(shù)設(shè)置軟件和網(wǎng)管軟件。 4 無線數(shù)傳系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)由遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集終端（RTU）、無線通訊電臺(tái)和監(jiān)測(cè)調(diào)度中心三個(gè)部分組成。其組成框圖如圖1所示。圖中TXD表示數(shù)據(jù)發(fā)送（數(shù)據(jù)離開功能塊）的端子，RXD表示數(shù)據(jù)接收（數(shù)據(jù)進(jìn)入功能塊）的端子，GND表示地。 數(shù)字電臺(tái)為無線數(shù)據(jù)傳輸提供雙向透明通道,電臺(tái)一般為標(biāo)準(zhǔn)RS232接口，支持300～38400bps速率，可以設(shè)置各種校驗(yàn)方式和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的異步格式。對(duì)于新使用的電臺(tái),一般只需設(shè)置收發(fā)頻率、發(fā)射功率及串口速率。 5 無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕M網(wǎng)方式 本系統(tǒng)的通訊原則是主站通信覆蓋范圍以內(nèi)的采用主站直接與從站通信，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式，這是最基本的通訊方式，如圖1所示，相當(dāng)于將一條上位機(jī)與終端之間的連接線用兩臺(tái)無線電臺(tái)替代。實(shí)際應(yīng)用中最常用的組網(wǎng)方式是點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)組網(wǎng)方式，如圖2所示，主站以輪詢（Polling）方式依次向RTU1,RTU2,……發(fā)命令。RTU接收到命令后開始采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，立即把數(shù)據(jù)發(fā)向主站。主站以輪詢方式接收來自RTU的數(shù)據(jù)。當(dāng)時(shí)間超過某設(shè)定時(shí)間后，RTU仍未收到主站命令，RTU自動(dòng)將采集到的數(shù)據(jù)存放于自身的存儲(chǔ)器中，以便以后補(bǔ)采。由于存儲(chǔ)器容量不大，所以數(shù)據(jù)存放時(shí)間有限，一般不超過七天。 需要說明的是，主站使用輪循方式時(shí)，輪循周期T（秒）或系統(tǒng)容量N（個(gè)）取決于單點(diǎn)的數(shù)據(jù)量D（bit）、電臺(tái)傳輸速率S（b/s）和電臺(tái)收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間t（秒），它們之間有如下關(guān)系： T≈N＊（D/S+t） 在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，還采用了一種組網(wǎng)方式即中轉(zhuǎn)（一級(jí)或多級(jí)）。這是因?yàn)闊o線電波的傳播基本為直線傳播，低頻段有一定繞射能力。電波在傳播過程中會(huì)引起損耗，在無阻擋情況下，主要是自由空間的傳播損耗，但通信路徑上有障礙物時(shí)，還會(huì)引起阻擋損耗，嚴(yán)重阻擋時(shí)（如遇山脈或天線附近有高大建筑物），接收端將無法正常接收，所以應(yīng)盡量避免在山丘和高大建筑物背后設(shè)站；如遇該情況，可采用中轉(zhuǎn)方法解決，如圖3所示。在這種通訊方式中，中轉(zhuǎn)站起到橋梁溝通的作用，主站命令通過中轉(zhuǎn)站傳達(dá)到分站，分站采集的數(shù)據(jù)通過中轉(zhuǎn)站回饋給主站。 6 天線 對(duì)于數(shù)傳電臺(tái)通信來說，天線的選擇和安裝顯得尤為重要[3]。主站為全向天線，以覆蓋各方向分布的子站。子站為定向天線，對(duì)準(zhǔn)主站天線。通過計(jì)算確定中心站和各遠(yuǎn)方站天線高度。確定適當(dāng)?shù)奶炀€高度就是要保證中心站對(duì)各遠(yuǎn)方站有良好的通信效果。最理想的情況是，收發(fā)之間直視傳輸，但站距較長(zhǎng)或有障礙物的站段，勢(shì)必存在困難，那就要通過測(cè)試和計(jì)算來確定最佳天線高度。做到既節(jié)省建設(shè)投資，又滿足傳輸要求。一般情況下，應(yīng)力求不在負(fù)余隙情況下傳輸，但特殊站段，傳輸受障礙物輕度阻擋也可允許，原則是保證足夠的收信電平。 7 中心調(diào)度室設(shè)備配置及功能 中心調(diào)度室是本系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，它包括一臺(tái)主計(jì)算機(jī)和兩臺(tái)服務(wù)器。主計(jì)算機(jī)自動(dòng)巡回監(jiān)測(cè)各測(cè)壓點(diǎn)的水壓[4]。對(duì)采集到的各子站數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、加工，并送到相應(yīng)主數(shù)據(jù)庫進(jìn)行保存，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，并以報(bào)表、曲線、文字等方式進(jìn)行顯示打印。主機(jī)管理兩臺(tái)服務(wù)器，其中一臺(tái)顯示各個(gè)點(diǎn)被測(cè)參數(shù)，比如管網(wǎng)壓力等。另一臺(tái)以地圖方式顯示各個(gè)測(cè)壓點(diǎn)的地理位置及工作狀態(tài)。 8 電臺(tái)軟件和附件 為安裝調(diào)試方便，深圳華夏盛公司除提供手持終端外，還可提供RTU模擬器，話音模塊和話音手機(jī)，這對(duì)測(cè)試無線設(shè)備的運(yùn)行是非常有用的。此外還可提供接口變換器組件以及診斷軟件配合PC機(jī)完成設(shè)備遠(yuǎn)程診斷功能。 華夏盛手持終端與電臺(tái)的診斷口連接,可對(duì)電臺(tái)的基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,如頻率、功率、數(shù)據(jù)格式等。 也可現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試電臺(tái)的接收信號(hào)強(qiáng)度、信納比等參數(shù)。裝有深圳華夏盛電臺(tái)設(shè)置軟件的PC機(jī)也可以對(duì)電臺(tái)進(jìn)行設(shè)置。華夏盛 InSite 6 網(wǎng)管軟件可遠(yuǎn)程對(duì)電臺(tái)的基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，頻率除外。 RTU模擬器安置在電臺(tái)內(nèi)部,可用華夏盛電臺(tái)設(shè)置軟件把它打開、關(guān)閉并編號(hào)。用華夏盛的通信測(cè)試軟件可與RTU 模擬器通信。華夏盛 InSite 6網(wǎng)管軟件可以遠(yuǎn)程將RTU模擬器打開，關(guān)閉并編號(hào)。 華夏盛外接話音模塊和手機(jī)可提供遠(yuǎn)程站與主站之間的話音通信。 深圳華夏盛電臺(tái)設(shè)置軟件，華夏盛通信測(cè)試軟件，華夏盛 InSite 6 網(wǎng)管軟件為通信系統(tǒng)的安裝測(cè)試提供了極大的方便。 9 應(yīng)用 該系統(tǒng)在合肥供水集團(tuán)安裝使用，至今已經(jīng)運(yùn)行有一年多時(shí)間，電臺(tái)工作穩(wěn)定，傳輸可靠，沒有出現(xiàn)過故障。 10 結(jié)論 用數(shù)字電臺(tái)代替模擬電臺(tái)組建自來水遙控遙測(cè)無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，減少了維修人員的勞動(dòng)量，降低了生產(chǎn)成本，值得推廣使用。 參考文獻(xiàn) 1 郭梯云、劉增基等. 數(shù)據(jù)傳輸. 人民郵電出版社, 1998年10月 2 信息產(chǎn)業(yè)部無線電管理局. 中華人民共和國(guó)無線電頻劃分規(guī)定. 人民郵電出版社 3 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局. 數(shù)傳電臺(tái)通用規(guī)范. 中國(guó)人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16611-1996 4 王洪臣.城市污水處理廠運(yùn)行控制與維護(hù)管理. 北京科學(xué)出版社, 1999:473-539 基金項(xiàng)目：河南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（0511010800） 作者簡(jiǎn)介: 吳 杰 （1970－） 男,合肥供水集團(tuán)技術(shù)處， 碩士，工程師，研究方向：計(jì)算機(jī)智能系統(tǒng)。 馮冬青 （1958－） 男，鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院，教授，研究方向：計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)。 （1合肥供水集團(tuán)，合肥，230011; 2鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院，鄭州，450002）