QNMDWYX009微功率无线通信模块技术规范 1220.docx
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QNMDWYX009微功率无线通信模块技术规范1220
Q/NMDW
内蒙古电力公司企业标准
Q/NMDW-YX-009-2012
微功率无线通信模块
技术规范
2011-12-1发布2012-1-1实施
内蒙古电力公司发布
前言
微功率无线抄表是近几年发展起来的一门新技术。
与广泛使用的低压电力线（窄带）载波技术相比，微功率无线技术同样具有安装施工便捷、使用维护方便等优点；同时还具有不受电网中高强度杂波干扰、不受电网负荷剧烈波动影响、不受电网枝杈结构影响等优点；因此结合自动组网和自动路由技术后，显现出良好的实际使用效果。
微功率无线信道还能够提供更宽的信道带宽，以便将来在智能电网中提供更多的服务。
由于微功率无线自组网技术发展的时间不长，国家电网公司在《电力用户用电信息采集系统》系列标准中未能详细描述，内蒙古电力公司特制定并发布本技术条件。
本技术条件与《通信单元技术规范》、《集中器型式规范》、《集中器本地通信模块接口协议》、《采集器型式规范》共同成为微功率无线通信模块的设计、制造、管理、维护的技术依据。
本技术条件由内蒙古电力公司营销部提出并负责解释。
1.适用范围
根据国家电网公司关于电力用户用电信息采集系统建设的指导原则，微功率无线通信技术主要作为公变终端与智能电能表之间的数据传输通道。
微功率无线通信模块必须符合国家电网公司电力用户用电信息采集系统系列标准中Q/GDW375.2中对集中器本地通信模块，以及Q／GDW355-2009和Q/GDW375.3中对电能表通信模块的规定。
本技术条件仅仅规范了微功率无线通信模块的电气、射频、调制、组网等方面的功能和测试检验方法。
为标准叙述的完整性，摘录了国网公司标准文件中的某些部分，并对国网公司标准文件中不够明确、具体的地方做了必要的补充。
本技术条件适用于内蒙古电力公司新订货的，安装于公变终端和单相本地费控智能电能表中的微功率无线通信模块。
2.规范性引用文件
GB/Z21192－2007《电能表外形和安装尺寸》
GB/T17215.211-2006《交流电测量设备通用要求试验和试验条件-第11部分：
测量设备》
GB/T1804-2000 《一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差》
Q／GDW205－2008《电能计量器具条码》
Q／GDW354－2009《智能电能表功能规范》
Q／GDW355-2009《单相智能电能表型式规范》
Q／GDW356-2009《三相智能电能表型式规范》
Q／GDW364-2009《单相智能电能表技术规范》
Q／GDW374.2-2009《电力用户用电信息采集系统技术规范：
集中抄表终端技术规范》
Q／GDW374.3-2009《电力用户用电信息采集系统技术规范：
通信单元技术规范》
Q／GDW375.2-2009《电力用户用电信息采集系统型式规范：
集中器型式规范》
Q／GDW375.3-2009《电力用户用电信息采集系统型式规范：
采集器型式规范》
Q／GDW376.2-2009《电力用户用电信息采集系统通信协议第二部分：
集中器本地通信模块接口协议》
Q／GDW379.4-2009《电力用户用电信息采集系统检验技术规范：
通信单元检验技术规范》
Q／NMDW-YX-002-2012《电能量信息采集与监控终端技术规范》
Q／NMDW-YX-004-2012《公变终端本地通信模块接口协议》
Q／NMDW-YX-010-2012《微功率无线自组织网络通信协议》
3.电能表通信模块技术要求
3.1 单相电能表通信模块外型结构
参照Q/GDW355-2009《单相智能电能表型式规范》附录E，并做如下细化调整：
3.1.1模块插针护脚
模块底部接口插针的护脚高度为5mm。
此举是为了防止插针被碰弯斜；还可以防范外露引脚将静电传导到模块内部，导致内部器件损伤。
插针护脚墙四周应设有一圈凹槽，内凹深度1mm。
该凹槽可与电能表对应位置的凸起良好配合，防止凝露或水滴侵入电能表。
3.1.2引脚高度
一般信号引脚插针高12mm，模块通信地VSS引脚应比其它引脚再高0.5mm，以利于带电插拔过程中模块的安全。
3.1.3指示灯
原收发指示灯的右侧增加一个双色信道指示灯，左侧增加一个端口收发双色指示灯。
（具体功能要求参见3.4部分）
3.1.4产品标签
通信模块必须粘贴产品标签，粘贴处需留有浅坑，确保标签粘贴后与模块正面平齐，不易起翘脱落。
单相表模块的产品标签按下述规定执行，三相表模块的字号可以适当放大。
产品标签应按如下标准编制：
（1）厂家徽标：
区域尺寸不超过14mm*6mm，用于印刷生产厂家徽标。
（2）“微功率无线通信模块”：
黑体，汉字高度为3.5mm。
（3）产品型号：
区域尺寸为30mm*5mm，字体选用“TimesNewRoman”，字体高度为4mm。
模块规格型号由英文字母或数字组成，共9位，由各生产厂家自行定义，报内蒙古电力公司备案。
（4）CMIITID：
区域尺寸为30mm*3.5mm，字体选用“TimesNewRoman”，字体高度为2mm。
填写无线电发射设备型号核准证号码（该核准证由工业信息化部颁发）。
（5）出厂编号：
该区域尺寸为40mm*12mm，，由数字或字母组成，编号方式按内蒙古电力公司标准执行。
（6）生产厂家名称：
该区域尺寸为40mm*4mm，印刷生产厂家全称。
3.1.5插针组位置
插针组在方孔中的位置必须居中，方口的尺寸和定位如图所示。
原载波信号连接处（20*14mm）需实施封闭，并内凹1.5mm。
3.1.6单相模块外型尺寸及公差
单相模块外型尺寸为70*50mm，且必须为负公差：
-0.1~-0.3mm。
同时要求电表外壳的模块仓必须为正公差。
以便通信模块能够顺利安装和拆卸。
图1单相电能表微功率无线通信模块外形图
3.1.7三相模块外型尺寸及公差
参照《Q/GDW356-2009三相智能电能表型式规范》附录F。
三相模块外型尺寸为95*65mm，且必须为负公差：
-0.1~-0.3mm。
模块底部接口插针的护脚高度为6.9mm。
3.2 模块引脚编号及功能定义
根据Q/GDW355-2009《单相智能电能表型式规范》，单相智能电能表微功率无线通信模块的引脚功能定义见图2（a）。
根据Q/GDW356-2009《三相智能电能表型式规范》，三相智能电能表微功率无线通信模块的引脚功能定义见图2（b）。
每个引脚的功能描述见表1。
图2单相表通信模块弱电接口（a）三相表通信模块弱电接口（b）
表1电能表微功率无线通信模块弱电接口引脚功能定义表
单相模块引脚编号
三相模块引脚编号
信号类别
信号名称
信号方向（模块）
说 明
9
18
保留
RESERVED
O
保留
10
17
状态
EVENTOUT
I
事件状态输出引脚。
当电表有重要事件发生时，此脚输出高电平。
模块读取电表运行状态字后，电表将改为低电平输出。
电平上拉电阻在基表（即电能表）侧。
11
15
状态
STA
O
当模块收到地址吻合的数据包后，输出0.2s高电平；模块发送过程中输出高电平，告知表内CPU此时禁止操作继电器。
电平上拉电阻在基表（即电能表）侧，5VTTL电平。
12
16
信号
/RST
I
复位输入（低电平有效）5VTTL电平。
13
14
信号
RXD
I
通信模块接收电能表串行数据（5VTTL电平）。
14
12
信号
/SET
I
MAC地址设置使能；低电平时，方可设置载波模块MAC地址，5VTTL电平。
15
11
电源
VDD
电能表供电电源，直流5V±5%，电流：
50mA。
可用做通信模块数字部分电源。
16
13
信号
TXD
O
通信模块给电能表发送串行数据，5VTTL电平
17、18
9、10
电源
VSS
通信地
19、20
7、8
电源
VCC
电能表供电电源，直流＋11V～＋15V，输出功率：
>1.5W。
可用作通信模块模拟电源。
3.3电能表与模块的通信
1）微功率无线通信模块与电能表通信采用串行异步方式。
2）字符格式：
1起始位，8数据位，1偶校验位，1停止位。
3）端口速率：
在（300,1200,2400,4800,9600）范围可选择；DL/T645–2007的默认波特率：
2400bps，DL/T645–1997的默认波特率：
1200。
4）最大数据包长度L：
<100字节。
3.4模块指示灯
RXD接收指示灯：
红色；当本模块收到合法的空中报文时，红灯闪亮。
TXD发送指示灯：
蓝色；当本模块向空中发送报文时，蓝灯闪亮。
信道指示灯：
红绿双色交替闪烁，循环周期16秒；其中，6秒钟熄灭作为显示周期的起始准备，亮1秒，熄1秒，共10秒。
依次显示5位二进制数，绿色代表0，红色代表1，高位在前，低位在后。
例如：
绿、红、绿、绿、红，表示二进制数01001，对应十进制数9，表示9信道。
端口指示灯：
红绿双色灯；当模块向电能表端口发送命令时亮红色灯；当电能表给模块回数据时亮绿色灯。
3.5模块耗电
3.5.1数字接口电源
电压：
DC+5V±5％，消耗电流：
静态<30mA，发射瞬间<35mA；
3.5.2功放电源
电压：
DC+8V～15V，消耗电流：
静态<5mA，发射瞬间<100mA。
3.6天线
单相电能表模块通常使用内置天线。
三相电能表模块通常使用外置天线。
3.7在线升级
微功率无线通信模块应具有在线升级功能，可在无线模块正常运行状态下，通过无线报文传输升级程序，对无线模块的软件进行升级。
3.8事件上报
微功率无线通信模块须支持异常事件上报。
当电表的EVENTOUT引脚出现高电平后，模块应该立即读取电表的程序状态字，并将异常事件报告给公变终端。
3.9电磁兼容性
微功率无线通信模块安装至智能电能表，其电磁兼容性能应满足Q/GW364-2009《单相智能电能表技术规范》及Q／GDW379.4-2009《电力用户用电信息采集系统检验技术规范：
通信单元检验技术规范》相关条款的要求。
3.10与电能表通信接口的补充通信协议
当微功率无线通信模块由电能表通信接口接收到如下通信帧，需在规定时间（TIME）内持续交替发送无线信号0和1。
通信测试帧：
68AAAAAAAAAAAA680408'J''B'00'K''E''P'CMDTIMECS16
CMD为一个字节BIN，作为类型标识，默认为01H。
TIME为一个字节BIN，作为发送持续时间，单位：
秒。
4 公变终端主抄通信模块技术要求
公变终端主抄通信模块是安装在公变终端上，与电能表通信模块实现通信联络，管理自动组网与路由业务的专用无线通信设备。
4.1外型结构
参照Q/GDW375.2-2009中附录A6.3的设计结构。
关键尺寸有三个：
75,98,65。
图3公变终端微功率无线主抄通信模块外形图
4.1.1信道指示灯
采用红绿双色指示灯。
兼做电源指示，当信道灯亮起或闪烁，标志主抄通信模块供电正常；否则，标志主抄通信模块未供电。
信道表示功能及含义参见3.4节。
4.1.2收发指示灯
红绿双色。
当主抄通信模块收到下属通信模块报文时，红灯闪亮；当主抄通信模块发送报文时，绿灯闪亮。
4.1.3产品标签
公变终端主抄通信模块正面需粘贴产品标签，粘贴处增加浅坑，确保标签粘贴后与模块正面平齐，不易起翘脱落。
具体粘贴位置和字体要求参见示意图。
产品标签应按如下标准编制：
（1）厂家徽标：
区域尺寸不超过18mm*7mm，用于印刷生产厂家徽标。
（2）规格型号：
区域尺寸为30mm*6mm，字体选用“TimesNewRoman”，字体高度为4mm。
模块规格型号由英文字母或数字组成，共9位，由各生产厂家自行定义，报内蒙古电力公司备案。
（3）CMIITID：
区域尺寸为30mm*3.5mm，字体选用“TimesNewRoman”，字体高度为2mm。
填写无线电发射设备型号核准证号码（该核准证由工业信息化部颁发）。
（4）出厂编号：
区域尺寸为40mm*12mm，由数字或字母组成，编号方式需报内蒙古电力公司备案。
（5）生产厂家名称：
该区域尺寸为50mm*5mm，印刷生产厂家全称。
（6）产品名称“微功率无线主抄模块”：
黑体，汉字高度为4mm。
4.2引脚定义
公变终端主抄通信模块与公变终端的接口定义如图4所示，接口管脚定义见表2。
图4公变终端主抄通信模块与公变终端接口引脚图
表2公变终端主抄通信模块与公变终端接口引脚功能定义表
序号
管脚名称
功能描述
1、2
DGND
通信电源，公变终端提供，直流，电压范围12V，最大电流150mA。
DGND引脚比其它引脚长0.5mm。
3、4
D12V
5
DCE_RXD
通信模块接收公变终端的串行数据（5VTTL电平）
6
DCE_TXD
通信模块给公变终端发送串行数据（5VTTL电平）
7
D5V
直流5V电源，静态工作电流50mA，与D12V电源共地；通常由模块提供给公变终端，用于驱动通信接口的隔离光耦。
8
/SET
通信模块MAC或通信地址设置使能，低电平有效；信号有效时，使能无线模块MAC或通信地址设置。
9
/RST
复位输入（低电平有效）
10
NC
空脚（备用）
11、12
空
空引脚，PCB无焊盘设计，连接件对应位置无插针，用于增加安全间距，提高绝缘性能。
13、14
NC
空脚（备用）
15
TD+
以太网发送（差分线）
16
TD-
以太网发送（差分线）
17
RD+
以太网接收（差分线）
18
RD-
以太网接收（差分线）
19
/LED_ACT
以太网应答指示灯，低电平有效。
20
/LED_LINK
以太网链接指示灯，低电平有效。
21、22
GND
系统地，比常规其它引脚长0.5mm。
4.3与公变终端的通信协议
公变终端主抄通信模块与公变终端通信使用异步串行接口。
1个起始位，8数据位，1偶校验位，1停止位；端口波特率9600bps。
接口通信协议遵循Q/NMDW-YX-004-2012《公变终端本地通信模块接口协议》。
4.4电气参数
电源电压：
DC＋12V，消耗电流：
静态<40mA，发射瞬间<150mA。
4.5天线
公变终端主抄通信模块使用外置天线。
4.6支持公变终端自动识别
公变终端主抄模块内含有模块类型码。
类型码的存储格式、读取命令、反馈数据格式遵循Q/NMDW-YX-004-2012《公变终端本地通信模块接口协议》的规定，具备自动识别功能。
无线主抄模块能够被公变终端自动识别。
4.7管理能力
管理的电能表数量1000只。
4.8最大中继深度
最大中继深度不小于7；（含中继模块和目的模块）。
4.9端口通信参数
9600bps；偶校验；8位数据位；1位停止位。
4.10电磁兼容性
主抄通信模块安装至公变终端，其电磁兼容性能应满足Q/GW374.2-2009《集中抄表终端技术规范》及Q／GDW379.4-2009《电力用户用电信息采集系统检验技术规范：
通信单元检验技术规范》相关条款的要求。
5 性能指标
5.1射频特性
5.1.1信道频率
无线数据传输系统工作时使用的频率称为信道频率。
信道频率范围：
470～481MHz；最小信道间隔：
200kHz，频率容差40ppm（即<19kHz）。
每个信道仅使用一个主用频率。
无线抄表系统提供30个数据传输信道。
详见下表：
信道频率列表
信道
频率（MHz）
信道
频率（MHz）
信道
频率（MHz）
1
470.200
11
472.200
21
478.200
2
470.400
12
472.400
22
478.400
3
470.600
13
472.600
23
478.600
4
470.800
14
472.800
24
478.800
5
471.000
15
473.000
25
479.000
6
471.200
16
473.200
26
479.200
7
471.400
17
473.400
27
479.400
8
471.600
18
473.600
28
479.600
9
471.800
19
473.800
29
479.800
10
472.000
20
478.000
30
480.000
微功率无线通信模块的主用频率需与列表一致，其它信道频率可在允许范围内选择，并报内蒙古电力公司核准备案。
5.1.2天线
单相电能表模块通常使用内置天线；三相电能表模块推荐使用外置天线；公变终端主抄通信模块使用外置天线。
5.1.3发射功率
微功率无线通信模块的发射功率须小于50mW
5.1.4接收灵敏度
当空中数据包包长50字节、空中速率10kbps、误包率<5%时，优于－95dBm。
5.2调制解调方式
a）调制方式：
GFSK，调制频偏19kHz
b）空中速率：
10kbps
5.3通讯距离
尽管无线数据传输的距离受很多因素的影响，无线抄表模块两点之间的传输距离应该达到：
>1000米（在开阔地），或
4层楼板以上（在楼内电力竖井中），或
到达邻近的楼门（穿透带有视窗的金属电表箱后）。
在两点间直接通讯的基础上，无线自动组网系统通常还能提供7级自动中继传输能力。
6数据包结构
为了获得比较好的传输效果，在空中传输的数据包通常应该使用（FEC）前向纠错技术和9bit伪随机数异或白化。
空中传输数据包的原则是：
半双工、包间异步、包内同步。
为了保证数据传输的正确性，还要使用CRC差错校验技术。
数据包的基本结构如下：
序号
段名称
字节数
1
位同步
≥12字节
2
同步字
2字节
3
包长度L
1字节
4
报文数据
L字节
5
CRC-16校验字
2字节
其中，CRC-16差错校验码使用的多项式为：
X
+X
+X
+1。
此外，每个数据包后面还应该提供接收本数据包时的信号强度值。
7自动组网
7.1地址管理
电能表端的微功率无线通信模块须具备在本地网络中唯一的地址标识，用于建立中继路由关系。
公变终端主抄通信模块能够在无人工干预情况下，自动管理下属电能表微功率无线模块的中继路由关系。
7.2信道转换
公变终端主抄通信模块能够按照公变终端指令（或自动发起），管理下属电能表微功率无线通信模块的信道频率，从某个信道切换到另一个信道。
7.3冲突避让
微功率无线通信模块需具备载波侦听和冲突避让功能。
7.4自动路由
微功率无线通信模块需实现自动组网和路由自动建立技术，即：
无需人工干预，无线模块之间应该能够自动建立数据传输的路由关系；当路由中的某个中继节点拆除或故障后，系统能够立即自动找到一条新路由；当新节点加入到系统中之后，也能够立即建立新路由。
8测试方法
评价自组网系统性能的主要指标有：
平均抄表时间，组网速度，达到稳态所需时间等几项。
微功率无线通信模块的测试包括：
发射性能测试、接收性能测试、电源消耗测试、自组网功能与性能测试等部分。
附录1CRC-16的多项式C语言程序举例
#defineCRC16_POLY0x8005
UINT16culCalcCRC（BYTEcrcData,UINT16crcReg）{
UINT8i;
for（i=0;i<8;i++）{
if（（（crcReg&0x8000）>>8）^（crcData&0x80））
crcReg=（crcReg<<1）^CRC16_POLY;
else
crcReg=（crcReg<<1）;
crcData<<=1;
}
returncrcReg;
}//culCalcCRC
//----------------------------------------------------------------
//ExampleofUsage
#defineCRC_INIT0xFFFF
UINT8txBuffer={0,1,2,3,4,5};
UINT16checksum;
UINT8i;
checksum=CRC_INIT;//InitvalueforCRCcalculation
for（i=0;ichecksum=culCalcCRC（txBuffer[i],checksum）;
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