CN109991480A - M-Bus信号仪表在有意辐射干扰下的检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及信号仪表质量检测领域，具体为一种M‑Bus信号仪表在有意辐射干扰下的检测装置及方法。解决了M‑Bus仪表在施加有意干扰时，如何准确检测的技术问题。所述装置包括信号监测模块、辐射干扰模块和控制模块；所述辐射干扰模块由控制模块控制并用于向待检测M‑Bus信号仪表发射干扰电磁波，所述信号检测模块用于实现RS‑232/485信号与M‑Bus信号的转换，包括用于连接待检测M‑Bus信号仪表和控制模块的信号转换器以及用于屏蔽电磁波对信号转换器造成干扰的屏蔽箱。本发明提供了一种M‑Bus信号在有意干扰下，能保证测试环境的可靠性和准确性的技术。本发明利用电磁屏蔽技术，在很大程度上排除了被测仪表通信线的受干扰问题，能够准确地按照试验意图进行M‑Bus信号仪表的故障诊断。
Description
技术领域
本发明涉及仪器仪表质量检测领域，具体为一种M-Bus信号仪表在有意辐射干扰下的检测装置及方法。
背景技术
日常生活中人工抄表这一看似经济的数据采集方式的弊端日益暴露，抄表工作量大，且不可避免的误抄时有发生，这无疑将给使用者带来不必要的麻烦。采用现代通讯方式进行集中抄表，足不出户就能够拿到及时准确的计量数据。M-Bus是为了满足各种测量仪表联网和远程抄表的需要而开发的一种现场总线，可用于水表、电表、气表、热表等仪表的自动抄表，目前在智能计量仪表领域已取得了广泛的应用，并已成为欧洲标准。在我国，目前已被国家建设部纳入行业标准。
但是，现代社会随着工业及信息产业发展，周围环境处处充斥着电磁杂讯，对于M-Bus仪表来说，在强电磁辐射环境下，M-Bus信号通信是否正常是作为判断该仪表能够正常工作的重要指标之一，因此需要提供专用的测试场地和环境对其进行验证。一般需要在半电波暗室内进行标准的测试程序，电波暗室内所产生的符合测试要求的有意电磁波会对M-Bus仪表本身干扰，因此，在对被测设备进行射频电磁场辐射抗扰度试验时，需要对设备的输入和输出信号进行实时监测和分析，并且需要通过必要的手段区分有意干扰对设备本身和信号传输介质的影响程度。
目前，对于被测设备带有M-Bus通信线的，通常会增加有意干扰的耦合路径，将M-Bus信号仪表的引线引到电波暗室外，然而增加引线可能把部分高频辐射引到暗室外，对工作人员产生辐射，同时，由于增加了引线长度，严格的说已经改变了设备的物理结构，这样并不能很好的满足试验条件。因此非常需要一种能够在电磁辐射干扰状态下对M-Bus仪表进行准确检测的装置及方法。
发明内容
本发明提供了一种M-Bus仪表在有意辐射干扰下的检测装置及方法，主要解决以下问题：
（1）M-Bus仪表在施加有意干扰时，即模拟仪表在真实的电磁干扰工作环境下工作时，需提供一种在线监测仪表能否正常工作的方法。
（2）M-Bus仪表的通信线在受到有意干扰时，会影响正常的通信信号的传输，因此需要经过采取一定的办法，排除有意干扰对通信介质的影响，还原被测设备真实的响应情况。
本发明所述M-Bus仪表在有意辐射干扰下的检测装置是采用以下技术方案实现的：一种M-Bus信号仪表在有意辐射干扰下的检测装置，包括信号监测模块、辐射干扰模块和控制模块；所述辐射干扰模块由控制模块控制并用于向待检测M-Bus信号仪表发射干扰电磁波，所述信号检测模块用于实现RS-232/485信号与M-Bus信号的转换，包括用于连接待检测M-Bus信号仪表和控制模块的信号转换器以及用于屏蔽电磁波对信号转换器造成干扰的屏蔽箱。
本发明所述装置通过信号监测模块向待检测M-Bus信号仪表发送相应的信号指令，同时接受仪表反馈的信号并将信号输入至控制模块；辐射干扰模块用于模拟外部干扰电磁场，并在控制模块的控制下调整干扰电磁场的场强，以更好的模拟不同的电磁干扰环境；屏蔽箱则用于保护信号转换器免受辐射干扰模块发射的电磁场的干扰，以保证存在电磁干扰的情况下，还能够准确的接收待检测仪表所发送的信号，以保证检测结果的精确性。
进一步的，信号转换器包括通过光纤相连接的第一部分和第二部分，第一部分连接控制模块，第二部分连接待检测M-Bus信号仪表且第二部分放置于屏蔽箱内；第一部分用于实现RS-232/485信号与光信号的转换，第二部分用于实现光信号与M-Bus信号的转换；所述辐射干扰模块包括级联的信号源、功放组、天线组以及定向耦合器，信号源通过控制模块控制；所述控制模块采用工控机。
信号转换器第一部分的上行方向是把从RS232接口接收到的数据进行转换，然后经过驱动电路传送到光纤接口电路的发送端，在发送端先要将其转换成光信号，其物理连接是光纤，其上的传输是基于光脉冲通信方式，送到信号转换器第二部分；第一部分的下行方向是光纤接口的接收端将接收到的信号由光检测器还原成电信号，电信号经过转换电路进行转换，传送到RS-232/485接口电路发送给上位PC机。因此，信号转换器第一部分连接工控机的RS232接口。信号转换器第二部分和第一部分类似，光信号数据发送、接收、调试的过程也是使用的光发射器和光接收器，只不过是将光信号转换为M-Bus信号。
进一步的，还包括视频采集控制模块；所述视频采集控制模块包括用摄像头和远程控制器，并且有三角架和墙架组成；采用德国PONTIS公司的Cam8摄像头和Con4102远程控制器，摄像头Cam8的可以承受200V/m场强。通过远程控制器可远程操控以调整角度和焦距。
视频采集控制模块负责摄像头视频信号采集，视频信号经过采集后显示于软件中并自动记录于电脑硬盘，另外此模块还可以进行角度控制、焦距调整。
本发明所述M-Bus仪表在有意辐射干扰下的检测方法是采用以下技术方案实现的：一种M-Bus信号仪表在有意辐射干扰下的检测方法，包括如下步骤：
（1）将待检测M-Bus信号仪表放置于半电波暗室内，天线组、屏蔽箱以及摄像头均位于半电波暗室内；
（2）在工控机的界面输入待检测M-Bus仪表表号，根据行业标准CJ/T 188《户用计量仪表数据传输技术条件》规则生成串口读取数据命令串，添加校验和字节，并同时配置串口号、波特率、帧格式参数；
（3）通过工控机设置所需场强，并通过天线向待检测M-Bus信号仪表发射设定好场强的干扰电磁波；
（4）此时测试从指定频点频率开始，工控机自动发送读取数据命令字符串，M-Bus信号仪表接收字符串后进行累加和校验，判断是否建立正常，并返回结果字符串；
（5）工控机接收待检测M-Bus仪表输出的字符串，并对其对进行解析，得到具体数值，工控机内置软件自动绘制频率为横坐标，M-Bus仪表的所测物理量的数值为纵坐标的曲线图；
（6）判断目前测试频点是否结束，如果没结束，则返回到第（3）步，继续检测下一频点；当所有频点测试完毕后退出测试，并结合曲线图对实验结果进行判断。
采用上述方法，可以在设定的场强下精确检测待检测仪表的状态，保证检测结果的准确性。
进一步的，在试验过程中，可以用远程控制器调整摄像头方位和焦距，对准被测M-Bus信号仪表进行辅助监测，若M-Bus信号仪表有闪屏、黑屏现象可以直接观测到，结合步骤（5）中的曲线图可方便试验结果的判断。
本发明有益效果：（1）本发明提供了一种M-Bus信号在有意干扰下，从而真实模拟被测设备的工作环境，保证测试环境的可靠性和准确性的方案。
（2）本发明利用了电磁屏蔽技术，在很大程度上排除了被测仪表通信线的受干扰问题，能够准确地按照试验意图进行M-Bus信号仪表的故障诊断。
（3）本发明能够自动记录检测数据和生成报告，实现全自动检测和判定，有利于实现全面的技术整合和质量管理。
附图说明
图1为信号监测模块的结构图，Tx表示光纤接口数据发送，Rx表示光纤接口数据接收。
图2为此装置的原理图。
图3为此装置的实际配置图。
图4 为M-Bus信号仪表（水表）的监测流程图。
图5 为M-Bus信号仪表（水表）的测试结果曲线。
具体实施方式
本发明所述装置主要分为四大模块：视频采集控制模块、信号监测模块、辐射干扰模块和控制模块。控制模块为基于PC的控制单元，实际使用的是工控机，主要用于软件控制和信息交互；辐射干扰模块由信号源、场强探头、射频切换开关、天线组、功放组和定向耦合器等设备级联构成；视频采集控制模块分为两个屏蔽摄像头和一台远程控制器，主要负责摄像头视频信号采集，视频信号经过采集后显示于软件中，并且将视频存储于电脑硬盘，另外此模块还可以进行角度控制、焦距调整；信号监测模块包含信号转换器和屏蔽箱，如图1所示，屏蔽箱防止信号转换器的第二部分受到有意干扰。
信号转换器主要实现RS-232/485信号到M-Bus信号的转换功能，由两部分构成，第一部分用于实现RS-232/485信号与光信号的转换，该部分先将串口信号转变为TTL电平，再通过驱动电路将信号转为光信号传输。所用模块为串口转光纤模块，型号为UT-277SM，它支持两个数据信号的传输：发送数据和接收数据，同时还提供了RS-232/485的数据传输自动使能控制电路，零延迟转换时间，所有的串行口都是接线柱连接，光纤的连接通过两个ST接口，两根光纤的数据传输方向相反。
第二部分用于实现光信号与M-Bus信号的转换，该部分现将光信号转换为TTL电平，再通过转换电路将TTL电平转换为M-BUS信号。所用模块为光纤转M-Bus模块，它也支持两个数据信号的传输：发送数据和接收数据，同时数据传输为零延迟转换时间。M-Bus信号采用接线柱连接，支持电压压差为直流36V±3%。光纤的连接同样采用两个ST接口，两根光纤的数据传输方向相反。
实际的试验配置图如图3所示，M-Bus被测仪表试验时置于半电波暗室内，其他控制和辅助设备置于控制室内。辐射系统通过信号源产生一定频率信号，经过功放放大信号并经过同轴电缆输出到天线，通过产生符合测试要求的场强施加到M-Bus信号仪表，M-Bus信号被测仪表通过信号转换器连接到工控机，其中信号转换器的第二部分置于屏蔽箱里，摄像头作为另一种监测手段，通过图像方式在试验中查看被测仪表所受的影响。屏蔽箱采用铝材料制成，内置吸波材料，光纤接口为ST接口，外部ST接口与信号转化器第一部分连接，内部ST接口与信号转化器第二部分连接。
此装置的频率范围为26MHz~6GHz，场强范围为≤30V/m，该均匀场在规定的区域内75%的场强满足0dB~6dB范围，校准好的场强校准表存储于软件中，校准表中包含信号源输出电平、天线的前向功率和场强信息。
试验开始时，按照图4的流程图完成试验过程。以水表为实施例1进行说明。
首先，在软件界面输入M-Bus水表表号，根据行业标准CJ/T 188《户用计量仪表数据传输技术条件》规则生成串口读取数据命令串，添加校验和字节，并同时配置串口号、波特率、帧格式等参数。
添加测试模板，测试模板中已将硬件设备依次镜像到软件中，并且根据频率、功率范围进行组合配置，设备间再通过射频切换开关单元建立了有效链接。
设置所需场强，软件自动调取校准表，并根据软件内置公式计算信号源输出电平，功放为100%增益输出，建立所需场强。
此时测试从指定频点频率开始，工控机自动发送读取数据命令字符串，水表接收字符串后进行累加和校验，判断是否建立正常，并返回结果字符串。
工控机接收字符串，并对其对进行解析，得到具体数值，软件自动绘制频率为横坐标，水表当前累计流量为纵坐标的曲线图，如图5所示。
判断测试频点是否结束，如果没结束，则返回到第5步（取待检测的下一个频点频率），继续检测下一频点。当所有频点测试完毕后退出测试。在此试验过程中，可以用远程控制器调整摄像头方位和焦距，对准被测M-Bus信号仪表进行辅助监测，若M-Bus信号仪表有闪屏、黑屏等现象可以直接观测到，结合曲线图可方便试验结果的判断。
Claims (7)
1.一种M-Bus信号仪表在有意辐射干扰下的检测装置，其特征在于，包括信号监测模块、辐射干扰模块和控制模块；所述辐射干扰模块由控制模块控制并用于向待检测M-Bus信号仪表发射干扰电磁波，所述信号监测模块用于实现RS-232/485信号与M-Bus信号的转换，包括用于连接待检测M-Bus信号仪表和控制模块的信号转换器以及用于屏蔽电磁波对信号转换器造成干扰的屏蔽箱。
2.如权利要求1所述的 M-Bus信号仪表在有意辐射干扰下的检测装置，其特征在于，信号转换器包括通过光纤相连接的第一部分和第二部分，第一部分连接控制模块，第二部分连接待检测M-Bus信号仪表且第二部分放置于屏蔽箱内；第一部分用于实现RS-232/485信号与光信号的转换，第二部分用于实现光信号与M-Bus信号的转换；所述辐射干扰模块包括级联的信号源、场强探头、射频切换开关、天线组、功放组以及定向耦合器，信号源通过控制模块控制；所述控制模块采用工控机。
3.如权利要求2所述的 M-Bus信号仪表在有意辐射干扰下的检测装置，其特征在于，所述屏蔽箱采用铝材料制成，内置吸波材料，屏蔽箱上设有作为光纤接口的ST接口，ST接口包括内部ST接口和外部ST接口；外部ST接口与信号转化器第一部分连接，内部ST接口与信号转化器第二部分连接；屏蔽箱设有连接M-Bus信号的接口，通过两线接线柱连接，并且不分极性。
4.如权利要求2或3所述的 M-Bus信号仪表在有意辐射干扰下的检测装置，其特征在于，还包括视频采集控制模块；所述视频采集控制模块包括用于观察M-Bus信号仪表显示屏动态的摄像头和远程控制器；所述摄像头通过远程控制器远程操控以调整角度和焦距。
5.一种M-Bus信号仪表在有意辐射干扰下的检测方法，采用权利要求4所述装置实现，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将待检测M-Bus信号仪表放置于半电波暗室内，天线组、屏蔽箱以及摄像头均位于半电波暗室内；
（2）在工控机的界面输入待检测M-Bus信号仪表表号，根据行业标准CJ/T 188《户用计量仪表数据传输技术条件》规则生成串口读取数据命令串，添加校验和字节，并同时配置串口号、波特率、帧格式参数；
（3）通过工控机设置所需场强，并通过天线向待检测M-Bus信号仪表发射设定好场强的干扰电磁波；
（4）此时测试从指定频点频率开始，工控机自动发送读取数据命令字符串，M-Bus信号仪表接收字符串后进行累加和校验，判断是否建立正常，并返回结果字符串；
（5）工控机接收待检测M-Bus仪表输出的字符串，并对其对进行解析，得到具体数值，工控机内置软件自动绘制频率为横坐标，M-Bus仪表的所测物理量的数值为纵坐标的曲线图；
（6）判断目前测试频点是否结束，如果没结束，则返回到第（3）步，继续检测下一频点；当所有频点测试完毕后退出测试，并结合曲线图对实验结果进行判断。
6.如权利要求5所述的M-Bus信号仪表在有意辐射干扰下的检测方法，其特征在于，在试验过程中，可以用远程控制器调整摄像头方位和焦距，对准被测M-Bus信号仪表进行辅助监测，若M-Bus信号仪表有闪屏、黑屏现象可以直接观测到，结合步骤（5）中的曲线图可方便试验结果的判断。
7.如权利要求5或6所述的M-Bus信号仪表在有意辐射干扰下的检测方法，其特征在于，步骤（3）中，工控机内置软件自动调取校准表，并根据软件内置公式计算信号源输出电平，功放为100%增益输出，建立所需场强的干扰电磁波。
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