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Simulink でのメーターの自動読み取り

この例では、Simulink® および Communications Toolbox™ を使用して、メーターが出力する Standard Consumption Message (SCM) 信号または Interval Data Message (IDM) 信号を処理することにより、公共事業メーターを読み取る方法を示します。ファイルから記録されたデータを使用するか、RTL-SDR 無線機または ADALM-PLUTO 無線機を使用してリアルタイムに無線信号を受信できます。

必要なソフトウェアとハードウェア

ファイルから記録したデータを使用してこの例を実行するには、次のソフトウェアが必要です。

  • Simulink

  • Communications Toolbox™

信号をリアルタイムで受信するには、以下の SDR デバイスのいずれかと、対応するサポート パッケージ アドオンも必要です。

  • RTL-SDR 無線機と対応する Communications Toolbox Support Package for RTL-SDR Radio

  • ADALM-PLUTO 無線機と対応する Communications Toolbox Support Package for Analog Devices® ADALM-PLUTO Radio

Communications Toolbox でサポートされる SDR プラットフォームのすべてのリストについては、"ソフトウェア無線機 (SDR) 情報ページ" のサポートされているハードウェアの節を参照してください。

はじめに

公共事業メーターを読み取るための SCM/IDM 信号方式と AMR 技術の概要については、MATLAB® のメーターの自動読み取りの例を参照してください。

受信機モデルの構造

次のブロック線図は、受信機の構造をまとめています。処理には 4 つの主要な部分があります。信号ソース、物理層、メッセージ パーサー、およびデータ ビューアー。

信号ソース

この例では、3 つの信号ソースを使用できます。

  1. ''File'': ファイルに書き込まれ、1.0 Msps でBaseband File Readerブロックを使用して読み取られる無線信号

  2. ''RTL-SDR 無線機'': 1.0 Msps のサンプル レートの RTL-SDR 無線

  3. "ADALM-PLUTO 無線機": 1.0 Msps のサンプル レートの ADALM-PLUTO 無線

"RTL-SDR" または "ADALM-PLUTO" を信号ソースとして割り当てる場合、例は、指定した無線機 (無線アドレス '0' の RTL-SDR 無線機または無線アドレス 'usb:0' の ADALM-PLUTO 無線機のいずれか) のコンピューターを検索し、その無線を信号ソースとして使用します。

物理層

信号ソースから受信したベースバンド サンプルは物理層 (PHY) によって処理され、SCM 情報または IDM 情報を含むパケットが生成されます。この図は、物理層の受信処理を示しています。

RTL-SDR 無線機は 225-300 kHz または 900-2560 kHz の範囲のサンプリング レートを使用でき、ADALM-PLUTO 無線機は 520 kHz-61.44 MHz の範囲のサンプリング レートを使用できます。1.0 Msps のサンプリング レートは、マンチェスター符号化されたデータ ビットごとに十分なサンプル数を作成するために使用されます。ホッピング パターンの各周波数では、すべての AMR データ パケットが送信されます。周波数ホッピングは、時間の経過ともに信頼性を向上することができます。すべてのパケットが各周波数ホップに送信されるため、この例では 1 つの周波数を監視するだけで十分です。無線機の中心周波数は、全区間のシミュレーション ランタイムに対して 915 MHz に調整されます。

受信した複素数サンプルは、振幅の抽出により振幅復調されます。オン-オフ キーをもつマンチェスター符号化は、ビット選択ブロックにクロック リカバリが含まれることを意味します。このブロックの出力はビット シーケンス (送信でのアイドル時間を無視) であり、引き続き既知のプリアンブルについて確認されます。プリアンブルが一致すると、ビット シーケンスがさらに復号化されます。そうでない場合は、破棄され、次のシーケンスが処理されます。

ビット シーケンスで既知の SCM プリアンブルが検出された場合、受信したメッセージ ビットは 2 ビット 誤りまで修復可能な短縮された (255,239) BCH 符号を使用して復号化されます。既知の IDM プリアンブルが検出された場合、受信機はメーターのシリアル番号と、Packet type (5 番目のバイト) から始まるパケット全体の巡回冗長検査 (CRC) を実行して、パケットが有効かどうかを検証します。有効な修正されたメッセージが、AMR メッセージ パーサー上で渡されます。

メッセージ パーサー

有効なメッセージの場合、次にビットが IDM または SCM 形式の特定のフィールドとして解析されます。この例では、SCM 形式と IDM 形式の両方を解析できます。

データ ビューアー

データ ビューアーでは、復号化した SCM または IDM メッセージがユーザー インターフェイスに表示されます。正常に復号化された SCM/IDM ごとに、商品の種類、メーター ID、消費情報および取得時間が表示されます。データが取得され復号化されるたびに、アプリケーションでは、これらのメッセージから復号化された情報が表形式で一覧表示されます。表には、一意のメーター ID と最新の消費情報のみが表示されます。

また、メーター ID を変更して、ユーザー インターフェイスを使用してテキスト ファイルのログ記録を開始することもできます。

  • Meter ID - 既定値の 0 は、検出されたすべてのメーターを表示するために予約されています。特定のメーターの ID を入力して、そのメーター ID の測定値のみを表示できます。

  • Log data to file - 復号化したメッセージを TXT ファイルに保存します。保存されたデータは後処理で使用できます。

次の図は、ユーザー インターフェイスに表示されるメーターの測定値を示しています。

その他の調査

この例に付属するデータ ファイルには、1 つのメーターの測定値しかなく、915 MHz の中心周波数で取得されています。RTL-SDR または ADALM-PLUTO 無線機を使用して、この例を住宅街で長時間にわたって実行すると、複数のメーターの測定値が表示されます。

AMRSimulinkExampleApp アプリを使用して、AMR 信号をさらに調査できます。このアプリでは、実行時間の設定、信号ソースの選択、無線機の中心周波数の変更、メーターの測定値を記録するための実行を行うことができます。

参考文献

参考

外部の Web サイト