CN101694739A - 一种双通道多功能电能信息采集器及其通讯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及双通道多功能电能信息采集器及其通讯方法，其组成包括RS485通道抄表模块、MCU模块、电力载波模块、无线模块和存储器，RS485通道抄表模块与MCU模块连接，具备无线信息发射和无线信息接受功能的无线模块接入MCU模块，电力载波模块也接入MCU模块。由RS485通道抄表模块采集数据，对电能表输出的信号或用电数据信号分别采集、处理、存贮；RS485通道抄表模块采集的用电信息与MCU模块交换；MCU模块与电力载波模块和无线模块构成双通道，电力载波和无线模块被设置成主通道和备用通道，MCU模块首选使用主通道与其它采集器进行通信，在主通道无法成功通信时，通过备用通道与其它采集器进行数据传输，当主通道通信恢复时，切换回主通道进行通信。
Description
技术领域
本发明涉及一种符合最新DL/T 698协议标准可以使用双通道进行数据收集的电能信息采集器及通讯方法，属于电能信息采集器制造技术领域。
背景技术
根据《国家电网公司“十一五”电力营销发展规划》总体目标，营销现代化和计量标准化建设水平得到了快速提高，为提升市场响应快速化的水平，提高客户服务的质量，落实“精益化管理”的要求，逐步建立适应市场变化、快速反映客户需求的营销机制，必须实现电力用户用电信息的实时采集与监控，切实服务于营销管理和各项业务需求。用电信息采集系统，实现计量装置在线监测和用户负荷、电量、电压等重要信息的实时采集，及时、完整、准确地为“SG186”信息系统提供基础数据，从而为企业经营管理各环节的分析、决策提供支撑，提升企业集约化、精益化和标准化管理水平。
目前市场上有各种电力信息采集终端用于采集485电能表的数据，并且通过某种通道传输到集中器，一般常用的传输通道有窄带载波型、宽带载波型、无线型。但是每一种都有自己的缺点：窄带载波型衰减小，传输距离远，但是速率低，很难实现动态路由，因此也无法实现上述的抄表成功率要求。宽带载波速率高，可以实现动态路由，自动中继，但是传输衰减快，距离近，而且由于负载过大会造成孤岛效应，因此也无法实现上述的成功率要求。小区域无线型受环境影响大，遮挡、气候条件都会影响设备的传输距离，因此无法实现上述的成功率要求。
目前使用的电力载波通信和无线通信，在实际现场中受现场条件的影响。电力载波主要受时间的影响，由于负载的不确定性，在不同的时段内电网受到的干扰不一样，因此在不同的时候，电力载波通信效果不一样，有时候通，有时候不通；无线数据传输主要受地理环境的影响，遮挡、屏蔽会严重影响数据通信的效果，现场施工非常困难。
发明内容
本发明的目的是克服现有电力信息采集终端的不足，提供一种符合DLT 698标准的双通道多功能采集器及其通讯方法，其以电力载波通道为主、无线通道为辅进行电力信息的传输。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
双通道多功能电能信息采集器，包括RS485通道抄表模块、MCU模块和存储器，所述RS485通道抄表模块和存储器均与MCU模块相连，特点是：还包括具有无线信息发射和无线信息接受功能的无线模块以及电力载波模块，所述无线模块和电力载波模块均与MCU模块通信连接。
进一步地，上述的双通道多功能电能信息采集器，其中，所述电力载波模块通过RS232与MCU模块相连，采用全双工模式接收发送；所述无线模块通过另一路RS232与MCU模块相连，采用全双工模式进行无线到MCU的数据转换；所述RS485通道抄表模块通过内部的TTL电平的RS232与MCU模块相连。
更进一步地，上述的双通道多功能电能信息采集器，其中，所述MCU模块采用型号为STM32F103的芯片，所述电力载波模块采用型号为MAX2990的芯片，所述无线模块采用型号为CC1100和MC13192的芯片，所述RS485通道抄表模块采用型号为SP485的芯片。
本发明双通道多功能电能信息采集器的通讯方法，特点是：由RS485通道抄表模块采集数据，对若干个电能表输出的信号或若干个用电数据信号分别采集、处理、存贮；RS485通道抄表模块采集的用电信息与MCU模块交换；所述MCU模块与电力载波模块构成电力载波通信通道，所述MCU模块与无线模块构成无线通信通道；所述电力载波通信通道与无线通信通道组合构成双通道，双通道中的一种被设置为主通道，另一种被设置为备用通道；MCU模块首先通过主通道与集中器或其它采集器进行通信，在主通道无法成功通信时，切换到备用通道；当主通道恢复时，切换回主通道。
再进一步地，上述的双通道多功能电能信息采集器的通讯方法，按以下步骤使用主通道和备用通道进行数据传输：
(S101)MCU模块通过主通道发送一帧数据，并且等待回应；
(S102)如果回应成功，那么本次发送成功，发送过程结束，否则进入步骤(S103)；
(S103)如果在指定时间内没有收到回应，那么MCU模块通过RS备用通道重新发送该数据帧，重新开始等待回应；
(S104)如果回应成功，那么本次发送成功，否则本次发送失败，发送过程结束。
再进一步地，上述的双通道多功能电能信息采集器的通讯方法，按以下步骤进行自动电表对应、采集器自动发现与电表：
(S201)MCU模块收到数据后，通过485口进行试抄；
(S202)如果抄表成功，那么就转发该数据帧到集中器，同时记录该电表地址到采集器的存储器中。
再进一步地，上述的双通道多功能电能信息采集器的通讯方法，按以下步骤进行路由维护和路由发现：
a)路由维护：
(S301)RS485通道抄表模块监听集中器或其它采集器的心跳，并且记录相应的心跳时间；
(S302)记录心跳超时时间；
(S303)如果超时，删除该超时设备的路由信息；如果没有超时，则将对应的超时值复位；
b)路由发现：
(S401)采集器收到要求发送数据的命令；
(S402)检查路由表；
(S403)如果路由表中有相应的表项，通过该表项发送数据到集中器或采集器；
(S404)如果路由表中没有相应的表项，那么发送路由发现命令；
(S405收到命令回应后，更新路由表，记录最终目标采集器和到达该采集器的下一级采集器的表项，然后通过下一级采集器转发数据。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
1)多功能采集：本发明既是一个采集器，用于采集下行的485电能表的数据；又是一个中继器，可以中继来自其它的设备的数据；
2)自动组网：本采集设备可以自动发现环境中存在的通信网络，自动向网络主机注册，并且自动生成与其它采集设备的路由表；
3)双通道传输：本设备首选使用电力载波进行通信，在电力载波无法成功通信时，自动通过无线通道进行数据传输，当电力线载波通道恢复时，自动切换回电力线载波通道进行通信；
4)动态路由：本采集设备可以自动感知网络中其它节点的活动状态，当相应的路由设备失效时，自动查找并且通过其它的节点实现路由功能。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明双通道多功能采集器的结构框图；
图2a：RS485通道抄表模块的电路原理图；
图2b：MCU模块的电路原理图；
图2c：电力载波模块的电路原理图；
图2d：无线模块的电路原理图；
图3：双通道数据传输过程的流程图；
图4a：路由维护的流程图；
图4b：路由发现的流程图；
图中各附图标记的含义见下表：
| 附图标记 | 含义 | 附图标记 | 含义 | 附图标记 | 含义 |
| 1 | RS485通道抄表模块 | 2 | MCU模块 | 3 | 电力载波模块 |
| 4 | 无线模块 | 5 | 存储器 |
具体实施方式
设计一种能够同时使用双通道的用电信息采集器，能够同时使用多种通信通道中的两种进行用电信息数据的传输，并且能够自动记录电表的信息，并将电能表数据传送至电能信息集中器，整个数据传输过程采用自动路由方式进行。
如图1所示，符合DLT 698标准的双通道多功能采集器，包括RS485通道抄表模块1、MCU模块2、电力载波模块3、无线模块4和存储器5，RS485通道抄表模块1与MCU模块2连接，存储器5也与MCU模块2连接，具备无线信息发射和无线信息接受功能的无线模块4接入MCU模块2，电力载波模块3也接入MCU模块2。
其中，电力载波模块3通过RS232与MCU模块2相连，采用全双工模式工作，将MCU模块要求的数据帧通过电力线载波收发；无线模块4同样通过232总线与MCU模块2相连，采用全双工模式，将MCU模块要求的数据帧通过无线收发；RS485通道抄表模块1通过另外一个232总线与MCU模块2相连，采用半双工模式，通过光耦隔离后用485收发。
图2a所示为RS485通道抄表模块的电路原理，RS485通道抄表模块1采用型号为SP485的芯片；
图2b所示为MCU模块的电路原理，MCU模块2采用型号为STM32F103的芯片；
图2c所示为电力载波模块的电路原理，电力载波模块3采用型号为MAX2990的芯片；
图2d所示为无线模块的电路原理，无线模块4采用型号为CC1100或MC13192的芯片。
上述双通道多功能电能信息采集器具体应用时，由RS485通道抄表模块采集数据，对若干个电能表输出的信号或若干个用电数据信号分别采集、处理、存贮；RS485通道抄表模块采集的用电信息与MCU模块交换；所述MCU模块与电力载波模块构成电力载波通信通道，所述MCU模块与无线模块构成无线通信通道；所述电力载波通信通道与无线通信通道组合构成双通道，双通道中的一种被设置为主通道，另一种被设置为备用通道；MCU模块首先通过主通道与集中器或其它采集器进行通信，在主通道无法成功通信时，切换到备用通道；当主通道恢复时，切换回主通道。
满意实现：(一)使用电力载波通道和无线通道进行数据传输；(二)自动电表对应、采集器自动发现与电表；(三)路由维护和路由发现。
其中，(一)使用主通道和备用通道进行数据传输，如图3所示：
(S101)MCU模块通过主通道发送一帧数据，并且等待回应；
(S102)如果回应成功，那么本次发送成功，发送过程结束，否则进入步骤(S103)；
(S103)如果在指定时间内没有收到回应，那么MCU模块通过RS备用通道重新发送该数据帧，重新开始等待回应；
(S104)如果回应成功，那么本次发送成功，否则本次发送失败，发送过程结束。
(二)按以下步骤进行自动电表对应、采集器自动发现与电表：
(S201)MCU模块收到数据后，通过485口进行试抄；
(S202)如果抄表成功，那么就转发该数据帧到集中器，同时记录该电表地址到采集器的存储器中。
(三)按以下步骤进行路由维护和路由发现：
a)路由维护，如图4a所示：
(S301)RS485通道抄表模块监听集中器或其它采集器的心跳，并且记录相应的心跳时间；
(S302)记录心跳超时时间；
(S303)如果超时，删除该超时设备的路由信息；如果没有超时，则将对应的超时值复位；
b)路由发现，如图4b所示：
(S401)采集器收到要求发送数据的命令；
(S402)检查路由表；
(S403)如果路由表中有相应的表项，通过该表项发送数据到集中器或采集器；
(S404)如果路由表中没有相应的表项，那么发送路由发现命令；
(S405收到命令回应后，更新路由表，记录最终目标采集器和到达该采集器的下一级采集器的表项，然后通过下一级采集器转发数据。
本发明采用多种通信通道中的两种，多种通信方式可以包括宽带电力线载波、窄带电力线载波、470M无线、2.4G无线技术。通过使用不同的通信通道，可以实现高可靠性的用电信息采集；两个通道互为备份，无缝转换，实现了1小时周期抄表成功率＞99.9％的目标。
综上可见，本发明满意实现了：1)多功能采集：本发明既是一个采集器，用于采集下行的485电能表的数据；又是一个中继器，可以中继来自其它的设备的数据；2)自动组网：本采集设备可以自动发现环境中存在的通信网络，自动向网络主机注册，并且自动生成与其它采集设备的路由表；3)双通道传输：本设备首选使用电力载波进行通信，在电力载波无法成功通信时，自动通过无线通道进行数据传输，当电力线载波通道恢复时，自动切换回电力线载波通道进行通信；4)动态路由：本采集设备可以自动感知网络中其它节点的活动状态，当相应的路由设备失效时，自动查找并且通过其它的节点实现路由功能。
需要理解到的是：上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种双通道多功能电能信息采集器，包括RS485通道抄表模块、MCU模块和存储器，所述RS485通道抄表模块和存储器均与MCU模块连接，其特征在于：还包括与所述MCU模块连接用于无线信息发射和无线信息接受的无线模块，与所述MCU模块连接的电力载波模块。
2.根据权利要求1所述的双通道多功能电能信息采集器，其特征在于：所述电力载波模块通过RS232与MCU模块相连，采用全双工模式接收发送；
所述无线模块通过另一路RS232与MCU模块相连，采用全双工模式进行无线到MCU的数据转换；
所述RS485通道抄表模块通过内部的TTL电平的RS232与MCU模块相连。
3.根据权利要求1或2所述的双通道多功能电能信息采集器，其特征在于：所述MCU模块采用型号为STM32F103的芯片，所述电力载波模块采用型号为MAX2990的芯片，所述无线模块采用型号为CC1100或MC13192的芯片，所述RS485通道抄表模块采用型号为SP485的芯片。
4.权利要求1所述的双通道多功能电能信息采集器的通讯方法，其特征在于：由RS485通道抄表模块采集数据，对若干个电能表输出的信号或若干个用电数据信号分别采集、处理、存贮；RS485通道抄表模块采集的用电信息与MCU模块交换；所述MCU模块与电力载波模块构成电力载波通信通道，所述MCU模块与无线模块构成无线通信通道；所述电力载波通信通道与无线通信通道组合构成双通道，双通道中的一种被设置为主通道，另一种被设置为备用通道；MCU模块首先通过主通道与集中器或其它采集器进行通信，在主通道无法成功通信时，切换到备用通道；当主通道恢复时，切换回主通道。
5.根据权利要求4所述的双通道多功能电能信息采集器的通讯方法，其特征在于：按以下步骤使用主通道和备用通道进行数据传输：
(S101)MCU模块通过主通道发送一帧数据，并且等待回应；
(S102)如果回应成功，那么本次发送成功，发送过程结束，否则进入步骤(S103)；
(S103)如果在指定时间内没有收到回应，那么MCU模块通过备用通道重新发送该数据帧，重新开始等待回应；
(S104)如果回应成功，那么本次发送成功，否则本次发送失败，发送过程结束。
6.根据权利要求4所述的双通道多功能电能信息采集器的通讯方法，其特征在于：按以下步骤进行自动电表对应、采集器自动发现与电表：
(S201)MCU模块收到数据后，通过485口进行试抄；
(S202)如果抄表成功，那么就转发该数据帧到集中器，同时记录电表地址到采集器的存储器中。
7.根据权利要求4所述的双通道多功能电能信息采集器的通讯方法，其特征在于：按以下步骤进行路由维护和路由发现：
a)路由维护：
(S301)RS485通道抄表模块监听集中器或其它采集器的心跳，并且记录相应的心跳时间；
(S302)记录心跳超时时间；
(S303)如果超时，删除该超时设备的路由信息；如果没有超时，则将对应的超时值复位；
b)路由发现：
(S401)采集器收到要求发送数据的命令；
(S402)检查路由表；
(S403)如果路由表中有相应的表项，通过该表项发送数据到集中器或采集器；
(S404)如果路由表中没有相应的表项，那么发送路由发现命令；
(S405收到命令回应后，更新路由表，记录最终目标采集器和到达该采集器的下一级采集器的表项，然后通过下一级采集器转发数据。
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