CN102147961B - 基于无线网络的无线透传设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线网络集中抄表系统，具体说是一种基于无线网络的无线透传设备。本发明安装于电表集中器中，包括无线透传模块、指示灯、电源处理模块、电平转换模块和电源输出模块；其中，无线透传模块经电平转换模块与电表集中器中的中央处理器进行串行通信，无线透传模块通过无线网络与用户终端电表进行通信，无线透传模块的工作电源端通过电源处理模块接收外供电源，电源处理模块的输出端还通过电源输出模块与电表集中器中的光耦相连，无线透传模块的输出端接有指示灯。本发明采用无线的方式进行定期集中抄表，即提高了工作效率，又减少了人为的误抄，还大大节约了成本，并且可以实现自动化控制。
Description
技术领域
本发明涉及无线网络集中抄表系统，具体说是一种基于无线网络的无线透传设备。
背景技术
目前，我国电力营销部门采用人工方式获取用户的用电数据，即由抄表人员每月或每几个月逐户查抄电表。这种传统方式给电力营销部门和用户带来极大的不便，时效性差、统计计算工作量大、人为随意性大，消耗了大量的人力、物力和财力，不能适应电力营销部门现代化和信息化的要求。针对这种情况，国家有关部门提出以后将逐步以计算机为基础的自动抄表系统取代传统的人工抄表。
针对这一情况，国家有关部门提出以后将逐步以计算机为基础的自动抄表系统取代传统的人工抄表。远程无线集抄系统是集现代无线通讯技术、计算机软硬件技术、电能计量技术和电力营销技术为一体的用电需求的综合性实时信息采集与分析处理系统。图1所示，为远程抄表系统框图。它通过特定的无线通信设备建立联系，不需要人员到达现场就能完成抄读用户用电量的智能化管理系统。近年来，这一技术在国内外应运而生，而且发展非常迅速。它的最终目的是自动、集中、定时地抄录各用户的用电量，这对于提高电力部门的管理水平和经济效益无疑有着十分重要的意义。
目前，ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低成本的双向无线通信技术，是一组基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术。它支持3种主要的自组织无线网络类型，即星型结构、网状结构和簇状结构。可由多到65000个无线数传模块组成无线数传网络，每个网络节点间的距离可以达到的几百米。无线数据传输速率高达250kb/s。
ZigBee技术可以很好地解决远程无线集抄系统中无线通讯技术、计算机软硬件技术、电能计量技术和电力营销技术等一系列问题，能够克服时效性差、统计计算工作量大、人为随意性大等的不足。而目前能够解决上述问题的基于ZigBee的无线网络电表集中器尚未见报道。
发明内容
针对现有技术中存在的数据采集实时性差、不便于集中管理等不足，本发明要解决的技术问题是提供了一种时效性好、杜绝人为随意性、降低人工劳动强度等不足的基于无线网络的无线透传设备。
为了解决上述技术问题的，本发明采用的技术方案是：
本发明基于无线网络的无线透传设备，安装于电表集中器中，包括无线透传模块、指示灯、电源处理模块、电平转换模块和电源输出模块；其中，无线透传模块经电平转换模块与电表集中器中的中央处理器进行串行通信，无线透传模块通过无线网络与用户终端电表进行通信，无线透传模块的工作电源端通过电源处理模块接收外供电源，电源处理模块的输出端还通过电源输出模块与电表集中器中的光耦相连；无线透传模块的输出端接有指示灯。
所述无线透传模块的通信协议包括应用层、网络层和数据链路层，其中：所述应用层接收来自终端电表的数据，对所接收的数据按照所定义的应用层帧格式进行封装转发；应用层在对收到的数据进行解析，按照数据的内容执行应用层操作；
所述网络层接收应用层数据，对所接收的数据按照所定义的网络层帧格式进行封装转发；网络层在对收到的数据进行解析，按照数据的内容执行网络层操作；
所述数据链路层接收网络层的数据，对所接收的数据按照所定义的数据链路层帧格式进行封装转发。
所述应用层帧格式的帧头部分包括：帧控制字段、序列号字段和命令字段，其中，帧控制字段为8位字段，指示应用层帧为请求帧或响应帧；序列号字段为应用层帧格式的帧头部分发送序号；命令字段指示应用层帧命令类型，包括获取位号命令帧、设置位号命令帧、设置采样周期命令帧和数据发布命令帧。
所述网络层帧格式的帧头部分包括：帧控制字段、目的地址字段、源地址字段，其中，帧控制字段为8位字段，指示网络层帧类型，包括数据帧、短地址分配请求帧和短地址设置帧；目的地址字段为发送该帧到目的设备的地址；源地址字段为发送该帧的设备的地址。
所述数据链路层帧格式的帧头部分包括：帧控制字段、序列号字段、网络标识字段、目的地址字段和源地址字段，其中，帧控制字段为8位字段，指示数据链路层帧类型、判断是否需要确认以及地址类型信息，包括数据帧、网络同步帧、同步探测帧以及确认帧；序列号字段为该数据链路层帧格式的帧头部分发送序号；网络标识字段为发送该帧的设备所在网络的标识；目的地址字段为发送该帧到目的设备的地址；源地址字段为发送该帧的设备的地址。
所述指示灯显示无线透传模块的工作状态，包括：上电是否正常指示、射频收发指示以及射频网络状态指示。
本发明具有如下优点：
1.智能抄表。不在采用人为的方式进行挨家挨户的抄表，采用无线的方式进行定期集中抄表，即提高了工作效率，又减少了人为的误抄，还大大节约了成本。
2.可实现自动化控制。通过用电管理中心的上位机可以实时的对用户的用电情况进行监测，便于维护和管理。
3.远距离通信。采用2.4GHz的频段，户外通信距离可达1000米。
4.直观显示。本发明基于ZigBee的无线网络电表集中器正常工作时，工作人员完全可以通过观看集中器上的无线通信部分指示灯的状态来确认下行通信部分是否工作正常。
5.应用无线透传模块的电表集中器，使整个系统的电表安装布置灵活。减少了大量的室内布线，节约了安装成本。
6.可对外提供5V/100mA电压，供外部设备使用。
附图说明
图1为本发明无线网络电表集中器应用于远程无线集抄系统的拓扑图；
图2为本发明基于无线网络的无线透传设备的电气结构框图；
图3为本发明远程无线抄表集中器的电路原理图；
图4为本发明基于无线网络的无线透传设备的无线网络通信协议构成示意图；
图5为本发明基于无线网络的无线透传设备的无线网络协议栈帧格式示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明应用于远程无线集抄系统的无线网络电表集中器，电表集中器通过GPRS网络与用户管理中心主站进行数据通信，电表集中器中包括无线透传设备，无线透传设备中的无线透传模块根据ZigBee协议与无线网络中的无线抄表终端，即用户终端电表进行通信。Zigbee，在中国被译为″紫蜂″，它与蓝牙相类似，是一种高可靠的无线数传网络，Zigbee数传模块类似于移动网络基站，可多到65000个无线数传模块，在整个网络范围内，每一个Zigbee网络数传模块之间可以相互通信，通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。ZigBee作为一种新兴的通信技术，具有近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本等特点。
ZigBee应用层和网络层协议的基础是IEEE802.15.4规范，它是一种经济、高效、低数据速率(＜250kbps)、工作在2.4GHz和868/928MHz的无线技术，用于个人区域网和对等网络。
如图2和3所示，本发明基于无线网络的无线透传设备，包括无线透传模块U1(本实施例采用3.3V电源对其进行供电)、指示灯LED1～LED5、电源处理模块和电源输出模块(本实施例采用AMS1117和LM2576，其中，LM2576由电源处理模块5V和电源输出模块构成，作用是将外部供电的12V电源转换为5V电源，对光耦进行供电；AMS1117为电源处理模块3.3V作用是将5V电源转换为3.3V电源，对无线透传模块进行供电)、电平转换模块(本实施例采用SN74LV07ANSR)。
其中，无线透传模块经电平转换模块与电表集中器中的中央处理器进行串行通信，无线透传模块通过无线网络与用户终端电表进行通信，无线透传模块的工作电源端通过电源处理模块接收外供电源，电源处理模块的输出端还通过电源输出模块与电表集中器中的光耦(本实施例采用5V电源对其进行供电)相连；无线透传模块的输出端接有指示灯。
如图4所示，本发明基于无线网络的无线透传设备的通信协议包括应用层、网络层和数据链路层，其中：所述应用层接收来自终端电表的数据，对所接收的数据按照所定义的应用层帧格式进行封装转发；应用层在对收到的数据进行解析，按照数据的内容执行应用层操作；
所述网络层接收应用层数据，对所接收的数据按照所定义的网络层帧格式进行封装转发；网络层在对收到的数据进行解析，按照数据的内容执行网络层操作；
所述数据链路层接收网络层的数据，对所接收的数据按照所定义的数据链路层帧格式进行封装转发。
如图5所示，本发明基于无线网络的无线透传设备的通信协议中应用层帧格式的帧头部分包括：帧控制字段、序列号字段和命令字段，其中，帧控制字段为8位字段，指示应用层帧为请求帧或响应帧；序列号字段为该应用层帧格式的帧头部分发送序号；命令字段指示应用层帧命令类型，包括获取位号命令帧、设置位号命令帧、设置采样周期命令帧和数据发布命令帧。
网络层帧格式的帧头部分包括：帧控制字段、目的地址字段、源地址字段，其中，帧控制字段为8位字段，指示网络层帧类型，包括数据帧、短地址分配请求帧和短地址设置帧；目的地址字段为发送该帧到目的设备的地址；源地址字段为发送该帧的设备的地址。
数据链路层帧格式的帧头部分包括：帧控制字段、序列号字段、网络标识字段、目的地址字段和源地址字段，其中，帧控制字段为8位字段，指示数据链路层帧类型、判断是否需要确认以及地址类型信息，包括数据帧、网络同步帧、同步探测帧以及确认帧；序列号字段为该数据链路层帧头部分发送序号；网络标识字段为发送该帧的设备所在网络的标识；目的地址字段为发送该帧到目的设备的地址；源地址字段为发送该帧的设备的地址。
无线透传模块的输出端连接的指示灯用来显示无线透传模块的工作状态，包括：上电是否正常指示、射频收发指示以及射频网络状态指示。
系统上电后，无线模块正常工作，上电是否正常指示灯亮(红灯)；
当有数据传输时，射频收发指示灯亮，该灯为红绿双色，红灯闪烁时，表示模块接收数据；绿灯闪烁时，表示模块发送数据；
无线通信正常，射频网络状态指示灯闪烁(绿灯)。
本发明的工作原理如下：
系统上电后，无线透传模块正常工作，串口通信工作正常。电表集中器中的无线透传模块将会按时、定期从用户电表终端通过无线的方式进行数据采集，并把采集到的数据通过串口方式传给集中器中的中央处理器，集中器中的中央处理器将采集到的数据通过GPRS的方式传递给用电管理中心主站，进行备份处理，一旦GPRS的方式发生异常，中央处理器将采集到的数据将通过以太网的方式传递给用电管理中心主站，并进行备份处理。
其中，无线通信模块运行无线通信协议栈，无线通信协议栈包括具有数据的发送和接收功能的应用层、网络层和数据链路层；
应用层负责应用层的通信和维护功能。应用层帧格式的帧头部分包括：帧控制字段、序列号字段和命令字段，其中，帧控制字段为8位字段，指示应用层帧为请求帧或响应帧；序列号字段为应用层帧格式的帧头部分发送序号；命令字段指示应用层帧命令类型，包括获取位号命令帧、设置位号命令帧、设置采样周期命令帧和数据发布命令帧。
网络层负责网络层的通信和维护功能。网络层帧格式的帧头部分包括：帧控制字段、目的地址字段、源地址字段，其中，帧控制字段为8位字段，指示网络层帧类型，包括数据帧、短地址分配请求帧和短地址设置帧；目的地址字段为发送该帧到目的设备的地址；源地址字段为发送该帧的设备的地址。
数据链路层负责数据链路层的通信和维护功能。数据链路层帧格式的帧头部分包括：帧控制字段、序列号字段、网络标识字段、目的地址字段和源地址字段，其中，帧控制字段为8位字段，指示数据链路层帧类型、判断是否需要确认以及地址类型信息，包括数据帧、网络同步帧、同步探测帧以及确认帧；序列号字段为该数据链路层帧的帧格式的帧头部分发送序号；网络标识字段为发送该帧的设备所在网络的标识；目的地址字段为发送该帧到目的设备的地址；源地址字段为发送该帧的设备的地址。
Claims (2)
1.一种基于无线网络的无线透传设备，安装于电表集中器中，其特征在于：包括无线透传模块、指示灯、电源处理模块、电平转换模块和电源输出模块；其中，无线透传模块经电平转换模块与电表集中器中的中央处理器进行串行通信，无线透传模块根据ZigBee协议通过无线网络与用户终端电表进行通信，无线透传模块的工作电源端通过电源处理模块接收外供电源，电源处理模块的输出端还通过电源输出模块与电表集中器中的光耦相连；无线透传模块的输出端接有指示灯,
所述无线透传模块的通信协议包括应用层、网络层和数据链路层，其中：所述应用层接收来自终端电表的数据，对所接收的数据按照所定义的应用层帧格式进行封装转发；应用层在对收到的数据进行解析，按照数据的内容执行应用层操作；
所述网络层接收应用层数据，对所接收的数据按照所定义的网络层帧格式进行封装转发；网络层在对收到的数据进行解析，按照数据的内容执行网络层操作；
所述数据链路层接收网络层的数据，对所接收的数据按照所定义的数据链路层帧格式进行封装转发,
所述应用层帧格式的帧头部分包括：帧控制字段、序列号字段和命令字段，其中，帧控制字段为8位字段，指示应用层帧为请求帧或响应帧；序列号字段为应用层帧格式的帧头部分发送序号；命令字段指示应用层帧命令类型，包括获取位号命令帧、设置位号命令帧、设置采样周期命令帧和数据发布命令帧,
所述网络层帧格式的帧头部分包括：帧控制字段、目的地址字段、源地址字段，其中，帧控制字段为8位字段，指示网络层帧类型，包括数据帧、短地址分配请求帧和短地址设置帧；目的地址字段为发送该帧到目的设备的地址；源地址字段为发送该帧的设备的地址,
所述数据链路层帧格式的帧头部分包括：帧控制字段、序列号字段、网络标识字段、目的地址字段和源地址字段，其中，帧控制字段为8位字段，指示数据链路层帧类型、判断是否需要确认以及地址类型信息，包括数据帧、网络同步帧、同步探 测帧以及确认帧；序列号字段为该数据链路层帧格式的帧头部分发送序号；网络标识字段为发送该帧的设备所在网络的标识；目的地址字段为发送该帧到目的设备的地址；源地址字段为发送该帧的设备的地址。
2.按照权利要求1所述的基于无线网络的无线透传设备，其特征在于：所述指示灯显示无线透传模块的工作状态，包括：上电是否正常指示、射频收发指示以及射频网络状态指示。
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