CN102194309A - 一种低压电力线宽带载波集中器 - Google Patents

Abstract

本发明一种低压电力线宽带载波集中器，它是由硬件结构和软件结构两大部分构成；硬件结构由微控制器单元、数据存储单元、电量存储单元、电力线网桥通信单元、GPRS通信单元、电源模块单元组成；软件结构由系统调度、电力线网桥模块、RS485驱动模块、GPRS无线通信模块、嵌入式数据库模块组成。它采用嵌入式设计，将嵌入式微控制器技术、宽带电力线载波技术、GPRS无线通信技术、嵌入式数据库技术、多路I/O复用技术等功能集成于一体，现场通过GPRS通信模块接收管理中心下发的抄表指令，并将用户数据通过GPRS通信模块发送到管理中心。该集中器操作简单，使用方便，在电力系统自动抄表技术领域里具有实用价值和应用前景。

Description

一种低压电力线宽带载波集中器

(一)技术领域：

本发明涉及一种低压电力线宽带载波集中器，它能够通过无线通信技术接收管理中心下发的指令，通过低压电力线宽带载波技术接收采集器(专门用于采集用户电能表电量信息的设备)上传的用户电量，再通过无线通信技术将用户电量发送给管理中心。其中，涉及到嵌入式Linux操作系统技术、宽带电力线载波技术、基于GPRS(通用无线分组业务)的无线通信技术、嵌入式数据库技术、多路I/O复用技术，属于电力系统自动抄表技术领域。

(二)背景技术：

在我国电力工业快速发展的同时，电力体制改革也逐步深入，电力系统商业化运营对电业局的运行和调度水平提出了更高要求，不仅需要准确、准时抄录用电户的用电量，计算线损，做好线路的优化，还需要了解每天的用电曲线，做好负荷预测，为电厂或者电站进行有效的反馈，使其能更有效地制定计划发电。因此，传统的人工抄表的计量方式已经不能满足商业化运营的要求。

目前，国内现有的电能表自动抄表系统，从电能表、采集器到集中器大都采取485布线、窄带低频电力线载波或无线通信方式。这些抄表系统普遍存在施工难度大、带宽过窄、速率过低、实时性差、不能实现双向快速通信等问题，难以满足供电企业建设“用电信息一体化采集平台”的要求，更不能满足用电预付费、断复电和防窃电等高层次的管理要求。针对以上问题，提出采用低压电力线宽带载波通信新技术开发应用抄表系统，由于电力线宽带载波通信技术采用了OFDM(正交频分复用)、DMT(多载波调制)等调制技术，解决了长期以来电力线载波通信技术不稳定、不可靠、信号衰减大、传输带宽和距离受限制等问题。集中器在整个宽带载波抄表系统中起着承上启下的作用，是整个抄表系统的桥梁，决定着系统的整体性能。

(三)发明内容：

1、目的：本发明的目的是提供一种低压电力线宽带载波集中器，它采用嵌入式设计，将嵌入式微控制器技术、宽带电力线载波技术、GPRS无线通信技术、嵌入式数据库技术、多路I/O复用技术等功能集成于一体，可以现场通过GPRS通信模块接收管理中心下发的抄表指令，抄收用户电量数据，并将用户电量数据通过GPRS通信模块发送到管理中心。

2、技术方案：本发明一种低压电力线宽带载波集中器，它是由硬件结构和软件结构两大部分构成，其中硬件结构是整个低压电力线宽带载波集中器的硬件平台，软件结构是基于此硬件平台下开发的驱动程序与应用程序，软件结构操控硬件结构。

(1)硬件结构

现在大多集中器采用单片机技术实现，但存在处理速度偏低，抄表时间长，处理任务单一，存储空间过小等问题，已难以适应当前电力计量复杂化、实时化的趋势。因此，将高性能的嵌入式处理器和多任务操作系统应用于自动抄表系统中，实现新型的宽带载波集中器，可以大幅度地提高系统的整体性能。如图1所示，本发明一种低压电力线宽带载波集中器，其整个集中器硬件结构由微控制器单元、数据存储单元、电量存储单元、电力线网桥通信单元、GPRS通信单元、电源模块单元六部分组成；它们之间的连接关系是：微控制器单元与数据存储单元采用数据总线、地址总线和控制总线连接；微控制器单元与电量存储单元采用数据总线、地址总线和控制总线连接；微控制器单元与电力线网桥通信单元采用以太网连接；微控制器单元与GPRS通信单元采用485总线连接；微控制器单元与电源模块单元采用电源总线连接。其中微控制器单元是整个集中器的核心，它控制数据存储单元、电量存储单元、电力线网桥单元与GPRS通信单元的有序运行，数据存储单元主要实现内核镜像、文件系统和用户应用程序的存储，电量存储单元主要实现用户电量数据的同步存储，电力线网桥通信单元主要实现该集中器与采集器之间的数据交互，GPRS通信单元主要实现集中器与管理中心的数据交互，电源模块单元主要实现为整个集中器硬件部分提供所需电源。

所述微控制器单元是采用三星基于ARM920T内核的32位嵌入式微处理器，最高工作频率可达533MHz；其带有MMU内存管理单元可支持Windows CE、Linux等嵌入式操作系统，具有丰富的片上资源，如：LCD、DMA控制器，以及USB、以太网、UART、摄像头、触摸屏等接口。

所述数据存储单元是采用一片三星的存储芯片(64M×8bit)，用于储存系统的BootLoader、OS内核镜像、文件系统和用户应用程序；采用两片三星的存储芯片(4M×16bit×4Banks)构成64MB的同步动态随机存取存储器(即SDRAM)，用于加载Linux操作系统和运行应用程序。

所述电力线网桥通信单元是选用广东珠海天瑞公司自主研发的200M加强版电力线网桥模块，它采用西班牙DS2芯片组，它利用原有低压电力线，以200Mbps的物理层通讯速率构建局域网或接入互联网，实现高速数据传输和网络通信。具有免布线、组网方便快捷、终端灵活移动等优点。电力线网桥工作原理：将以太网接口过来的数据进行D/A转换变成模拟信号，用正交频分复用(OFDM)调制到2M-32M频率带宽的1536个载波上，由模拟前端对信号进行滤波和自适应功率放大，再从PLC信号接口耦合到电力线进行传输；将电力线上用正交频分复用(OFDM)调制到2M-32M频率带宽的1536个载波信号从PLC接口提取出来，进行滤波和自适应功率放大后解调节、A/D转换、最后还原为以太网数据从以太网接口输出进行传输，实现借助电力线传输数据。在电力线通信端具有网络配置、网络诊断和分析、应答重传机制、载波侦听、10级以下的中继和最佳路由选择。电力线网桥模块具有10/100M自适应以太网接口、独立的电力线宽带载波信号耦合接口、对电力线宽带载波信号具有自动动态增益调整功能、功率自动调整，能防止不同网络间的干扰、具有自动中继与线路优化功能、能够避免广播风暴与网络环回等优点。

所述GPRS通信单元是采用山东力创科技有限公司开发的通信单元，它为用户提供高速、永远在线、透明数据传输通道。该通信单元是基于中国移动通讯运营商的GSM/GPRS通信网络的数据传输和远程监控终端设备，采用当今前沿内核技术设计的一款工业级无线通讯终端产品，适用于GSM/GPRS网络覆盖范围内的各种室内或野外恶劣环境，利用GPRS网络平台实现数据信息的透明传输。模块采用标准的RS-485接口与集中器RS-485接口连接、插入SIM卡、接上5V电源即可正常工作，模块上电后自动拨号上网，稳定在线、断线自动重拨，按照接收和发送数据包的数量大小产生费用，没有数据流量时不产生费用。

所述电量存储单元为该集中器提供了大容量用户电量存储，它可以根据需要灵活选择。

所述电源模块单元是采用将220V交流电经变压器、整流、滤波后输出两路5V直流电压，2路5V直流电压通过两片电压芯片转换为2路3.3V，一路3.3V电压对控制器及外围电路器件供电，另一路3.3V电压对GPRS模块供电，单独供电最大程度避免了外围电路给控制器带来的影响。由于S3C2440需要3.3V和1.3V两种电压，故再利用一片电压芯片将3.3V转成1.3V。电源系统为整个集中器的各个部分提供5V、3.3V和1.3V电压。

其中，该微控制器单元的型号是ARM9S3C2440；

其中，该数据存储单元采用一片存储芯片的型号是K9F1208，两片存储芯片的型号是HY57V561620；

其中，该电力线网桥通信单元的型号是TR-DLQ03C；

其中，该GPRS通信单元的型号是LQ8110；

其中，该电量存储单元根据需要选择SD卡或U盘作为集中器外部存储器；

其中，该电源模块单元采用两片电压芯片的型号是AS2815-33，一片电压芯片的型号是LM1117-ADJ。

(2)软件结构

集中器与管理中心通信采用GPRS无线通信方式，被动的接收管理中心下发的指令和数据，暂存到数据缓冲区，然后调用协议处理函数，根据协议规定，判断管理中心发来的是何种指令，并作出相应的应答。

集中器与采集器通信采用主动下发抄表指令并接收电表数据的方式。在没有与管理中心通信的时候，集中器进行自动控制，完成抄表前的参数设置，再根据管理中心所下发的抄表起始时间和间隔、抄表路径进行自动抄表。根据设置判断是否应该把抄到的数据按照一定的格式冻结到嵌入式数据库，以便管理中心随时提取电表电量数据。同时，对继电器分合指令进行判断，完成对电表的供电、断电操作。

本发明的低压电力线宽带载波集中器，其软件架构示意图如图2所示。

软件结构由系统调度、电力线网桥模块、RS485驱动模块、GPRS无线通信模块、嵌入式数据库模块等部分组成。系统调度负责整个软件系统的任务调度，首先，操作系统加载RS485驱动模块，再通过GPRS无线通信模块等待接收管理中心向集中器发送的抄表指令，集中器接收到抄表指令后调用电力线网桥模块将指令转发给采集器，等待采集器将用户电量采集完毕后再次调用电力线网桥模块将采集器数据全部接收，然后调用嵌入式数据库模块将数据按照指定的格式存入数据库，存储操作完成之后再将数据通过GPRS无线通信模块发送给管理中心。

所述系统调度是整个软件系统的核心，该系统调度是由Linux内核以及应用程序的主函数组成。它负责整个软件系统的任务调度，其它模块的操作任务的发出与控制都是由系统调度来完成的。

所述电力线网桥模块由设置IP及端口、创建套接字、绑定套接字、监听网络、等待连接、申明fd_set读集合、读集合清零、网口设备加入读集合、写网口设备文件、读网口设备文件等部分组成，它负责集中器与电力线网桥通过以太网接口进行通信，由于集中器需要与多台采集终端通过电力线网桥进行数据传输，所以将集中器作为服务器端，采集终端作为客户端。网络通信采用的协议有TCP协议和UDP协议，TCP传输控制协议是一种面向连接的协议，当我们的网络程序使用这个协议的时候，网络可以保证我们的集中器端和采集器端的连接是可靠的、安全的；UDP数据用户报协议是一种非面向连接的协议，这种协议并不能保证我们的网络程序连接是可靠的，所以本项目采用TCP协议。为了实现集中器端与采集器端的通信，集中器端和采集器端都必须创建套接字，集中器端在创建套接字后，需要指定监听的端口来等待采集器，因此还要将套接字与端口号进行绑定，之后集中器处于监听状态，等待采集器来连接指定端口，当接收到采集器的连接请求后，集中器调用接收函数来建立与采集器间的通信，在成功建立通信后，就可以使用读函数写函数进行通信。电力线网桥流程图如图3所示。

所述RS485驱动模块是由端口初始化、与应用程序相对应的open函数、与应用程序相对应的ioctl函数，与应用程序相对应的close函数、创建file_operations结构体、驱动模块的加载、驱动模块的卸载等部分组成，它主要负责RS485的接收与发送使能端之间的切换，驱动程序按照字符设备驱动的模式编写。

所述GPRS无线通信模块是由打开串口设备文件、串口初始化设置、打开GPRS设备文件、GPRS接收或者发送状态的设置、申明fd_set读集合、读集合清零、串口设备加入读集合、延时、读串口设备文件、写串口设备文件等部分组成，它主要负责集中器与管理中心的通信，集中器与GPRS模块采用485接口通信，485通信与RS232通信的区别在于控制器需要通过IO端口控制485的接收与发送，所以集中器与GPRS模块通信的程序由设备驱动程序与应用程序组成。驱动程序按照字符设备驱动程序的模式编写，以模块的形式加载到内核中；应用程序主要完成串口参数的设置、调用驱动程序、读写串口数据。在Linux下进行串口通信首先需要打开串口设备文件，使用open函数打开串口，对于串口的打开操作必须使用O_NOCTTY参数，该参数表示如果打开的是一个终端设备，程序不会成为对应这个端口的控制终端；设置串口通信参数，主要包括波特率、数据位、奇偶校验位、停止位、数据流控制等；读写串口是通过使用read函数和write函数实现，在对串口进行读操作时使用了select函数达到多路复用的目的。应用程序流程图如图4所示。

所述嵌入式数据库模块是由打开数据库、创建表格、插入数据、查询数据等部分组成，它用于将用户电量存储，本发明采用当今前沿的嵌入式SQLite数据库技术，它的目标是尽量简单，因此它抛弃了传统企业级数据库的种种复杂特性，只实现对于数据库而言必备的功能。SQLite数据库具有以下优点：零配置，不需要任何管理性的配置过程、支持SQL92标准、所有数据存放到单独的文件中，支持的最大文件可达2TB，体积小、检索效率高、简单易用的API接口。在使用SQLite数据库之前先要把它移植到Linux操作系统中，然后在应用程序中声明sqlite关键数据结构指针，执行sqlite3_open函数打开数据库，如果数据库已经存在则直接打开现存的数据库，否则创建一个新的数据库，通过sqlite3_exec函数执行create语句创建表格，在每次接收到采集器上传的定时用户电量数据后，通过sqlite3_exec函数执行insert语句将用户电量数据存储在表格中，当管理中心需要查询某一整点时刻的用户历史电量时，应用程序通过sqlite3_get_table函数执行select语句查询出历史数据。数据库软件流程图如图5所示。

本发明的低压电力线宽带载波集中器，其主要工作过程如下：集中器上电运行初始化程序，等待管理中心向集中器发送抄表指令(包括定时抄表时间间隔、抄表路径)，接收到抄表指令后，集中器将抄表指令转发给采集器，等待采集器将台区内所有的用户电量采集完毕，集中器接收完所有的用户电量后，先将用户表号、用户电量以及抄表时间存入SD卡或者外挂U盘存储器，等待数据存储完毕后将用户表号、用户电量以及抄表时间再转发给管理中心，这样一次抄表过程结束；同时集中器还具有用户历史电量查询功能，管理中心向集中器发送抄表指令(包括所需查询的电表表号以及抄表时间)，集中器接收到抄表指令后立即启动数据库查询程序，根据电表表号及抄表时间查询对应的用户电量，并将查询结果转发给管理中心。

3、优点及功效：

本发明一种低压电力线宽带载波集中器，其优点和有益效果如下：

1.设备主要电子模块单元设计采用较好的抗电磁干扰电路，排除电磁干扰的影响；

2.通过电力线宽带载波技术实现与采集器通信，具有传输速率快、可靠性高、实时性强等优点；

3.采用GPRS无线通信技术有效地解决了集中器与管理中心之间远距离传输问题；

4.采用嵌入式数据库对用户电量进行管理，有效地解决了国内目前集中器在存储用户电量时存储速度慢、存储容量小等诸多问题；

5.采用当今前沿的多路I/O复用技术，避免了集中器在接收采集器或者管理中心发送来的消息时程序陷入阻塞状态；

(四)附图说明：

图1本发明硬件结构示意图

图2本发明软件架构示意图

图3宽带载波电力线网桥流程示意图

图4GPRS应用程序流程示意图

图5数据库软件流程示意图

图中符号说明如下：

1微控制器单元；      2数据存储单元；  3电量存储单元；

4电力线网桥通信单元；5GPRS通信单元；  6电源模块单元；

7系统调度；          8电力线网桥模块；9RS485驱动模块；

10GPRS无线通信模块； 11嵌入式数据库模块。

(五)具体实施方式

本发明一种低压电力线宽带载波集中器，它是由硬件结构和软件结构两大部分构成：软件结构操控硬件结构。

(1)硬件结构

如图1所示，整个集中器硬件结构由微控制器单元1、数据存储单元2、电量存储单元3、电力线网桥通信单元4、GPRS通信单元5、电源模块单元6组成。微控制器单元1与数据存储单元2采用数据总线、地址总线和控制总线连接；微控制器单元1与电量存储单元3采用数据总线、地址总线和控制总线连接；微控制器单元1与电力线网桥通信单元4采用以太网连接；微控制器单元1与GPRS通信单元5采用485总线连接；微控制器单元1与电源模块单元6采用电源总线连接。其中微控制器单元1是整个集中器的核心，它控制数据存储单元2、电量存储单元3、电力线网桥单元4与GPRS通信单元5的有序运行，数据存储单元2主要实现内核镜像、文件系统和用户应用程序的存储，电量存储单元3主要实现用户电量数据的同步存储，电力线网桥通信单元4主要实现集中器与采集器之间的数据交互，GPRS通信单元5主要实现集中器与管理中心的数据交互，电源模块单元6主要实现为整个集中器硬件部分提供所需电源。低压电力线宽带载波集中器的主要工作过程如下：集中器通过电源模块单元6提供的电源上电启动初始化程序，通过GPRS通信单元5等待管理中心向集中器发送抄表指令(包括定时抄表时间间隔、抄表路径)，接收到抄表指令后，集中器将抄表指令通过电力线网桥通信单元4转发给采集器，等待采集器将台区内所有的用户电量采集完毕，集中器通过电力线网桥通信单元4接收完所有的用户电量后，调用电量存储单元3将用户表号、用户电量以及抄表时间存入SD卡或者外挂U盘存储器，等待数据存储完毕后将用户表号、用户电量以及抄表时间通过GPRS通信单元5转发给管理中心，这样一次抄表过程结束；同时集中器还具有用户历史电量查询功能，管理中心通过GPRS通信单元5向集中器发送抄表指令(包括所需查询的电表表号以及抄表时间)，集中器接收到抄表指令后立即调用电量存储单元3启动数据库查询程序，根据电表表号及抄表时间查询对应的用户电量，并将查询结果通过GPRS通信单元5转发给管理中心。

所述微控制器单元1是采用三星ARM9S3C2440处理器，它是基于ARM920T内核的32位嵌入式微处理器，最高工作频率可达533MHz；其带有MMU内存管理单元可支持Windows CE、Linux等嵌入式操作系统，具有丰富的片上资源，如：LCD、DMA控制器，以及USB、以太网、UART、摄像头、触摸屏等接口。

所述数据存储单元2是采用一片三星的K9F1208芯片(64M×8bit)，用于储存系统的Boot Loader、OS内核镜像、文件系统和用户应用程序；采用两片三星的HY57V561620芯片(4M×16bit×4Banks)构成64MB的SDRAM(同步动态随机存取存储器)，用于加载Linux操作系统和运行应用程序。

所述电量存储单元3为集中器提供了大容量用户电量存储，可以根据需要灵活选择SD卡或者U盘作为集中器外部存储器。

所述宽带电力线网桥单元4是选用珠海天瑞公司自主研发的200M加强版电力线网桥TR-DLQ03C模块，它采用西班牙DS2芯片组，它利用原有低压电力线，以200Mbps的物理层通讯速率构建局域网或接入互联网，实现高速数据传输和网络通信。具有免布线、组网方便快捷、终端灵活移动等优点。电力线网桥工作原理：将以太网接口过来的数据进行D/A转换变成模拟信号，用正交频分复用(OFDM)调制到2M-32M频率带宽的1536个载波上，由模拟前端对信号进行滤波和自适应功率放大，再从PLC信号接口耦合到电力线进行传输；将电力线上用正交频分复用(OFDM)调制到2M-32M频率带宽的1536个载波信号从PLC接口提取出来，进行滤波和自适应功率放大后解调节、A/D转换、最后还原为以太网数据从以太网接口输出进行传输，实现借助电力线传输数据。在电力线通信端具有网络配置、网络诊断和分析、应答重传机制、载波侦听、10级以下的中继和最佳路由选择。电力线网桥模块具有10/100M自适应以太网接口、独立的电力线宽带载波信号耦合接口、对电力线宽带载波信号具有自动动态增益调整功能、功率自动调整，能防止不同网络间的干扰、具有自动中继与线路优化功能、能够避免广播风暴与网络环回等优点。

所述GPRS通信单元5是采用山东力创科技有限公司开发的LQ8110，它为用户提供高速、永远在线、透明数据传输通道。LQ8110是基于中国移动通讯运营商的GSM/GPRS通信网络的数据传输和远程监控终端设备，采用当今前沿内核技术设计的一款工业级无线通讯终端产品，适用于GSM/GPRS网络覆盖范围内的各种室内或野外恶劣环境，利用GPRS网络平台实现数据信息的透明传输。模块采用标准的RS-485接口与集中器RS-485接口连接、插入SIM卡、接上5V电源即可正常工作，模块上电后自动拨号上网，稳定在线、断线自动重拨，按照接收和发送数据包的数量大小产生费用，没有数据流量时不产生费用。

所述电源模块单元6是采用将220V交流电经变压器、整流、滤波后输出两路5V直流电压，2路5V直流电压通过两片AS2815-33电压芯片转换为2路3.3V，一路3.3V电压对控制器及外围电路器件供电，另一路3.3V电压对GPRS模块供电，单独供电最大程度避免了外围电路给控制器带来的影响。由于S3C2440需要3.3V和1.3V两种电压，故再利用一片LM1117-ADJ将3.3V转成1.3V。电源系统为整个集中器的各个部分提供5V、3.3V和1.3V电压。

(2)软件结构

集中器与管理中心通信采用GPRS无线通信方式，被动的接收管理中心下发的指令和数据，暂存到数据缓冲区，然后调用协议处理函数，根据协议规定，判断管理中心发来的是何种指令，并作出相应的应答。集中器与采集器通信采用主动下发抄表指令并接收电表数据的方式。在没有与管理中心通信的时候，集中器进行自动控制，完成抄表前的参数设置，再根据管理中心所下发的抄表起始时间和间隔、抄表路径进行自动抄表。根据设置判断是否应该把抄到的数据按照一定的格式冻结到嵌入式数据库，以便管理中心随时提取电表电量数据。同时，对继电器分合指令进行判断，完成对电表的供电、断电操作。

见图2，软件结构由系统调度7、电力线网桥模块8、RS485驱动模块9、GPRS无线通信模块10、嵌入式数据库模块11等部分组成。系统调度7负责整个软件系统的任务调度，首先，操作系统加载RS485驱动模块9，再通过GPRS无线通信模块10等待接收管理中心向集中器发送的抄表指令，集中器接收到抄表指令后调用电力线网桥模块8将指令转发给采集器，等待采集器将用户电量采集完毕后再次调用电力线网桥模块8将采集器数据全部接收，然后调用嵌入式数据库模块11将数据按照指定的格式存入数据库，存储操作完成之后再将数据通过GPRS无线通信模块10发送给管理中心。

所述系统调度7是整个软件系统的核心，它负责整个软件系统的任务调度，其它模块的操作任务的发出与控制都是由系统调度来完成的。

所述电力线网桥模块8负责集中器与电力线网桥通过以太网接口进行通信，由于集中器需要与多台采集终端通过电力线网桥进行数据传输，所以将集中器作为服务器端，采集终端作为客户端。网络通信采用的协议有TCP协议和UDP协议，TCP传输控制协议是一种面向连接的协议，当我们的网络程序使用这个协议的时候，网络可以保证我们的集中器端和采集器端的连接是可靠的、安全的；UDP数据用户报协议是一种非面向连接的协议，这种协议并不能保证我们的网络程序连接是可靠的，所以本项目采用TCP协议。为了实现集中器端与采集器端的通信，集中器端和采集器端都必须创建套接字，集中器端在创建套接字后，需要指定监听的端口来等待采集器，因此还要将套接字与端口号进行绑定，之后集中器处于监听状态，等待采集器来连接指定端口，当接收到采集器的连接请求后，集中器调用接收函数来建立与采集器间的通信，在成功建立通信后，就可以使用读函数写函数进行通信。电力线网桥流程图如图3所示。

所述RS485驱动模块9主要负责RS485的接收与发送使能端之间的切换，驱动程序按照字符设备驱动的模式编写。

所述GPRS无线通信模块10主要负责集中器与管理中心的通信，集中器与GPRS模块采用485接口通信，485通信与RS232通信的区别在于控制器需要通过IO端口控制485的接收与发送，所以集中器与GPRS模块通信的程序由设备驱动程序与应用程序组成。驱动程序按照字符设备驱动程序的模式编写，以模块的形式加载到内核中；应用程序主要完成串口参数的设置、调用驱动程序、读写串口数据。在Linux下进行串口通信首先需要打开串口设备文件，使用open函数打开串口，对于串口的打开操作必须使用O_NOCTTY参数，该参数表示如果打开的是一个终端设备，程序不会成为对应这个端口的控制终端；设置串口通信参数，主要包括波特率、数据位、奇偶校验位、停止位、数据流控制等；读写串口是通过使用read函数和write函数实现，在对串口进行读操作时使用了select函数达到多路复用的目的。图4是GPRS应用程序流程示意图。

所述嵌入式数据库模块11用于将用户电量存储，本发明采用当今前沿的嵌入式SQLite数据库技术，它的目标是尽量简单，因此它抛弃了传统企业级数据库的种种复杂特性，只实现对于数据库而言必备的功能。SQLite数据库具有以下优点：零配置，不需要任何管理性的配置过程、支持SQL92标准、所有数据存放到单独的文件中，支持的最大文件可达2TB，体积小、检索效率高、简单易用的API接口。在使用SQLite数据库之前先要把它移植到Linux操作系统中，然后在应用程序中声明sqlite关键数据结构指针，执行sqlite3_open函数打开数据库，如果数据库已经存在则直接打开现存的数据库，否则创建一个新的数据库，通过sqlite3_exec函数执行create语句创建表格，在每次接收到采集器上传的定时用户电量数据后，通过sqlite3_exec函数执行insert语句将用户电量数据存储在表格中，当管理中心需要查询某一整点时刻的用户历史电量时，应用程序通过sqlite3_get_table函数执行select语句查询出历史数据。图5是数据库软件流程示意图。

当集中器工作时，先按照集中器中默认的定时抄表时间间隔和抄表路径抄收采集器的用户电量，等待采集器将用户电量上传完毕以后，启动嵌入式数据库存储操作，将用户电表表号、用户电量数据、抄表时间同步存入数据库中，当数据库存储操作结束以后，将RS485总线切换到发送状态，将用户电表表号、用户电量数据、抄表时间按照规定的通信协议通过GPRS无线通信发送给管理中心，再将将RS485总线切换到接收状态；管理中心能够重新设定抄表时间间隔，并可以选择以下四种操作类型：定时立即抄表、定时历史抄表、单次立即抄表、单次历史抄表，将以上操作按照规定的通信协议通过GPRS无线通信发送给集中器，集中器接收到管理中心下发的抄表指令之后，判断指令是立即抄表还是历史抄表，如果是历史抄表，则启动数据库查询操作，将查询到的数据按照规定的通信协议通过GPRS无线通信发送给管理中心，如果为立即抄表，则按照规定的通信协议将指令通过宽带电力线网桥模块发送给采集器，采集器接收到集中器下发的抄表指令之后，按照指令要求采集用户电量，采集完全部用户电量后，将用户电量数据通过宽带电力线网桥模块上传给集中器，集中器接收到数据后先执行数据存储操作，再将用户电量数据通过GPRS无线通信发送给管理中心。

Claims (7)

1.一种低压电力线宽带载波集中器，其特征在于：它是由硬件结构和软件结构两大部分构成，该硬件结构是整个低压电力线宽带载波集中器的硬件平台，该软件结构是基于此硬件平台下开发的驱动程序与应用程序，软件结构操控硬件结构；

所述硬件结构，由微控制器单元、数据存储单元、电量存储单元、电力线网桥通信单元、GPRS通信单元和电源模块单元六部分组成，其中，微控制器单元与数据存储单元采用数据总线、地址总线和控制总线连接；微控制器单元与电量存储单元采用数据总线、地址总线和控制总线连接；微控制器单元与电力线网桥通信单元采用以太网连接；微控制器单元与GPRS通信单元采用485总线连接；微控制器单元与电源模块单元采用电源总线连接；该微控制器单元是整个集中器的核心，它控制数据存储单元、电量存储单元、电力线网桥单元与GPRS通信单元的有序运行，该数据存储单元实现内核镜像、文件系统和用户应用程序的存储，该电量存储单元实现用户电量数据的同步存储，该电力线网桥通信单元实现集中器与采集器之间的数据交互，该GPRS通信单元实现集中器与管理中心的数据交互，该电源模块单元实现为整个集中器硬件部分提供所需电源；

所述软件结构由系统调度、电力线网桥模块、RS485驱动模块、GPRS无线通信模块和嵌入式数据库模块组成；其间关系是：系统调度负责整个软件系统的任务调度，操作系统加载RS485驱动模块，再通过GPRS无线通信模块等待接收管理中心向集中器发送的抄表指令，集中器接收到抄表指令后调用电力线网桥模块将指令转发给采集器，等待采集器将用户电量采集完毕后再次调用电力线网桥模块将采集器数据全部接收，然后调用嵌入式数据库模块将数据按照指定的格式存入数据库，存储操作完成之后再将数据通过GPRS无线通信模块发送给管理中心；

该系统调度是整个软件系统的核心，该系统调度是由Linux内核以及应用程序的主函数组成，它负责整个软件系统的任务调度，其它模块的操作任务的发出与控制都是由系统调度来完成的；

该电力线网桥模块由设置IP及端口、创建套接字、绑定套接字、监听网络、等待连接、申明fd_set读集合、读集合清零、网口设备加入读集合、写网口设备文件和读网口设备文件组成，它负责集中器与电力线网桥通过以太网接口进行通信，网络通信采用的协议有TCP协议和UDP协议；

该RS485驱动模块是由端口初始化、与应用程序相对应的open函数、与应用程序相对应的ioctl函数、与应用程序相对应的close函数、创建file_operations结构体、驱动模块的加载和驱动模块的卸载组成，它主要负责RS485的接收与发送使能端之间的切换，驱动程序按照字符设备驱动的模式编写；

该GPRS无线通信模块是由打开串口设备文件、串口初始化设置、打开GPRS设备文件、GPRS接收或者发送状态的设置、申明fd_set读集合、读集合清零、串口设备加入读集合、延时、读串口设备文件和写串口设备文件组成，它负责集中器与管理中心的通信，集中器与GPRS模块采用485接口通信，所以集中器与GPRS模块通信的程序由设备驱动程序与应用程序组成；驱动程序按照字符设备驱动程序的模式编写，以模块的形式加载到内核中；应用程序主要完成串口参数的设置、调用驱动程序、读写串口数据；

该嵌入式数据库模块是由打开数据库、创建表格、插入数据和查询数据组成，它用于将用户电量存储，采用嵌入式SQLite数据库技术。

2.根据权利要求1所述的一种低压电力线宽带载波集中器，其特征在于：该微控制器单元的型号是ARM9 S3C2440。

3.根据权利要求1所述的一种低压电力线宽带载波集中器，其特征在于：该数据存储单元采用一片存储芯片的型号是K9F1208，两片存储芯片的型号是HY57V561620。

4.根据权利要求1所述的一种低压电力线宽带载波集中器，其特征在于：该电力线网桥通信单元的型号是TR-DLQ03C。

5.根据权利要求1所述的一种低压电力线宽带载波集中器，其特征在于：该GPRS通信单元的型号是LQ8110。

6.根据权利要求1所述的一种低压电力线宽带载波集中器，其特征在于：该电量存储单元根据需要选择SD卡或U盘作为集中器外部存储器。

7.根据权利要求1所述的一种低压电力线宽带载波集中器，其特征在于：该电源模块单元采用两片电压芯片的型号是AS2815-33，一片电压芯片的型号是LM1117-ADJ。

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