CN102711214A - 基于多信道通信双频组网的无线智能集中器及其组网方法 - Google Patents
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Abstract
基于多信道通信双频组网的无线智能集中器及其组网方法，涉及一种无线智能集中器及其组网方法，无线智能集中器由集中器与无线路由模块两个独立部分组成，集中器与无线路由模块之间通过无线通信接口连接并通信，CPU主控模块是集中器的核心控制模块，包括CPU、数据存储器、程序存储器等元件，控制整个集中器的运行；组网时所有未入网节点以广播方式发送申请入网命令，入网命令在8个信道辅频轮流发送，命令发送后立即切换到主频等待路由回复命令；解决集中器组网时相邻台区相互干扰，抄表命令与组网命令相混淆，修复无线网络困难。多信道通信、主频抄表和辅频发送入网命令，使抄表与组网相互不干扰，大大提高了抄表成功率和组网效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线智能集中器及其组网方法，特别是一种基于多信道通信双频组网的无线智能集中器及其组网方法。
背景技术
近年来，我国智能电网建设已经全面展开，无线集中抄表技术在全国范围内大规模应用，智能集中器是集中抄表技术中的重要的环节。抄读成功率是用户普遍关注的一个重要指标。无线路由模块的组网性能是这项指标高低的决定性因素。
目前市场上现有市场上现有的无线集中器通常使用通信和组网都使用同一通信频率，此设计方案虽然具有设计简单，路由成本低的优点，但也具有明显的不足：两个相邻台区使用同一频段组网和抄表会相互干扰；抄表与组网使用同一频段，新增和删除节点时，组网命令与抄表命令相互干扰，容易出现抄表数据错误或组网命令失败的情况；修复无线网络困难，如果有子节点暂时离线（例如停电、遮挡等），无法及时发现，通常需要花费24小时以上才可以发现并修复无线网络。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有多信道通信双频组网方式的无线智能集中器，解决集中器组网时相邻台区相互干扰，抄表命令与组网命令相混淆，修复无线网络困难的问题。同时提出了多信道通信、主频抄表和辅频发送入网命令的新型组网方式，抄表与组网相互不干扰，大大提高了抄表成功率和组网效率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
基于多信道通信双频组网的无线智能集中器，所述无线智能集中器由集中器与无线路由模块两个独立部分组成，集中器与无线路由模块之间通过无线通信接口连接并通信， CPU主控模块是集中器的核心控制模块，包括CPU、数据存储器、程序存储器等元件，控制整个集中器的运行；电源管理模块为集中器提供稳定的电源输出，包括主电源和备用电源；交流采样模块负责集中器的计量功能，并通过SPI总线将采集的数据传输给CPU主控模块；RS485模块与下行电能表通过RS485总线连接，负责集中器的抄表工作，通过UART通信总线与CPU主控模块连接；红外模块负责集中器的红外通信功能，红外通信频率为38KHz，通过UART总线与CPU主控模块连接；Flash、FRAM存储器模块负责集中器的数据存储，包括Flash、铁电等多种数据存储方式，通过SPI总线与CPU主控模块连；无线路由模块为集中器的无线通信和无线网络维护，集中器的抄表与组网工作是通过无线路由模块完成，路由模块由CPU、Flash、无线传输芯片、模拟切换开关、射频天线组成，CPU主控模块与无线路由模块通过无线通信接口连接，使用UART总线连接，并且集中器通过无线路由通信接口为路由模块供电。
所述的基于多信道通信双频组网的无线智能集中器，其所述集中器与无线路由模块的每一部分由单独的CPU进行独立控制。
基于多信道通信双频组网的无线智能集中器组网方法，其所述方法包括以下过程：组网时，所有未入网节点以广播方式发送申请入网命令，申请入网命令在8个信道的辅频轮流发送，命令发送后立即切换到主频等待路由回复命令；路由在设置的频段使用辅频监听，当路由接收到节点的申请入网命令后，记录节点路径信息并在相应频段回复允许入网命令，子节点接收命令后记录通信频段及上、下级节点信息。节点入网后，只工作在预设频段，主频通信，辅频监听，不再发送申请组网命令；路由根据无线节点的信号强度逐级建立路径，并记录完整的路径信息，节点记录下一级节点信息和上一级节点信息；新增节点时，节点在8个信道的辅频轮流发送申请组网命令，命令发送后立即切换到主频等待路由回复命令；删除节点时，路由发送删除节点命令，并删除路由中该节点相关的路径记录；入网的节点每隔一段时间向上一级中继发送心跳包，已入网节点接收到下级心跳包自动回复，路由回复一级中继心跳包。
所述的基于多信道通信双频组网的无线智能集中器组网方法，其所述新增节点时，周围节点接收到申请入网命令后，使用辅频向上级节点发送新节点申请入网命令，逐级上报路由；路由接收到新节点申请入网命令后，记录节点路径信息并在相应频段回复允许入网命令；删除节点时，节点更新上、下级节点相关信息，被删除节点恢复为未入网节点。
所述的基于多信道通信双频组网的无线智能集中器组网方法，其所述入网的节点如果上一级节点没有收到某个下一级节点的心跳包，并在呼叫无应答后确诊为该节点出现故障，主动报告给路由，路由标记该节点损坏，并修复与该节点相关的路径。
所述的基于多信道通信双频组网的无线智能集中器组网方法，其所述8个信道为在频率470MHz~510MHz之间分为8个信道，主频和辅频均占用200KHz，主频和辅频频率差为2M，这样可以保证任意主频之间通信不干扰，任意辐频之间通信相互不干扰，主频与辐频之间也不干扰。
所述的基于多信道通信双频组网的无线智能集中器组网方法，其所述组网方法主频是正常抄表和通信所使用的频率，通信包括允许入网命令、回复允许入网命令、搜寻子节点命令、上/下行上报子节点命令，上行通信是节点到路由的通信，下行通信是路由到节点的通信、心跳包和回复心跳包；辅频用于组网，未入网节点在辅频发送申请入网命令，已入网节点和路由在辅频监听。
所述的基于多信道通信双频组网的无线智能集中器组网方法，其所述组网方法不同台区的无线路由模块设置在不同信道工作，集中器具有主动监听无线网络状态并自动选择最优信道进行通信，或在集中器的LCD显示界面上手动设置和查询当前台区通信信道。
本发明的优点与效果是：
多信道通信、主频抄表和辅频发送入网命令的新型组网方式，抄表与组网相互不干扰，大大提高了抄表成功率和组网效率；未入网节点以广播方式在辅频发送申请入网命令，所有已入网节点作为中继处理申请入网命令，已入网节点并行工作，减轻路由工作量，大幅加快组网速度；不同台区使用不同频段通信，相邻台区不相互干扰；节点主动申请入网，新增节点入网容易，组网速度快；有效的节点故障诊断方法，保证路由能够及时地修复网络。
附图说明
图1是本发明的集中器硬件结构图；
图2是本发明的路由模块的硬件结构图；
图3是本发明的无线网络示意图；
图4是本发明多信道通信双频组网方法的组网实施例的流程图；
图5是本发明多信道通信双频组网方法的新增节点实施例的流程图；
图6是本发明多信道通信双频组网方法的删除节点实施例的流程图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。
本发明的集中器硬件电路结构如图1所示，包括：CPU控制模块、液晶显示模块、电源管理模块、交流采样模块、RS485通信接口、红外通信接口、存储器、无线通信接口等。集中器的CPU使用Atmel公司推出的32位ARM9处理器。
本发明的路由模块硬件电路结构如图2所示，包括：路由CPU，Flash存储器、无线通信芯片、模拟切换开关、天线、无线通信接口等。路由模块的CPU使用ST公司推出的32位ARM7处理器。
多信道通信多频组网的组网方法实施例如图2所示：
步骤101，开始组网后，路由按照设置的工作信道使用辅频监听申请入网命令。未入网节点轮流在8个信道的辅频发送申请入网命令，命令发送后，节点立即切换到主频，并等待n秒接收允许入网命令，如未接收到允许入网命令，节点切换到下一信道，继续发送申请入网命令并等待。
步骤102，路由接收到申请入网命令后，使用主频发送允许入网命令；未入网节点主频接收到允许入网命令。
步骤103，未入网节点接收到允许入网命令后，转变为已入网节点，并按照返回的命令设置自身中继级别及存储该节点的通信路径。路由切换回辅频继续监听申请入网命令。
步骤104，中继节点进入组网状态，使用辅频监听其它未入网节点申请入网命令。
步骤105，中继接收到其它未入网节点的申请入网命令后，自动按照已存储的节点通信路径将申请入网命令使用辅频逐级传给路由。中继节点发送申请入网命令后切换到主频等待允许入网命令，等待n秒未接收到允许入网命令重新执行步骤105，直至路由成功回复。
步骤106，路由在辅频接收到中继发送的申请入网命令后，使用主频发送允许入网命令，并按照路由表逐级传输给中继节点。中继接收到允许入网命令后，将允许入网命令发送给下级申请入网的节点，并记录下级节点信息。申请入网的节点接收到允许入网命令后，转变为已入网节点，并按照返回的命令设置自身中继级别及存储该节点的通信路径。
多信道通信多频组网的新增节点入网方法实施例如图3所示：
步骤201，无线网线新增节点时，路由使用主频广播发送搜索未入网节点命令，并切换到辅频监听；已入网节点收到搜索未入网节点命令后，自动向下级节点转发该命令，并使用辅频监听；新入网节点使用辅频发送申请入网命令，使用主频监听。
步骤202，已入网节点使用辅频监听；路由使用辅频监听。
步骤203，已入网节点接收到未入网节点的申请入网命令后，使用辅频将申请入网命令逐级转发路由，并切换到主频监听。
步骤204，路由使用主频发送允许入网命令；已入网节点接收到允许入网命令后，逐级转发给未入网节点；未入网节点使用主频监听。
步骤205，未入网节点接收到允许入网命令后，转变为已入网节点，并按照返回的命令设置自身中继级别及存储该节点的通信路径；已入网节点恢复正常抄表状态，路由恢复正常抄表状态。
多信道通信多频组网的删除节点方法实施例如图4所示：
步骤301，路由使用主频按照路由表中的路径信息发送删除节点命令；中继节点逐级转发命令；被删除节点删除自身全部路径信息，变为未入网节点。
步骤302，路由更新路由表中与被删除节点相关的路径信息，并使用主频将新路径信息下发给已入网节点；已入网节点更新路径信息。
节点故障的诊断与网络修复。
节点入网后，每隔固定时间间隔发送心跳包与上一级节点联系，上一级节点收到心跳包后，给该节点回复确认包。如果上一级节点在指定的时间内未收到某一下级的心跳包，则主动呼叫该节点，如果未收到回应，则判定该节点为故障节点，主动上报给路，路由使用备用网络通信，直到该节点恢复正常。
Claims (8)
1.基于多信道通信双频组网的无线智能集中器，所述无线智能集中器由集中器与无线路由模块两个独立部分组成，其特征在于，集中器与无线路由模块之间通过无线通信接口连接并通信， CPU主控模块是集中器的核心控制模块，包括CPU、数据存储器、程序存储器等元件，控制整个集中器的运行；电源管理模块为集中器提供稳定的电源输出，包括主电源和备用电源；交流采样模块负责集中器的计量功能，并通过SPI总线将采集的数据传输给CPU主控模块；RS485模块与下行电能表通过RS485总线连接，负责集中器的抄表工作，通过UART通信总线与CPU主控模块连接；红外模块负责集中器的红外通信功能，红外通信频率为38KHz，通过UART总线与CPU主控模块连接；Flash、FRAM存储器模块负责集中器的数据存储，包括Flash、铁电等多种数据存储方式，通过SPI总线与CPU主控模块连；无线路由模块为集中器的无线通信和无线网络维护，集中器的抄表与组网工作是通过无线路由模块完成，路由模块由CPU、Flash、无线传输芯片、模拟切换开关、射频天线组成，CPU主控模块与无线路由模块通过无线通信接口连接，使用UART总线连接，并且集中器通过无线路由通信接口为路由模块供电。
2.根据权利要求1所述的基于多信道通信双频组网的无线智能集中器，其特征在于，所述集中器与无线路由模块的每一部分由单独的CPU进行独立控制。
3.基于多信道通信双频组网的无线智能集中器组网方法，其特征在于，所述方法包括以下过程：组网时，所有未入网节点以广播方式发送申请入网命令，申请入网命令在8个信道的辅频轮流发送，命令发送后立即切换到主频等待路由回复命令；路由在设置的频段使用辅频监听，当路由接收到节点的申请入网命令后，记录节点路径信息并在相应频段回复允许入网命令，子节点接收命令后记录通信频段及上、下级节点信息；节点入网后，只工作在预设频段，主频通信，辅频监听，不再发送申请组网命令；路由根据无线节点的信号强度逐级建立路径，并记录完整的路径信息，节点记录下一级节点信息和上一级节点信息；新增节点时，节点在8个信道的辅频轮流发送申请组网命令，命令发送后立即切换到主频等待路由回复命令；删除节点时，路由发送删除节点命令，并删除路由中该节点相关的路径记录；入网的节点每隔一段时间向上一级中继发送心跳包，已入网节点接收到下级心跳包自动回复，路由回复一级中继心跳包。
4.根据权利要求3所述的基于多信道通信双频组网的无线智能集中器组网方法，其特征在于，所述新增节点时，周围节点接收到申请入网命令后，使用辅频向上级节点发送新节点申请入网命令，逐级上报路由；路由接收到新节点申请入网命令后，记录节点路径信息并在相应频段回复允许入网命令；删除节点时，节点更新上、下级节点相关信息，被删除节点恢复为未入网节点。
5.根据权利要求4所述的基于多信道通信双频组网的无线智能集中器组网方法，其特征在于，所述入网的节点如果上一级节点没有收到某个下一级节点的心跳包，并在呼叫无应答后确诊为该节点出现故障，主动报告给路由，路由标记该节点损坏，并修复与该节点相关的路径。
6.根据权利要求3所述的基于多信道通信双频组网的无线智能集中器组网方法，其特征在于，所述8个信道为在频率470MHz~510MHz之间分为8个信道，主频和辅频均占用200KHz，主频和辅频频率差为2M，这样可以保证任意主频之间通信不干扰，任意辐频之间通信相互不干扰，主频与辐频之间也不干扰。
7.根据权利要求3所述的基于多信道通信双频组网的无线智能集中器组网方法，其特征在于，所述组网方法主频是正常抄表和通信所使用的频率，通信包括允许入网命令、回复允许入网命令、搜寻子节点命令、上/下行上报子节点命令，上行通信是节点到路由的通信，下行通信是路由到节点的通信、心跳包和回复心跳包；辅频用于组网，未入网节点在辅频发送申请入网命令，已入网节点和路由在辅频监听。
8.根据权利要求3所述的基于多信道通信双频组网的无线智能集中器组网方法，其特征在于，所述组网方法不同台区的无线路由模块设置在不同信道工作，集中器具有主动监听无线网络状态并自动选择最优信道进行通信，或在集中器的LCD显示界面上手动设置和查询当前台区通信信道。
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