CN102868437A - 用于通信信号盲区的负控终端无线数据传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于通信信号盲区的负控终端无线数据传输系统，包括用于采集用电数据、进行用电监测的数据采集模块，由负控终端设备和一至多个多功能电表组成；用于进行网络通信的GPRS/CDMA通信模块；以及用于负控终端设备与GPRS/CDMA通信模块之间进行无线通信的无线数据传输模块，所述无线数据传输模块包括与负控终端设备连接的TM模块和与GPRS/CDMA通信模块连接的GM模块。本发明的无线数据传输系统采用无线数据传输与GPRS/CDMA无线通信网络相结合的方式，消除了网络通信中存在信号盲点问题，满足负控终端设备数据通信的要求。

Description

用于通信信号盲区的负控终端无线数据传输系统

技术领域

本发明涉及一种数据传输系统，特别是一种应用在移动通信信号盲区内工作的负控终端无线数据传输系统。

背景技术

智能电网就是把最新的信息化技术、通信技术、计算机控制技术和原有的输、配电基础设施高度结合，形成一个新型电网，实现电力系统的智能化。建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础，而构建一个能够全面地对用电单位进行用电监测的通信网络是智能电网建设中基础的基础。从技术层面上讲，目前对用电单位进行用电监测的通信网络系统按底层通信方式的不同可分为以下几种：

1）通过电力载波通信方式

这种通信方式不需要投资铺设通信线路，可以节约资金投入，还具有维护量小的特点，尤其是近年来扩频通信技术的成功应用，使得低压电力载波通信开始应用在远程无线自动电抄表系统中。但目前电力载波通信有着明显不足：主要表现为高噪声、低阻抗、损耗大、波动大、易受外界干扰。在我国的一些低压配电网中，由于负荷变化大且缺乏规律性，各种干扰十分严重，将扩频通信技术应用于负控终端对用电单位进行用电监测通信还面临很多问题，因此目前在我国并未取得好的效果。

2）通过RS485 有线通信网方式

EIA RS485 是标准化CCITT V.11/X.27 兼容的平衡式电气特性标准，RS485 有线通信网通过在一对平衡的互连电缆上传送差分信号并在接收端进行信号判决的方式来实现数据传输。该网络具有抗干扰能力强、传输距离远（1200M）、数据速率高（100kb/s）的特点，但由于它是有线网络，需要专门铺设传输设备，这需要额外的投资费用。

3）采用电话线和调制解调器传送数据和控制信号方式

该方案的优点是安装使用方便，只要通电话的地方就能实施，其缺点是维护成本高、扩展性能差，且MODEM长时间带电，易出现不稳定的情况。另外对于没有安装电话线路的偏远地区，因需要重新铺设电话线路而使成本增加。

4）北斗通信方式

北斗通信是利用卫星通信不受地域限制、无需专门铺设传输设备的一种通信方式，其优点是：具有定位和通信双重作用，具备短信通信功能，可以解决其它方式信号无法覆盖地区的通信问题。但就供电行业负控终端的应用通信而言，使用成本很高，不仅需要购买卫星通信终端，而且施工复杂，并要为每条短信通信支付一定的费用。

5）通过GPRS/CDMA 无线通信网方式

GPRS 是通用无线分组业务的英文简称，CDMA是码分多址的英文缩写，参照图1，目前大多数负控终端设备都提供了基于GPRS/CDMA 的通信方式来实现对用电单位进行用电监测。GPRS/CDMA无线通信网方式作为一种成熟的传输网络，具有传输率大、频率利用率高、数据传输可靠等特点，可以满足负控终端设备数据通信的要求。同时由于每个负控终端设备一年的使用费仅100元左右，因此是目前大多数数据采集与监控设备比较常用的无线通信方式。

但GPRS/CDMA 通信方式也存在一些限制，例如在地下室或比较偏远的地区，如小水电站所处的山谷地带等，往往没有移动通信信号或移动通信信号不够稳定，无法直接采用带GPRS/CDMA 通信模块的负控终端设备对用电单位进行用电监测和管理。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种应用在移动通信信号盲区内工作的负控终端无线数据传输系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

用于通信信号盲区的负控终端无线数据传输系统，包括用于采集用电数据、进行用电监测的数据采集模块，所述数据采集模块包括负控终端设备；用于进行网络通信的GPRS/CDMA通信模块；用于负控终端设备与GPRS/CDMA通信模块之间进行无线通信的无线数据传输模块，所述无线数据传输模块包括与负控终端设备连接的TM模块和与GPRS/CDMA通信模块连接的GM模块。

进一步，所述数据采集模块中还包括多功能电表，所述多功能电表与负控终端设备连接，多功能电表直接设置在电网终端用于进行数据采集和用电检查。

优选的，所述TM模块由用于与负控终端设备连接的终端接口电路、串口通信电路Ⅰ、微处理器Ⅰ、看门狗及复位电路Ⅰ、无线射频电路Ⅰ和用于转换电压的电源电路Ⅰ构成，所述终端接口电路、串口通信电路Ⅰ和无线射频电路Ⅰ分别与微处理器Ⅰ连接，所述看门狗及复位电路Ⅰ连接微处理器Ⅰ用于微处理器Ⅰ的复位。

进一步，所述终端接口电路设置有与负控终端设备连接的电源线和数据线，所述电源电路Ⅰ连接终端接口电路，TM模块通过终端接口电路连接在负控终端设备后，可从负控终端设备处取得电源，并通过电源电路Ⅰ转换为TM模块上各个元器件的工作电压。

优选的，所述GM模块由用于与GPRS/CDMA通信模块连接的通信模块接口电路、串口通信电路Ⅱ、微处理器Ⅱ、看门狗及复位电路Ⅱ、无线射频电路Ⅱ和用于转换电压的电源电路Ⅱ构成，所述通信模块接口电路、串口通信电路Ⅱ和无线射频电路Ⅱ分别与微处理器Ⅱ连接，所述看门狗及复位电路Ⅱ连接微处理器Ⅱ用于微处理器Ⅱ的复位。

进一步，所述电源电路Ⅱ连接GPRS/CDMA通信模块并为GPRS/CDMA通信模块提供工作电源。

进一步，所述GM模块还包括太阳能电池，所述太阳能电池连接电源电路Ⅱ，太阳能电池输出的电经电源电路Ⅱ转换电压后为GM模块的各电路提供工作电源。

本发明的有益效果是：本发明的无线数据传输系统采用无线数据传输与GPRS/CDMA无线通信网络相结合的方式，在GPRS/CDMA无线通信网络的通信信号盲点处采用无线数据传输模块进行短距离的数据传输，再通过GPRS/CDMA无线通信网络进行长距离数据传输，克服了GPRS/CDMA无线通信网络具有通信盲点的缺点。本发明的无线数据传输系统具有传输率大、频率利用率高、数据传输可靠、成本低、维护费用低等特点，同时消除了网络通信中存在信号盲点问题，满足负控终端设备数据通信的要求，适用于供电局对用电单位进行用电监测。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有基于GPRS/CDMA 通信方式的负控终端设备工作示意图；

图2是本发明的无线数据传输系统结构示意图；

图3是本发明中TM模块的结构框图；

图4是本发明中GM模块的结构框图；

图5是TM（GM）模块的工作流程图；

图6是TM（GM）模块无线接收中断流程图；

图7是TM（GM）模块串口接收中断流程图。

    图中标号说明：1、数据采集模块，2、多功能电表，3、负控终端设备，4、无线数据传输模块，5、TM模块，51、终端接口电路，52、串口通信电路Ⅰ，53、微处理器Ⅰ，54、看门狗及复位电路Ⅰ，55、无线射频电路Ⅰ，56、电源电路Ⅰ，6、GM模块，61、通信模块接口电路，62、串口通信电路Ⅱ，63、微处理器Ⅱ，64、看门狗及复位电路Ⅱ，65、无线射频电路Ⅱ，66、电源电路Ⅱ，67、太阳能电池，7、GPRS/CDMA通信模块，8、信息控制中心。

具体实施方式

参照图2，本发明提供的一种用于通信信号盲区的负控终端无线数据传输系统，包括用于采集用电数据、进行用电监测的数据采集模块1，由一个负控终端设备3和一至多个多功能电表2组成，所述多功能电表2通过标准接口与负控终端设备3连接，所述负控终端设备3通过无线数据传输模块4连接GPRS/CDMA通信模块7，GPRS/CDMA通信模块7用于与供电局里的信息控制中心8进行网络通信。

所述无线数据传输模块4包括与负控终端设备3连接的TM模块5和与GPRS/CDMA通信模块7连接的GM模块6。

参照图3，TM模块5由终端接口电路51、串口通信电路Ⅰ52、微处理器Ⅰ53、看门狗及复位电路Ⅰ54、无线射频电路Ⅰ55和电源电路Ⅰ56构成，所述的终端接口电路51、串口通信电路Ⅰ52、看门狗及复位电路Ⅰ54和无线射频电路Ⅰ55分别与微处理器Ⅰ53连接。其中，终端接口电路51用来与负控终端设备3直接相连，以实时接收负控终端设备3发出的电平信号和数据包，并把这些信号和数据包传给微处理器Ⅰ53，所述终端接口电路51也会把微处理器Ⅰ53传出的电平信号和数据包传给负控终端设备3。微处理器Ⅰ53把终端接口电路51送来的电平信号和数据包经过编码送往无线射频单元Ⅰ55，也可将无线射频单元Ⅰ55送来的数据信号经解码后送到终端接口电路51。无线射频单元Ⅰ55把微处理器Ⅰ53送来的编码信号经天线发射出去，也可把GM模块6发送过来的无线信号接收下来，并送到微处理器Ⅰ53。串口通信电路Ⅰ52用来与PC机的RS232串口电路相连，以便装载程序到微处理器Ⅰ53。看门狗及复位电路Ⅰ54用来对微处理器Ⅰ53上电时复位，以及当TM模块5不能正常工作时的重新复位，使TM模块5能够恢复到正常工作状态。终端接口电路51处设置有与负控终端设备3连接的电源线和数据线，TM模块5通过终端接口电路51与负控终端设备3连接后，电源电路Ⅰ56把终端接口电路51传过来的5V电源转换为3.3V电源，供TM模块5上的元器件工作之用。

参照图4，GM模块6由通信模块接口电路61、串口通信电路Ⅱ62、微处理器Ⅱ63、看门狗及复位电路Ⅱ64、无线射频电路Ⅱ65、电源电路Ⅱ66和太阳能电池67构成，所述通信模块接口电路61、串口通信电路Ⅱ62、看门狗及复位电路Ⅱ64和无线射频电路Ⅱ65分别与微处理器Ⅱ63连接，所述太阳能电池67连接电源电路Ⅱ66。其中，通信模块接口电路61用来与GPRS/CDMA通信模块7直接相连，从GPRS/CDMA通信模块7获得电平信号和数据包后传送给微处理器Ⅱ63，也负责把微处理器Ⅱ63传过来的电平信号和数据包传送给GPRS/CDMA通信模块7。电源电路Ⅱ66从太阳能电池67处获得电源，并转换为3.3V电压供GM模块6上的元器件工作之用，优选的，太阳能电池67中的蓄电池规格为12V 50AH，太阳能电池板为40W 12V，能保证在连续15天无阳光时正常工作；进一步，电源电路Ⅱ66还连接GPRS/CDMA通信模块7，电源电路Ⅱ66为GPRS/CDMA通信模块7提供工作电源，GM模块6上的串口通信电路Ⅱ62、微处理器Ⅱ63、看门狗及复位电路Ⅱ64和无线射频电路Ⅱ65的作用与TM模块5上对应电路的作用相同。

优选的，TM模块5和GM模块6中的无线射频电路55、65工作频率为2.4GHz。无线射频电路55、65数据传送功率可调，最大传输速率为250Kbps。

优选的，TM模块5和GM模块6中采用的微处理器53、63具有低功率、低成本、完全兼容IEEE802.15.4等特点，集成了32位RISC MCU内核、高性能的2.4GHz IEEE802.15.4射频收发器、192kB ROM和96kB RAM，并为无线传感器网络应用提供了通用的低成本解决方案。高度集成有助于降低整个系统的成本，特别是192K ROM存储器可实现点对点和网状网络协议栈的集成RAM可支持路由算法和应用控制的功能，无需添加额外的外部存储。使用硬件MAC和安全性极高的AES编码加速器，大大降低功耗和处理器的费用。

优选的，所述的负控终端设备3选择采用华立HL3202型负荷管理终端，多功能电表2选择采用华立DTSD1088型三相电子式多功能电能表，GPRS/CDMA通信模块7为基于有方Neo_M590通信模块的B010。

本发明的工作过程是：供电部门的信息控制中心8通过网络发送命令给安放在有移动通信信号区域内的GPRS/CDMA通信模块7，GPRS/CDMA 通信模块7获得指令后借助相连的GM模块6，将指令传送到移动通信信号盲区内的TM模块5，TM模块5将指令传给相连接的负控终端设备3，负控终端设备3根据约定解析出相关指令，再对指令进行响应，例如进行参数设置、用电监测、或将指令传给与之连接的多功能电表2。数据采集的过程是：安放在移动通信信号盲区内的负控终端设备3根据预先设置，从多功能电表2中采集数据或对用电单位进行用电监测，并借助与之连接的TM模块5，将数据传送到安放在有移动通信信号区域的GM模块6，GM模块6获得数据以后将数据传送给与之连接的GPRS/CDMA 通信模块7，GPRS/CDMA 通信模块7获得数据后将数据通过网络传回到供电部门的信息控制中心8中。图5至图7为TM模块5和GM模块6的工作过程流程图。

本发明通过对负控终端设备3和GPRS/CDMA通信模块7之间的电平信号及数据包无线传输，实现了GPRS/CDMA通信模块7与负控终端设备3空间位置上的分离，同时保证其间相互传送数据及电平信号的准确性，因此可以将GPRS/CDMA通信模块7与GM模块6一起放置在有GPRS信号或CDMA信号的位置，从而解决了在负控终端设备3处无移动通信信号情况下，系统仍可以借助本发明实现远程数据传输。

本发明的无线数据传输系统采用无线数据传输与GPRS/CDMA无线通信网络相结合的方式，在GPRS/CDMA无线通信网络的通信信号盲点处采用无线数据传输模块4进行短距离的数据传输，再通过GPRS/CDMA无线通信网络进行长距离数据传输，克服了GPRS/CDMA无线通信网络无法适应通信信号盲区的缺点。本发明的无线数据传输系统具有传输率大、频率利用率高、数据传输可靠、成本低、维护费用低等特点，同时消除了网络通信中存在的信号盲点问题，满足负控终端设备3数据通信的要求，适用于供电局对用电单位进行用电监测。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述所述的实施例，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.用于通信信号盲区的负控终端无线数据传输系统，包括： 

   用于采集用电数据、进行用电监测的数据采集模块（1），所述数据采集模块（1）包括负控终端设备（3）；

   用于进行网络通信的GPRS/CDMA通信模块（7）；

   其特征在于：还包括用于负控终端设备（3）与GPRS/CDMA通信模块（7）之间进行无线通信的无线数据传输模块（4），所述无线数据传输模块（4）包括与负控终端设备（3）连接的TM模块（5）和与GPRS/CDMA通信模块（7）连接的GM模块（6）。

2.根据权利要求1所述的用于通信信号盲区的负控终端无线数据传输系统，其特征在于：所述数据采集模块（1）中还包括用于采集数据的多功能电表（2），所述多功能电表（2）与负控终端设备（3）连接。

3.根据权利要求1或2所述的用于通信信号盲区的负控终端无线数据传输系统，其特征在于：所述TM模块（5）由用于与负控终端设备（3）连接的终端接口电路（51）、串口通信电路Ⅰ（52）、微处理器Ⅰ（53）、看门狗及复位电路Ⅰ（54）、无线射频电路Ⅰ（55）和用于转换电压的电源电路Ⅰ（56）构成，所述终端接口电路（51）、串口通信电路Ⅰ（52）和无线射频电路Ⅰ（55）分别与微处理器Ⅰ（53）连接，所述看门狗及复位电路Ⅰ（54）连接微处理器Ⅰ（53）用于微处理器Ⅰ（53）的复位。

4.根据权利要求3所述的用于通信信号盲区的负控终端无线数据传输系统，其特征在于：所述终端接口电路（51）设置有与负控终端设备（3）连接的电源线和数据线，所述电源电路Ⅰ（56）连接终端接口电路（51）。

5.根据权利要求1或2所述的用于通信信号盲区的负控终端无线数据传输系统，其特征在于：所述GM模块（6）由用于与GPRS/CDMA通信模块（7）连接的通信模块接口电路（61）、串口通信电路Ⅱ（62）、微处理器Ⅱ（63）、看门狗及复位电路Ⅱ（64）、无线射频电路Ⅱ（65）和用于转换电压的电源电路Ⅱ（66）构成，所述通信模块接口电路（61）、串口通信电路Ⅱ（62）和无线射频电路Ⅱ（65）分别与微处理器Ⅱ（63）连接，所述看门狗及复位电路Ⅱ（64）连接微处理器Ⅱ（63）用于微处理器Ⅱ（63）的复位。

6.根据权利要求5所述的用于通信信号盲区的负控终端无线数据传输系统，其特征在于：所述电源电路Ⅱ（66）连接GPRS/CDMA通信模块（7）并为GPRS/CDMA通信模块（7）提供工作电源。

7.根据权利要求5所述的用于通信信号盲区的负控终端无线数据传输系统，其特征在于：所述GM模块（6）还包括太阳能电池（67），所述太阳能电池（67）连接电源电路Ⅱ（66）。

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