CN104253625A - 一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端 - Google Patents

Abstract

一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端，包括终端壳体，该终端壳体内设置有电源供给模块、主控处理模块、感应单元模块和通讯单元模块，电源供给模块对主控处理模块、感应单元模块和通讯单元模块供电，主控处理模块对数据进行采集、分析处理并传送至通讯单元模块将数据信号收发，感应单元模块收集温湿度信号及空气质量信号并传递至主控处理模块。本发明支持IPv6无线网络，对复杂的地域和环境的适应性大大加强。且本发明支持带电作业，另外本发明不仅支持传统的电力计量数据采集，还增加了对工作现场温湿度、空气质量等数据的监测，提供数据收集分析检测和上报。适用于电力计量自动化数据采集、计量现场检修和环境监测领域。

Description

一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端

技术领域

本发明涉及无线通讯和电力计量自动化领域，尤其涉及一种应用于电力计量自动化数据采集、计量现场检修和环境监测应用的使用IPv6技术的便携式无线采集终端。

背景技术

目前我国电力计量自动化数据采集主要有变电站计量采集、专变用户计量采集、公变台区远程计量采集、居民远程集中抄表(如国网用电信息采集)等应用及其检修需要，其对应的分别采用变电站计量终端+关口表，大用户终端+电能表、配变终端+电能表和集中器+采集器+电能表的采集方式，其主要安装和运行方式为在对应的安装场合选择关键地点安装集中器与要采集的电能表通过RS485或电力线载波通讯，并就地取电，由集中器在本地实现数据采集，并通过通讯信道(一般为光纤网、GPRS、GSM、230MHz无线通讯等方式)上传到后台主站，安装时一般需要停电作业，置于当地长期运行并管理和维护。在某些时候，由于工程或检修的原因，需要在不停电的情况下作业，及时获取用户现场数据并能通过无线网络及时传输到后台，现有的系统无法满足需要，且现有技术下的装置操作麻烦且难以在复杂的地域和环境下使用。

综上所述，现需要一种新型的电力计量自动化数据采集终端，能在不停电的情况下作业，且能在复杂的地域和环境下使用，信号传送稳定。

发明内容

为了解决现有技术下电力计量自动化领域中的无法在不停电的状态下获取用户现场数据并能通过无线网络及时传输到后台，且无法在复杂的地域和环境下使用的缺陷，本发明提供了一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端，该发明使得用户现场便捷操作，可以在在用户现场不停电状态下可采集监测用户现场数据和用户现场环境数据，并通过可支持IPv6的本地无线网络将采集数据发送到后台主站，且本发明具有具有支持带电作业、便携、可移动、适应复杂地形、可广泛应用等特点。本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端其具体结构和工作方法如下所述：

一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端，包括终端壳体，其特征在于：

所述的终端壳体内设置有电源供给模块、主控处理模块、感应单元模块和通讯单元模块；

所述的电源供给模块对主控处理模块、感应单元模块和通讯单元模块供电；

所述的主控处理模块对数据进行采集、分析处理并传送至通讯单元模块将数据信号收发；

所述的感应单元模块收集温湿度信号及空气质量信号并传递至主控处理模块。

根据本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端，其特征在于，所述的电源供给模块包括电流变换组件、电压变换组件、电源转换组件和低电压运行组件，其中电流变换组件和电压变换组件的一端与外部电源相通，而另一端则与主控处理模块电路连接，电源转换组件与电压变换组件及低电压运行组件电路连接并对其电压进行控制和转换，且电源转换组件亦与主控处理模块电路连接。

根据本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端，其特征在于，所述的电流变换组件和电压变换组件与外部电源相通，其具体为，这两个变换组件与外部直流220V电源相连接，通过电源转换组件转换调整后为后续的主控处理模块、感应单元模块和通讯单元模块供电，而低电压运行组件其具体为一5V供电运行组件，通过电池或USB供电并通过电源转换组件转换调整后为其他模块供电。

此处设计目的在于，本发明采用了低功耗设计，支持220V和5V(即电池或USB供电)两种供电方式，在具备220v电源的条件下可现场直接接入，不具备外接电源的情况下可使用电池或USB供电，使得本发明可以在恶劣复杂环境下的应用，且具有运行稳定，适应性强，接口多，支持带电作业，安装使用方便，抗干扰强及工作可靠等优点。

根据本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端，其特征在于，所述的主控处理模块包括连接有计量芯片的32位CPU系统，电源监视组件、外接显示组件、遥控信号\脉冲信号输出组件、下行扩展通讯组件、内部通讯组件和后备电源，其中，计量芯片与电源供给模块的电流变换组件和电压变换组件电路连接并受其供电，而电源监视组件与电源供给模块的电源转换组件电路连接，其内置的电源及硬件监视功能对转换调整后的供给电源进行监控并将电源供给给32位CPU系统，32位CPU系统分别与外接显示组件、遥控信号\脉冲信号输出组件、下行扩展通讯组件、内部通讯组件和后备电源连接，对采集的电力计量数据信号和从下行扩展通讯组件和内部通讯组件获得的感应单元模块提供的数据进行采集、分析和处理。

根据本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端，其特征在于，所述的32位CPU系统包括CPU单元、时钟单元、复杂可编程逻辑组件、随机存取存储器和闪存，其中，CPU单元与计量芯片连接，且该CPU单元还与外接显示组件及后备电源(B8)连接，时钟单元与遥控信号\脉冲信号输出组件连接对采集的电力计量数据信号进行输出控制，而随机存取存储器和闪存与下行扩展通讯组件和内部通讯组件连接，对与其连接的感应单元模块提供的数据进行采集和存储并传送至CPU单元分析处理，最后由复杂可编程逻辑组件将数据信号传送至通讯单元模块。

此处设计目的在于，主控处理模块的32位CPU系统主要实现各种传感装置数据的采集、分析和处理。该系统还可实现基于IPv6的应用层协议，从而可以使在互联网的任何一个位置访问该传感器，且该系统还与外接显示组件-如液晶显示屏和简易键盘连接，使得现场操作人员可直观的调整或设置数据并监控整个设备的工作情况，而额外设置的后备电源能防止突然断电造成的数据损坏。

根据本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端，其特征在于，所述的感应单元模块包括温湿度传感器和空气质量传感器，这两个传感器与主控处理模块的下行扩展通讯组件和内部通讯组件连接，将温湿度信号和空气质量信号传递至主控处理模块。

感应单元模块的温湿度传感器和空气质量传感器分别对温湿度、空气质量-如空气中的甲烷、甲醛浓度，PM2.5浓度，酒精含量等数据进行采集，并传递至主控处理模块。

根据本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端，其特征在于，所述的通讯单元模块由通用异步收发传输器、微控制单元、无线收发芯片和无线信号功率放大器组成，通用异步收发传输器和微控制单元对无线收发芯片获得的由主控处理模块的复杂可编程逻辑组件传送的数据信号进行收发处理，最后由通过无线信号功率放大器将信号放大后发出并接入IPv6网络。

此处设计目的在于，整个通讯单元模块其本质为基于6LoWPAN协议的无线收发装置，实现6LoWPAN通讯协议的底层内容，从而完成无线数据的收发，并负责接入IPv6数据网络，另外，该通讯单元模块采用通讯的方式采集其它有线装置的内容，支持多种方式，如UART、红外、WiFi等，可接入智能电表、水表等智能仪表及其他多种带输出的装置。

本发明的通讯原理如下所述：

本发明中的通讯单元模块需要配合基于6LoWPAN的无线自组织网络应用，此网络是采用了IEEE802.15.4/6LoWPAN/IPv6/RPL等技术的无线自组织网络(RFMesh)，本发明基于6LoWPAN的无线自组织网络，使用IPv6，网络包含无线路由器和无线通讯节点，无线路由器采用CISCO的CGR1000系列路由器,下行通讯使用ISM频段无线通讯，上行通讯支持光纤/以太网/GPRS/CDMA/230MHz无线电台等多种方式，每个路由器设计最大容量为5000个节点，本发明的通讯单元模块所使用的6LoWPAN收发装置即为网络中的无线通讯节点。无线通讯模块上行通信遵循IEEE802.15.4标准，支持915MHz无线通讯频段，采用低功耗高噪声网络(RPL)的IPv6路由协议，无线组网通过IPv6寻址，与无线路由器配合共同组成无线自组网，无线节点间自行动态组网，进行路径和负载的最优化路由跳转。该网络中采用IPv6FAN动态IP路由(RPL)，并做了优化，设计了RPL多路径路由方法并设计了按权流量分配策略，本发明中的通讯单元模块可自动接入设定网络，并维持通讯链路，以保证采集的数据可通过网络及时上传到后台主站。

本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端装在定制的终端壳体内，在实际使用时有两种工作模式：第一种工作模式，在工作现场，操作工人使用外接显示组件控制本发明的运行，可执行预定任务或现场临时需要的任务，执行预置任务可适用于规范化的现场检测检修流程；而第二种工作模式，工作现场接入后，由后台管理者在后台软件系统进行实时远控操作。

使用本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端获得了如下有益效果：

1.本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端和现有技术下的用于电力计量的自动化技术相比，不仅改变了传统的通讯传输通道，支持电力系统布设的IPv6无线网络，同时支持海量设备的工作，不影响原有无线网络的运行，携带方便，可在工作区内自由移动，对复杂的地域和环境的适应性大大加强；

2.本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端支持带电作业，避免了传统的作业时需要停电带给社会生产和生活的影响；

3.本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端不仅支持传统的电力计量数据采集，还增加了对工作现场温湿度、空气质量等数据的监测，有利于电力部门生产和维修工作的开展，例如在环境恶劣的变电站、野外变压器、带有危险品的环境下(如街道井下、油井、气井等)、复杂和危险地形的临时检修数据监测等方面，提供了方便有效的数据收集、分析、检测和上报。

附图说明

图1为本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端的具体结构示意图；

图2为本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端的技术方案结构图。

图中：1-终端壳体，A-电源供给模块，B-主控处理模块，C-感应单元模块，D-通讯单元模块，A1-电流变换组件，A2-电压变换组件，A3-电源转换组件，A4-低电压运行组件，B1-计量芯片，B2-32位CPU系统，B3-电源监视组件，B4-外接显示组件，B5-遥控信号\脉冲信号输出组件，B6-下行扩展通讯组件，B7-内部通讯组件，B8-后备电源，B21-CPU单元，B22-时钟单元，B23-复杂可编程逻辑组件，B24-随机存取存储器，B25-闪存，C1-温湿度传感器，C2-空气质量传感器，D1-通用异步收发传输器，D2-微控制单元，D3-无线收发芯片，D4-无线信号功率放大器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端做进一步的描述。

实施例

如图1和图2所示，一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端，包括终端壳体1，该终端壳体内设置有电源供给模块A、主控处理模块B、感应单元模块C和通讯单元模块D；

电源供给模块A对主控处理模块B、感应单元模块C和通讯单元模块D供电；

主控处理模块B对数据进行采集、分析处理并传送至通讯单元模块D将数据信号收发；

感应单元模块C收集温湿度信号及空气质量信号并传递至主控处理模块B。

电源供给模块A包括电流变换组件A1、电压变换组件A2、电源转换组件A3和低电压运行组件A4，其中电流变换组件和电压变换组件的一端与外部电源相通，而另一端则与主控处理模块B电路连接，电源转换组件与电压变换组件及低电压运行组件电路连接并对其电压进行控制和转换，且电源转换组件亦与主控处理模块电路连接。

电流变换组件A1和电压变换组件A2与外部电源相通，其具体为，这两个变换组件与外部直流220V电源相连接，通过电源转换组件A3转换调整后为后续的主控处理模块B、感应单元模块C和通讯单元模块D供电，而低电压运行组件A4其具体为一5V供电运行组件，通过电池或USB供电并通过电源转换组件转换调整后为其他模块供电。

本发明采用了低功耗设计，支持220V和5V(即电池或USB供电)两种供电方式，在具备220v电源的条件下可现场直接接入，不具备外接电源的情况下可使用电池或USB供电，使得本发明可以在恶劣复杂环境下的应用，且具有运行稳定，适应性强，接口多，支持带电作业，安装使用方便，抗干扰强及工作可靠等优点。

主控处理模块B包括连接有计量芯片B1的32位CPU系统B2，电源监视组件B3、外接显示组件B4、遥控信号\脉冲信号输出组件B5、下行扩展通讯组件B6、内部通讯组件B7和后备电源B8，其中，计量芯片与电源供给模块A的电流变换组件A1和电压变换组件A2电路连接并受其供电，而电源监视组件B3与电源供给模块的电源转换组件A3电路连接，其内置的电源及硬件监视功能对转换调整后的供给电源进行监控并将电源供给给32位CPU系统，32位CPU系统分别与外接显示组件、遥控信号\脉冲信号输出组件、下行扩展通讯组件、内部通讯组件和后备电源连接，对采集的电力计量数据信号和从下行扩展通讯组件和内部通讯组件获得的感应单元模块C提供的数据进行采集、分析和处理。

32位CPU系统B2包括CPU单元B21、时钟单元B22、复杂可编程逻辑组件B23、随机存取存储器B24和闪存B25，其中，CPU单元与计量芯片B1连接，且该CPU单元还与外接显示组件B4及后备电源B8连接，时钟单元与遥控信号\脉冲信号输出组件B5连接对采集的电力计量数据信号进行输出控制，而随机存取存储器和闪存与下行扩展通讯组件B6和内部通讯组件B7连接，对与其连接的感应单元模块C提供的数据进行采集和存储并传送至CPU单元分析处理，最后由复杂可编程逻辑组件将数据信号传送至通讯单元模块D。

主控处理模块的32位CPU系统主要实现各种传感装置数据的采集、分析和处理。该系统还可实现基于IPv6的应用层协议，从而可以使在互联网的任何一个位置访问该传感器，且该系统还与外接显示组件-如液晶显示屏和简易键盘连接，使得现场操作人员可直观的调整或设置数据并监控整个设备的工作情况，而额外设置的后备电源能防止突然断电造成的数据损坏。

感应单元模块C包括温湿度传感器C1和空气质量传感器C2，这两个传感器与主控处理模块B的下行扩展通讯组件B6和内部通讯组件B7连接，将温湿度信号和空气质量信号传递至主控处理模块。

感应单元模块的温湿度传感器和空气质量传感器分别对温湿度、空气质量-如空气中的甲烷、甲醛浓度，PM2.5浓度，酒精含量等数据进行采集，并传递至主控处理模块。

通讯单元模块D由通用异步收发传输器D1、微控制单元D2、无线收发芯片D3和无线信号功率放大器D4组成，通用异步收发传输器和微控制单元对无线收发芯片获得的由主控处理模块B的复杂可编程逻辑组件B23传送的数据信号进行收发处理，最后由通过无线信号功率放大器将信号放大后发出并接入IPv6网络。

整个通讯单元模块其本质为基于6LoWPAN协议的无线收发装置，实现6LoWPAN通讯协议的底层内容，从而完成无线数据的收发，并负责接入IPv6数据网络，另外，该通讯单元模块采用通讯的方式采集其它有线装置的内容，支持多种方式，如UART、红外、WiFi模式等，可接入智能电表、水表等智能仪表及其他多种带输出的装置。

本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端装在定制的终端壳体1内，在实际使用时有两种工作模式：第一种工作模式，在工作现场，操作工人使用外接显示组件控制本发明的运行，可执行预定任务或现场临时需要的任务，执行预置任务可适用于规范化的现场检测检修流程；而第二种工作模式，工作现场接入后，由后台管理者在后台软件系统进行实时远控操作。

下面结合实施例对本发明的工作模式做进一步的详细说明：

1.特定环境下常规使用：通常用于采集配网外接设备数据和实施环境监测，如采集电能表、各类采集终端数据，并实时和定时监测环境数据；此时需要持续和循环采集监测。

2.现场检修人员使用临时检修：在电力业务中，设备需要经常带电检测，若导致停电则会给社会生产生活带来严重影响，并且降低电力部门的供电可靠性指标，因此在不必要的情况下尽量避免停电，带电作业需要良好的工具和设备的支持，如电力运行检修部门对10kv变压器的临时检修，需要通过实时读取变压器低压侧的各项数据指标判断其当时运行状况，这些数据和指标主要有：电压、电流、功率、功率因数等，一般来说变压器低压侧都装有考核用电能表或负荷监测仪，但由于历史原因，存在以下问题：

1：尚未安装负荷监测仪或考核用电能表

2：考核表是机械表，靠人工连续读取数据不显示也不可靠

3：负荷监测仪或考核表损坏或本身运行不正常，其数据尚需要校验时，读数不可靠

以上两种情况下，都需要运检人员在现场实地检修。

现场检修作业时，持本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端装到现场，10kv变压器低压侧一般都有计量回路，在其端子排上用取电夹取电，若不方便或不想使用时，可使用低电压运行组件A4。当有变压器低压侧电能表或负荷监测仪时，可转接其RS485端口，用相应的通讯规约连续读取其一段时间的数据，转化后同时显示在液晶屏和保存在本地闪存内。若无电能表或负荷监测仪，可搭配移动式低压运行状态检测工具，来实时和连续获取变压器数据，完成临时检修。同时可通过温湿度传感器C1读取现场的温湿度数据，以及通过和空气质量传感器C2检测空气质量(如空气中的甲烷、甲醛浓度，PM2.5浓度，酒精含量等)。

电力设备规模庞大，电力部门未必能够及时完善的维护和检修，在某些需要的场合，如设备故障而又由于业务需要要连续读取数据时，本发明可临时替代国网用电信息采集系统的集中器+采集器、变电站终端、大用户终端和配变终端等的用途，完成电力计量数据的采集和上传。同时,通过红外、WiFi、UART模式还可以扩展与更多传感器的外接，获取更多数据。

以上是本发明获取现场数据的主要方式和工作用途的详细描述。

综上所述，本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端和现有技术下的用于电力计量的自动化技术相比，不仅改变了传统的通讯传输通道，支持电力系统布设的IPv6无线网络，同时支持海量设备的工作，不影响原有无线网络的运行，携带方便，可在工作区内自由移动，对复杂的地域和环境的适应性大大加强。且本发明支持带电作业，避免了传统的作业时需要停电带给社会生产和生活的影响。另外本发明不仅支持传统的电力计量数据采集，还增加了对工作现场温湿度、空气质量等数据的监测，有利于电力部门生产和维修工作的开展，例如在环境恶劣的变电站、野外变压器、带有危险品的环境下(如街道井下、油井、气井等)、复杂和危险地形的临时检修数据监测等方面，提供了方便有效的数据收集、分析、检测和上报。本发明的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端适用于各种电力计量自动化数据采集、计量现场检修和环境监测领域。

Claims (7)

1.一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端，包括终端壳体(1)，其特征在于：

所述的终端壳体(1)内设置有电源供给模块(A)、主控处理模块(B)、感应单元模块(C)和通讯单元模块(D)；

所述的电源供给模块(A)对主控处理模块(B)、感应单元模块(C)和通讯单元模块(D)供电；

所述的主控处理模块(B)对数据进行采集、分析处理并传送至通讯单元模块(D)将数据信号收发；

所述的感应单元模块(C)收集温湿度信号及空气质量信号并传递至主控处理模块(B)。

2.如权利要求1所述的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端，其特征在于，所述的电源供给模块(A)包括电流变换组件(A1)、电压变换组件(A2)、电源转换组件(A3)和低电压运行组件(A4)，其中电流变换组件和电压变换组件的一端与外部电源相通，而另一端则与主控处理模块(B)电路连接，电源转换组件与电压变换组件及低电压运行组件电路连接并对其电压进行控制和转换，且电源转换组件亦与主控处理模块电路连接。

3.如权利要求2所述的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端，其特征在于，所述的电流变换组件(A1)和电压变换组件(A2)与外部电源相通，其具体为，这两个变换组件与外部直流220V电源相连接，通过电源转换组件(A3)转换调整后为后续的主控处理模块(B)、感应单元模块(C)和通讯单元模块(D)供电，而低电压运行组件(A4)其具体为一5V供电运行组件，通过电池或USB供电并通过电源转换组件转换调整后为其他模块供电。

4.如权利要求1所述的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端，其特征在于，所述的主控处理模块(B)包括连接有计量芯片(B1)的32位CPU系统(B2)，电源监视组件(B3)、外接显示组件(B4)、遥控信号\脉冲信号输出组件(B5)、下行扩展通讯组件(B6)、内部通讯组件(B7)和后备电源(B8)，其中，计量芯片与电源供给模块(A)的电流变换组件(A1)和电压变换组件(A2)电路连接并受其供电，而电源监视组件(B3)与电源供给模块的电源转换组件(A3)电路连接，其内置的电源及硬件监视功能对转换调整后的供给电源进行监控并将电源供给给32位CPU系统，32位CPU系统分别与外接显示组件、遥控信号\脉冲信号输出组件、下行扩展通讯组件、内部通讯组件和后备电源连接，对采集的电力计量数据信号和从下行扩展通讯组件和内部通讯组件获得的感应单元模块(C)提供的数据进行采集、分析和处理。

5.如权利要求4所述的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端，其特征在于，所述的32位CPU系统(B2)包括CPU单元(B21)、时钟单元(B22)、复杂可编程逻辑组件(B23)、随机存取存储器(B24)和闪存(B25)，其中，CPU单元与计量芯片(B1)连接，且该CPU单元还与外接显示组件(B4)及后备电源(B8)连接，时钟单元与遥控信号\脉冲信号输出组件(B5)连接对采集的电力计量数据信号进行输出控制，而随机存取存储器和闪存与下行扩展通讯组件(B6)和内部通讯组件(B7)连接，对与其连接的感应单元模块(C)提供的数据进行采集和存储并传送至CPU单元分析处理，最后由复杂可编程逻辑组件将数据信号传送至通讯单元模块(D)。

6.如权利要求1所述的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端，其特征在于，所述的感应单元模块(C)包括温湿度传感器(C1)和空气质量传感器(C2)，这两个传感器与主控处理模块(B)的下行扩展通讯组件(B6)和内部通讯组件(B7)连接，将温湿度信号和空气质量信号传递至主控处理模块。

7.如权利要求1所述的一种可以接入IPv6网络的便携式无线采集终端，其特征在于，所述的通讯单元模块(D)由通用异步收发传输器(D1)、微控制单元(D2)、无线收发芯片(D3)和无线信号功率放大器(D4)组成，通用异步收发传输器和微控制单元对无线收发芯片获得的由主控处理模块(B)的复杂可编程逻辑组件(B23)传送的数据信号进行收发处理，最后由通过无线信号功率放大器将信号放大后发出并接入IPv6网络。