CN104319898B - 一种双向互动有序用电查询系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向互动有序用电查询系统，其特征是包括：智能查询器、转发器、智能电能表和主站信息播报装置；智能查询器用于采集用户请求指令并通过电力线载波发送给转发器；转发器根据用户请求指令通过RS485总线获取相应的智能电能表的电表数据；并将电表数据反馈至智能查询器上进行显示；转发器还用于接收并存储主站信息播报装置发送的电网用电信息，并利用空闲时间将电网用电信息向智能查询器进行广播。本发明能达到节约用电、提高电网效率、电网削峰填谷的目的。

Description

一种双向互动有序用电查询系统

技术领域

本发明属于数据终端技术领域，更具体涉及一种双向互动用电信息查询系统。

背景技术

随着中国经济的不断告诉发展，电力能源在人们的生活中占有的比例越来越高，如何有序用电、节约用电是电力用户和供电公司共同要面对的问题，为此，供电公司建立了用电信息采集系统，可以从电网层面了解当前用电信息，提高用电结算的准确性与及时性。但是，用电信息采集系统并没有与用户的用电习惯进行对接，无法对用户的个人用电习惯进行有效指导，从而造成用电浪费，电网效率低下等问题。

发明内容

本发明针对以上现有技术存在的不足之处，提供一种双向互动有序用电查询系统，以期达到节约用电、提高电网效率、电网削峰填谷的目的。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种双向互动有序用电查询系统的特点是包括：智能查询器、转发器、智能电能表和主站信息播报装置；

所述智能查询器用于采集用户请求指令并通过电力线载波发送给所述转发器；所述转发器根据所述用户请求指令通过RS485总线获取相应的智能电能表的电表数据；并将所述电表数据反馈至所述智能查询器上进行显示；

所述转发器还用于接收并存储所述主站信息播报装置发送的电网用电信息，并利用空闲时间将所述电网用电信息向所述智能查询器进行广播。

本发明所述的双向互动有序用电查询系统的特点也在于：

所述智能查询器的组成包括载波通信模块、处理单元，存储单元、显示模块和按键模块；

所述处理单元根据所述按键模块所采集的用户请求指令，从所述存储器中获取相应的电表参数形成电表抄读命令，所述电表抄读命令通过所述处理单元的TX引脚发送给所述载波通信模块进行调制；所述载波通信模块将调制后的电表抄读命令经过耦合滤波电路处理后通过电力线载波信道传送到转发器上；

所述载波通信模块接收所述转发器反馈的电表数据并经过所述耦合滤波电路后进行解调处理获得电表信息，所述电表信息通过所述处理单元的RX引脚发送给所述处理单元；所述处理单元将所述电表信息发送给所述存储单元用于更新电表当前数据，并从所述存储单元中读取相应电表数据发送给所述显示单元用于显示。

所述智能查询器通过静默数据捕获模式获取所述电网用电信息；所述静默数据捕获模式为：所述智能查询器通过载波通信模块监听载波信道上的通信数据，当判断所述通信数据中包含有与所述用户请求指令相应的电表数据时进行截获。

所述转发器的组成包括：由主控电路、接口电路和载波耦合电路构成的主控板、显示板和载波调制解调电路；

所载波耦合电路从接口电路获取所述用户请求指令并进行耦合滤波处理后发送给所述载波调制解调电路用于解调出抄表请求信号，所述抄表请求信号经过Uart串口发给所述主控电路；所述主控电路识别所述请求信号是否属于所连接的智能电能表，若是，则所述请求信号经Uart2串口的Tx引脚发送至RS485总线上并传输到相应的智能电能表用于获取电表数据；

所述主控电路的Uart3串口的Rx引脚接收反馈的电表数据并通过Uart2串口的Tx引脚发送给所述载波调制解调电路进行调制后耦合到电力线载波信道上用于传送给所述智能查询器。

所述转发器的组成还包括：GPRS模块；

所述GPRS模块接收所述主站信息播报装置经GPRS信道发送的用电信息短消息后经过RX引脚发送给所述主控电路；所述主控电路判断所述用电信息短消息是否为群发模式，若是群发模式，则所述主控电路将所述用电信息短消息通过Uart1串口群发到载波通道上，并由所述智能查询器接收；若不是群发消息，则所述主控电路通过Uart3串口的Tx引脚发送确认帧给所述GPRS模块用于发送给所述主站信息播报装置，然后将所述用电信息短消息经过载波通道发送给相应的智能查询器。

所述显示板包括红外端口电路；

所述红外端口电路接收所述智能电能表发送的红外信号并进行解调后获得有效数据，所述主控电路通过Uart0串口的Rx引脚接收所述有效数据并判断数据类型，若数据类型为参数设置，则获取相应的电表参数，并存储到存储器；若数据类型为查询参数，则从存储器中取出相应参数并经过Uart0串口的Tx引脚发送给所述智能电能表。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明通过转发器能变换智能查询器与电表信息交换的通信协议和信道模式，将电力线载波通信信道变换为RS485信道，从而解决线路敷设复杂的问题；

2、本发明适用于普通居民用户、专变用户等用电信息查询需要，将电力用户被动用电改为主动有序用电，为用户改变用电方式，节省用户电费提供决策依据；

3、本发明通过智能查询器能根据电网用电信息指导用户错峰用电，降低电网线损；并通过设置电费预警、缴费提醒等功能，能提高用电服务质量。

附图说明

图1为本发明用电查询系统原理图；

图2为本发明智能查询器结构示意图；

图3为本发明智能查询器原理框图；

图4为本发明转发器结构示意图；

图5为本发明转发器原理框图。

具体实施方式

本实施例中，如图1所示，一种通过用户与电表信息、电网信息双向互动的查询系统包括：多个智能查询器(含电源适配器)、转发器、多个智能电能表和主站信息播报装置；其中，智能电表与转发器间采用RS485总线通信；转发器与查询器采用电力线载波通信；

智能查询器的电源适配器随时插入电源插座使得智能查询器重新上电或是被用户按键激活，即可通过电力线与转发器进行通信。能将用户采集请求指令变换成抄表信号后，通过电力线载波发送给转发器；转发器根据用户请求指令通过RS485总线发送到智能电能表，用于迅速抄读指定的智能电能表的电表数据，包括：用户当前电量，电网用电通知等信息；智能电能表收到用户的数据请求后立即应答并发送数据，从而将电表数据原路反馈至智能查询器的载波适配器进行解调后显示；

智能查询器读取的电表数据主要包括：电表剩余电费(剩余电量)、电表当前电量，当前电价，阶梯电价信息、当前电压、当前负荷、电表日期时间等。智能查询器周期性读取电表电压、负荷、当前电量信息，形成用户用电曲线。用电曲线可按日、周、月的密度进行显示，若用户的用电负荷大多落在峰电价时段，则用户可以对大功率电器工作时段进行调整，尽可能将负荷安排在低谷电价时段，从而节省用户电费，对电网也有错峰用电的作用。

智能查询终端还可根据读出的剩余电费对用户发出预警信息。若剩余电费超过告警值时，智能查询器发出声光告警，促使用户尽快购电，避免出现跳闸现象。同样，智能查询器读取用户每月的当前电量，供用户作为电费结算的参考依据，提高了用电服务水平。

转发器通过GPRS天线利用公网如GPRS信道守候主站信息播报装置发送的电网用电信息如检修通知、缴费通知、停电通知、电费结算等并将主站信息滚动存储在转发器内存中，在空闲时段，将电网用电信息向智能查询器进行广播。当智能查询器被用户按键激活后，智能查询器首先按用户需求抄读电表信息，在与转发器通信的载波信道空闲时，读取主站下发的用电信息，直到新信息全部读出为止。若智能查询器处于掉电状态，则智能查询器在重新上电后，载波信道空闲时，智能查询器主动请求转发器内的新信息，直到全部信息读出。

智能查询器获取电表信息的方式除了上述的主动请求模式，还可以是静默数据捕获模式；静默数据捕获模式是智能查询器为避免或减少电力线载波拥挤和碰撞，自己不主动发起载波通信请求，只通过电力线载波模块的接收电路监听载波信道上的通信数据，若该数据包含有需要的电表数据信息，则将该数据截获，从而避免载波信号人为碰撞。

智能查询器接收到主站的用电信息，如停电信息、当前电网负荷信息后，用户可按收到的信息合理安排用电计划，特别是针对电网负荷信息为用户提出的用电规划和建议，能从电网的角度提高线网的负荷率。

对于专变用户智能查询器，可以约定对用户分路数据进行编组，根据分组数据情况，用户可以清楚了解各支路配电的效率，有针对性的降低线损，提高企业能效。

如图2所示，智能查询器是完成双向交互功能的核心设备，其组成包括电源适配器、载波通信模块、处理单元，存储单元、显示模块(即汉字LCD显示屏)、实时时钟RTC和按键模块；

处理单元根据按键模块所采集的用户请求指令，从存储器中获取相应的电表参数形成电表抄读命令，电表抄读命令通过处理单元的TX引脚发送给载波通信模块进行调制；载波通信模块将调制后的电表抄读命令经过耦合滤波电路处理后通过电力线载波信道传送到转发器上；

载波通信模块接收转发器反馈的电表数据并经过耦合滤波电路后进行解调处理获得电表信息，电表信息通过处理单元的RX引脚发送给处理单元；处理单元将电表信息发送给存储单元用于更新电表当前数据，并从存储单元中读取相应电表数据发送给显示单元用于显示。

相应的数据流程为：

①用户按键请求；

②处理器从存储器中取出电表参数，形成电表抄读命令；

③电表抄读命令经Tx到载波调制电路调制；

④载波调制信号经耦合器传输到配电网，由配电网即电力线载波信道传送到转发器；

⑤转发器抄表成功后，将电表信息由配电网传输回耦合电路；

⑥电表信息经耦合滤波送载波解调电路，还原出电表信息送回处理器；

⑦电表信息经处理器解帧，得到电表数据存入到存储器，刷新电表当前数据；

⑧处理器将存储器中的数据取出，经驱动电路后，在LCD屏显示出来；

⑨处理器读出RTC时钟，若进入告警时段，从存储器中读出电表数据，判定告警类别、告警语音；

⑩若满足告警条件，根据判定的告警结果，驱动蜂鸣器或扬声器告警。否则，撤销告警。

实际上，发起进行电表抄读任务的事件除用户按键外，还可以是RTC时钟整点和查询器重新上电。抄读电表是一个概指，还可以经该链路对电表进行远程参数修改等。读取电表信息也可指读取转发器中的通知消息。

如图3所示，用户智能查询器在物理上分为两个部分，即显示器和适配器。显示器与适配器通过USB连接电缆连接。适配器提供两个功能，一是为整个查询器(包括自己的载波电路)提供5V电源；二是通过电力线载波电路与转发器进行通信。适配器通过连接电缆的TX线接收显示器发来的抄读指令，经过载波调制后，耦合到220V电力线，由电力线传送到转发器。转发器的应答信号由电力线传回，经耦合器取出该信号，再由载波电路进行解调，还原成应答数字信号后由连接电缆的Rx回到显示器。显示器的电源由连接电缆5V线得到。

显示器是用户智能查询器的主控电路，为用户提供按键显示的人机接口，并按用户的查询操作需求，发起电表抄读通信。用户按键后，显示器立即显示用户的当前电费(电量)、剩余电费(电量)、当前负荷等信息，若用户需要查询其他信息，如上月电费(电量)、上月需量等信息，则可根据屏幕菜单提示进行相应选项的选择，若用户进入该菜单后，显示器按预置的电表通信地址等参数发起抄表查询请求，该查询请求经适配器的载波电路调制并耦合到电力线，由电力线传输到转发器。转发器将载波信道接收到的抄表请求转发到RS485端口，发起对该电表的数据抄读，电表应答数据后按原路径返回。查询器再重新上电或整点时刻，自动发起对电表数据的抄读，以刷新显示数据。无论是按键查询抄读电表，或是查询器自动发起刷新显示数据，若抄读到用户电表剩余电费(电量)余额不足，查询器会蜂鸣器告警和显示屏告警。用户查阅该告警信息后、蜂鸣器告警停止。若10S内用户没有查阅，则蜂鸣器在这一提醒时段内停止提醒。

转发器的功能相对简单，就是将电力线上的载波抄表请求数据取出，并将该请求通过RS485总线发送到电表，电表应答后，将电表应答数据通过电力线传送回去。为避免RS485总线的无谓占用，转发器对载波线路上的抄表数据进行过滤，只有转发器连接的电表请求，转发器才进行转发。

如图4所示，转发器电路由三块电路板实现，分别是由主控电路、接口电路和载波耦合电路构成的主控板、显示板和载波调制解调电路板。单片机MCU是转发器主控电路的控制核心，单片机MCU的GPIO口线，Uart串口等构成转发器的通信交互链路，并与单片机的其他外设构成完整的控制电路。显示板具有两个功能，一是通过红外端口设置查询转发器所连接电表的通信参数，二是通过LED指示灯指示转发器运行状态。LED指示运行状态非常简单，直接由GPIO口线驱动即可。

如图5所示，～220模块是连接电网的端口，转发器连接到交流220V电缆后，经过稳压模块电路后，为整个转发器提供稳定的工作电源。同时，220V线路通过载波耦合电路后，将该相电缆连接成载波通信通道，与电网中的智能查询器形成通路。转发器工作状态下，载波电路处于监听状态，等待接收查询器发来的抄表请求。耦合电路将220V线路上的载波信号耦合滤波后，传送到载波解调模块解调，解调出抄表请求信号，抄表请求信号经Uart串口进入MCU，MCU处理单元识别该请求信号是否属于所连接的电表，若是，则将该抄表请求号，经Uart串口3的Tx发送出来，经RS485隔离电路后，由RS485总线传输到电表。电表接收该抄表请求后应答数据。电表应答数据经RS485总线、隔离电路后回传到Uart串口3的Rx。MCU将Uart串口3的Rx接收的电表应答数据从Uart串口2的Tx端发出。经载波调制耦合后，电表应答信号传输到220V线路，最后传回到发起的查询器。

转发器的工作模式如下：

1、短消息数据流程：

①系统主站编制用电信息短消息经GPRS信道发出；

②GPRS模块接收该短消息，通过Rx送入处理器；

③处理器取出短消息存入存储器，并根据消息发送类型应答。若短消息为群发模式，则处理器不组织应答，否则组织应答；

④A、若主站以群发模式发送短消息，处理器将接收到的消息经Uart1串口群发到载波通道，由查询器接收；

B、若为短消息类型指定发送，如发送欠费信息，则处理器先组织确认帧，经Uart3串口的Tx发送到GPRS模块，由GPRS将应答确认帧回传到主站。再将消息按指定地址，经载波通道发送到配电网，由查询器接收。

⑤查询器收到短信后，经电力线载波信道应答确认消息；

⑥若未收到查询器发来的确认信息，转发器再次发送短消息后等待确认；若连续3次均未收到确认信息，则停止发送，等待查询器以后读取。

2、载波信道数据请求流程，如图5所示：

①载波信道来的信号经耦合电路滤波后，交给解调电路；

②解调出的信号经Rx传送到处理器；

③处理器识别载波请求信息类型；

④若该请求为短信息查询，则从存储器中取出短消息应答，直到短消息全部读出；

⑤若该请求为电表数据，则处理器比对电表参数是否属于本转发器预置的；

⑥处理器将电表数据请求组织后，由Uart2串口的Tx发送到RS485电路，经RS485隔离后上传到RS485总线；

⑦电表从RS485总线上接收到数据查询请求，应答电表数据，并通过RS485电路回到Uart2的Rx端；

⑧处理器将从Uart2接收到的电表数据转发到Uart1串口的Tx端；

⑨电表数据经载波调制后耦合到配电网；

⑩由配电网电力线将电表应答信息回传给查询器。

3、红外通道数据流程：

①红外接收管接收红外信号，解调出信息后由Uart0串口的Rx输入到处理器；

②处理器识别红外端口信息的有效性，若为有效数据，则按相应应答处理；

③若为参数设置，则取出电表参数，并存储到存储器。若为查询参数，则从存储器中取出相应参数进行应答；

④处理器将应答信息组织好后，经过Uart0串口的Tx发出，经红外调制驱动后，由红外发射管发出。

Claims (1)

1.一种双向互动有序用电查询系统，其特征是包括：智能查询器、转发器、智能电能表和主站信息播报装置；

所述智能查询器用于采集用户请求指令并通过电力线载波发送给所述转发器；所述转发器根据所述用户请求指令通过RS485总线获取相应的智能电能表的电表数据；并将所述电表数据反馈至所述智能查询器上进行显示；

所述转发器还用于接收并存储所述主站信息播报装置发送的电网用电信息，并利用空闲时间将所述电网用电信息向所述智能查询器进行广播；

所述智能查询器的组成包括载波通信模块、处理单元，存储单元、显示模块和按键模块；

所述处理单元根据所述按键模块所采集的用户请求指令，从存储器中获取相应的电表参数形成电表抄读命令，所述电表抄读命令通过所述处理单元的TX引脚发送给所述载波通信模块进行调制；所述载波通信模块将调制后的电表抄读命令经过耦合滤波电路处理后通过电力线载波信道传送到转发器上；

所述载波通信模块接收所述转发器反馈的电表数据并经过所述耦合滤波电路后进行解调处理获得电表信息，所述电表信息通过所述处理单元的RX引脚发送给所述处理单元；所述处理单元将所述电表信息发送给所述存储单元用于更新电表当前数据，并从所述存储单元中读取相应电表数据发送给显示单元用于显示；

所述智能查询器通过静默数据捕获模式获取所述电网用电信息；所述静默数据捕获模式为：所述智能查询器通过载波通信模块监听载波信道上的通信数据，当判断所述通信数据中包含有与所述用户请求指令相应的电表数据时进行截获；

所述转发器的组成包括：由主控电路、接口电路和载波耦合电路构成的主控板、显示板和载波调制解调电路；

所述载波耦合电路从接口电路获取所述用户请求指令并进行耦合滤波处理后发送给所述载波调制解调电路用于解调出抄表请求信号，所述抄表请求信号经过Uart串口发给所述主控电路；所述主控电路识别所述抄表请求信号是否属于所连接的智能电能表，若是，则所述抄表请求信号经Uart2串口的Tx引脚发送至RS485总线上并传输到相应的智能电能表用于获取电表数据；

所述主控电路的Uart3串口的Rx引脚接收反馈的电表数据并通过Uart2串口的Tx引脚发送给所述载波调制解调电路进行调制后耦合到电力线载波信道上用于传送给所述智能查询器；

所述转发器的组成还包括：GPRS模块；

所述GPRS模块接收所述主站信息播报装置经GPRS信道发送的用电信息短消息后经过RX引脚发送给所述主控电路；所述主控电路判断所述用电信息短消息是否为群发模式，若是群发模式，则所述主控电路将所述用电信息短消息通过Uart1串口群发到载波通道上，并由所述智能查询器接收；若不是群发消息，则所述主控电路通过Uart3串口的Tx引脚发送确认帧给所述GPRS模块用于发送给所述主站信息播报装置，然后将所述用电信息短消息经过载波通道发送给相应的智能查询器；

所述显示板包括红外端口电路；

所述红外端口电路接收所述智能电能表发送的红外信号并进行解调后获得有效数据，所述主控电路通过Uart0串口的Rx引脚接收所述有效数据并判断数据类型，若数据类型为参数设置，则获取相应的电表参数，并存储到存储器；若数据类型为查询参数，则从存储器中取出相应参数并经过Uart0串口的Tx引脚发送给所述智能电能表。