CN104616476A - 一种基于北斗短报文通讯的电能量采集终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于北斗短报文通讯的电能量采集终端，包括主CPU单元（1）、总线接口单元和通讯管理单元（15），其特征在于：主CPU单元（1）通过串行通讯口连接北斗通讯模块（13），通过系统总线连接RS485口（10）和存储单元（14）。本发明充分利用我国北斗卫星导航系统具有的报文数据通讯功能，利用可靠的内嵌式北斗短报文模块和电能量采集终端结合，实现站内电能量采集数据以及电力监测数据不受地域和环境条件的限制的有效采集和传输。

Description

一种基于北斗短报文通讯的电能量采集终端

技术领域

本发明涉及一种采集、存储计量点计量信息并利用北斗通讯系统传输发送到远方计量主站，实现对计量点的监测和控制的电力自动化设备。

背景技术

目前处于偏远地区的许多小水电、供用电企业等，由于光纤通信资源投入较大，同时移动、联通等无线信号又不具备，因此传统的电能量采集、小水电监测终端均不能使用。目前这种小水电仍然以人工抄表为主，然而地处偏远地区，路程更远，路况更差，因此人工抄表更为耗费人力、物力。这就需要发展一种新的通信方式解决这种费时费力的抄表工作。

短报文是指卫星定位终端和北斗卫星或北斗地面服务站之间能够直接通过卫星信号进行双向信息传递的方式，GPS只能单向传递（终端从卫星接收位置信号）。短报文意味着更加有效的信息传递，比如在普通移动通讯信号不能覆盖的情况下（例如地震灾害过后通讯基站遭到破坏），北斗终端就可以通过短报文进行紧急通讯等。北斗短报文通信支持十六进制数的数据传送，完全满足电能数据的传输要求。因此，采用北斗通信技术将是计量自动化工作的强有力工具，同时也是实现偏远地区无通信资源电能采集的突破口。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对偏远地区通讯信号差只能采用人工抄表的问题，提供了一种能够利用北斗系统发送电表信息的采集终端。

本发明的技术方案是：

一种基于北斗短报文通讯的电能量采集终端，包括主CPU单元、总线接口单元和通讯管理单元，主CPU单元通过串行通讯口连接北斗通讯模块，通过系统总线连接RS485口和存储单元。

主CPU单元通过总线连接NORFlash单元和SDRAM单元。

主CPU单元通过I2C总线连接时钟单元,主CPU单元自带液晶驱动接口连接液晶显示，按键单元通过IO口和主CPU单元连接。

主CPU单元通过系统总线连接RS232口。

主CPU单元通过系统总线连接网络口RJ45。

主CPU单元自带当地通讯接口单元，主CPU单元通过系统总线连接USB接口单元。

安装有自动调整装置，自动调整装置和天线连接

一种基于北斗短报文通讯的电能量传输通讯及数据压缩传输方式，采用自描述的方式，每一组报文数据都是独立的，包含对应测量点信息、时间信息、数据项信息，远方端收到这些报文就可解析，采用前导字节状态标识有效数据，其它信息采用相对标尺的方法把多字节压缩到较少的字节。

本发明的有益效果：

充分利用我国北斗卫星导航系统具有的报文数据通讯功能，利用可靠的内嵌式北斗短报文模块和电能量采集终端结合，实现站内电能量采集数据以及电力监测数据不受地域和环境条件的限制的有效采集和传输。

采用模块化架构，根据功能的不同进行划分，保证整个系统实时高效。主CPU单元采用ARM9核，该CPU具有液晶驱动、USB接口、网络接口以及其它外围驱动能力，采用该CPU单元作为主控单元，可以很好的实现操控界面友好的大屏幕液晶显示，数据文件存储和管理。

模块化的设计构架，使得采集终端可以灵活更换通讯模块，当上行通讯方式改变时，可以切换为北斗通讯、网络通讯、电话拨号通讯、专线通讯、GPRS/CDMA等通讯方式，系统自适应识别模块类型。

数据和参数存储单元采用可移动式存储卡，一方面保证重要数据的可靠存储以及和其它系统的兼容，另一方面当终端发生故障时，可以把存储卡移动到其它的终端上，原有的重要参数和数据不丢失，新终端不做任何操作就可恢复到系统原来的状态进行工作，保证系统的可靠稳定。

根据电能量数据及短报文的特点，设计的基于北斗短报文通讯的电能量传输通讯规约及数据压缩传输方式，为电能量数据在较短的时间间隔内较小的报文情况下，发送到远方计费主站，自描述的特点保证数据到达主站的次序无论先后均能有效解析。

用户组的控制方法，保证了电力数据的安全，符合电网信息安全防护方案，防止恶意访问设备数据和控制设备。

为了适应不同的地理环境条件以及设备所处经纬度的不同，通过判断联星信号的强度，调整外接天线方向和天线连接线长度，达到最佳的联星状态，提高北斗通讯的快速适应性和通讯的稳定可靠。

附图说明：

图1是本发明的总电气结构示意图。

图2是本发明的前面板单元示意图。

具体实施方式：

基于北斗短报文通讯的电能量采集终端采用壁挂式全注塑结构，装置具有4.0英寸大屏幕LCD，中文显示，可现场维护、查看装置运行状况和查看电量等数据。本发明包括主CPU单元1，主CPU单元1包含一块200MHZ ARM9处理器，主CPU单元1通过自带的串行口和总线连接总线接口单元和通讯管理单元15。主CPU单元1通过串行通讯口连接北斗通讯模块13，通过系统总线连接RS485口10、RS232口11、网络口RJ4512和存储单元14。通讯管理单元15用于管理RS485口10、RS232口11、网络口RJ4512和北斗通讯模块13

主CPU单元1通过总线连接NORFlash单元3，NORFlash单元3用来存储启动程序、操作系统和应用程序及相关配置等。主CPU单元1通过I2C总线连接时钟单元8。主CPU单元1自带液晶驱动接口连接TFT320×240大屏幕液晶5。USB接口单元7可以接入U盘等存储单元以便于导入导出重要参数文件和存储的历史数据，USB接口单元7也可以接入无线鼠标、键盘、打印机等设备。主CPU单元1自带当地通讯接口单元9提供可用于采集终端的维护和调试。SDRAM单元4通过总线与主CPU单元1连接。按键单元6通过IO口和主CPU单元连接。

电源管理单元2用于向上述所有单元供电。

所述北斗通讯模块13，通过串行通讯口和主CPU单元1连接，通过通讯管理单元15控制管理北斗通讯模块13的开关机、通讯方式、通讯功率、北斗同步时钟、定位信息、北斗短报文的通讯等。

所述存储单元14用于管理电力监测数据、电能量数据、运行事件等重要信息的存储和记录。

所述RS485口10可以实现多功能电能表的数据采集和管理。

所述RS232口11实现和其它监控类设备的通讯和数据共享；控制外部设备，实现终端的对外部单元的调整。

网络口RJ4512实现和其它监控类设备的通讯。

根据电能量数据及短报文的特点，设计了基于北斗短报文通讯的电能量传输通讯规约及数据压缩传输方式。由于北斗短报文通讯每一包数据只能传输不到90个字节的数据，除去北斗通讯本身的一些识别信息，用于传输电量数据的空间极为有限，而在同一时间点上传输的电能量信息又比较多，传统的数据压缩算法对一定数据长度的信息有效，对于字节比较少的情况，对有的数据压缩后不仅不能减少反而会增加，因此设计一种通讯规约，采用自描述的方式，每一组报文数据都是独立的，包含对应测量点信息、时间信息、数据项信息，远方端收到这些报文就可解析，与上下文没有关联。同时规约中制定完整的帧格式和信息定义，考虑到电能量数据中变化不是很频繁，为零的数据较多，采用前导字节状态标识，后续数据只传有效数据，为零或无效数据不传，但采用状态控制字标识的方法，其它信息采用相对标尺的方法把多字节压缩到较少的字节，去掉冗余重复和意义不大的信息，达到高效、快速、精简的目的。

根据用户需求设定各种数据访问角色，通过用户组设定，并按照分级管理的机制，限定只有对应访问权限的用户可以有效接入，获得相关的电力参数和数据。

影响北斗通讯的关键因素是对星，选择合适的向星方向是保证通讯质量的关键，本设计采用自动调整装置根据搜星信号的强度，变换方向，直到达到最佳状态并保持。

工作原理及工作过程:

所述基于北斗短报文通讯的电能量采集终端的主要功能是通过RS485接口采集不同类型不同规约的多个智能电能表的电量、遥测量、需量、事件等数据，进行管理和监测并按一定的存储间隔存储在终端内嵌入式数据库中，北斗短报文通讯模块利用北斗卫星二代具有短报文通讯能力的特点，以一分钟的频率向远方计量计费自动化系统主站发送存储在终端内电能表的电量、遥测、需量、事件等与计量自动化相关的数据。主站端可主动发起实现对终端参数配置、信息查询、远程控制等。

主要的功能有：

数据采集功能，用于全电子式电能表的电能量采集，终端支持8路RS485接口，每路RS485接口可支持多种电能表规约，能通过RS485接口自动采集数字电能表带时标、带费率的电量数据（电能数据、最大需量及最大需量发生时间、瞬时量数据、失压断相数据等）。

数据远传功能，采集终端能够将采集的数据通过北斗通讯模块或其它通讯方式远传到各级计量计费主站系统，并接收来至各级主站下达的命令。

维护功能，终端配备专用的维护软件，通过维护电缆同便携式电脑连接，进行当地维护；通过MODEM或以太网与远方主站系统通讯，进行远程维护。

系统校时功能，系统接受三种对时方式：远方主站对钟、北斗模块授时、当地人工对时。各种对时方式均由系统的对时允许控制，否则不接受外部的任何对时命令。

通讯功能，支持2路RS232接口，可维护或接入RTU等外部智能设备，也可以与当地后台或远方主站通讯；可扩展的通讯方式有拨号、电力专线、10/100M自适应以太网、GPRS、CDMA等。

数据存储功能，内置可移动式电子盘，用于存储电能历史数据。存储容量可以根据用户要求灵活配置（256M～2G）掉电后数据卡中的数据保持10年以上，停电或出现故障时，可以从存储卡中读出数据。文件格式和Windows完全兼容，电能量数据存储间隔1分钟～1440分钟灵活设置。

发送设备位置信息，为计量自动化设备提供完备的地理信息。

Claims (8)

1.一种基于北斗短报文通讯的电能量采集终端，包括主CPU单元（1）、总线接口单元和通讯管理单元（15），其特征在于：主CPU单元（1）通过串行通讯口连接北斗通讯模块（13），通过系统总线连接RS485口（10）和存储单元（14）。

2.根据权利要求1所述基于北斗短报文通讯的电能量采集终端,其特征在于：主CPU单元（1）通过总线连接NORFlash单元（3）和SDRAM单元（4）。

3.根据权利要求1所述一种基于北斗短报文通讯的电能量采集终端,其特征在于：主CPU单元（1）通过I2C总线连接时钟单元（8）,主CPU单元（1）自带液晶驱动接口连接液晶显示（5），按键单元（6）通过IO口和主CPU单元连接。

4.根据权利要求1所述一种基于北斗短报文通讯的电能量采集终端,其特征在于：主CPU单元（1）通过系统总线连接RS232口（11）。

5.根据权利要求1所述一种基于北斗短报文通讯的电能量采集终端,其特征在于：主CPU单元（1）通过系统总线连接网络口RJ45（12）。

6.根据权利要求1所述一种基于北斗短报文通讯的电能量采集终端,其特征在于：主CPU单元（1）自带当地通讯接口单元（9），主CPU单元（1）通过系统总线连接USB接口单元（7）。

7.根据权利要求1-6所述所述任一基于北斗短报文通讯的电能量采集终端,其特征在于：安装有自动调整装置，自动调整装置和天线连接。

8.一种基于北斗短报文通讯的电能量传输通讯及数据压缩传输方式，其特征在于：采用自描述的方式，每一组报文数据都是独立的，包含对应测量点信息、时间信息、数据项信息，远方端收到这些报文就可解析，采用前导字节状态标识有效数据，其它信息采用相对标尺的方法把多字节压缩到较少的字节。