CN104732751A - 基于rf和gprs/3g的自动抄表系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RF和GPRS/3G的自动抄表系统及方法，包括：采集器和集中器分别与若干电能表通过通信总线连接，所述集中器与若干采集器之间分别通过RF模块进行通信；所述集中器与主站之间通过GPRS或者3G无线通信模块进行通信；所述RF模块包括RF芯片以及与RF芯片连接的单片机。本发明有益效果：采用RF技术传输电表度数，不论在户外室内均可正确、快速、及时地进行自动抄表。与有线抄表方式相比，具有组网十分灵活、方便、维护简便等特点，且避免了有线抄表系统布线不方便、施工量大等问题。

Description

基于RF和GPRS/3G的自动抄表系统及方法

技术领域

本发明涉及自动抄表技术领域，尤其涉及一种基于RF和GPRS/3G的自动抄表系统及方法。

背景技术

自动抄表(Automatic Meter Reading-AMR)技术是指采用现代通信技术和计算机技术，对客户电能消费情况进行远方监控、实时采集和传输处理的一门新兴技术。国家电网公司明确指出要为开放居民生活用电市场做准备，确立了“一户一表、集中抄表、银行联网”的长远目标。如何把庞大且分散的用电量信息及其它数据及时有效且准确无误地收集、统计及分析，成为供电企业迫切需要解决的问题。如果仅凭抄表工人挨家挨户地抄表，不仅使得工作效率低下，而且由人工抄表所带来的漏抄、误抄、估抄，甚至抄表人员伙同用电户盗电等现象，都会给供电企业带来不可估量的损失。供电企业急需一种投资较少、安装及维护方便、通信可靠、计量准确的电能表远程自动抄表方案。

自动抄表系统主要是从采集和传输两个方面为重点进行的。目前，电力系统自动抄表方式主要有：总线(RS-485、RS-232等)、无线(RF、红外、GPRS等)、电力线载波(普通、扩频)、零相超窄带(TURTLE)、超窄带极低频(UNB)及工频过零调制(PFC)跨变压器台区方式等。基于自动抄表系统的点多面广的特点，单纯采用有线传输方式，具有线路维护工作量大、通信冲突频繁、受干扰影响大、稳定性不高等缺点，随着无线通信数字网络的发展，无线自动抄表已成为发展的必然趋势。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种基于RF和GPRS/3G的自动抄表系统及方法，该系统综合多种通信模式，采用复合通信方式，抄表范围广，永远在线，系统传输容量大，数据传送速率高，建设成本和通信费用较低。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于RF和GPRS/3G的自动抄表系统，包括：通信总线、RF模块、GPRS或者3G无线通信模块、电能表、采集器、集中器以及主站；

所述采集器和集中器分别与若干电能表通过通信总线连接，所述集中器与若干采集器之间分别通过RF模块进行通信；所述集中器与主站之间通过GPRS或者3G无线通信模块进行通信；所述RF模块包括RF芯片以及与RF芯片连接的单片机。

所述通信总线为RS-485总线，采集器与智能电表之间采用RS-485总线进行通信。

所述电能表为机械式电能表、脉冲输出型电能表或者智能型电子电能表。

所述采集器包括：采集器主控制器以及与所述采集器主控制器分别连接的数据采集模块、数据通信模块、数据存储模块以及中继转发模块和数据转发接口；

所述数据采集模块用于采集电能表实时数据、整点数据、冻结数据以及报警数据；

所述数据通信模块包括无线通信单元、RS-485总线通信单元以及数据转发单元；所述无线通信单元与集中器通信，所述485总线通信单元与电能表连接。

所述每个采集器内部均设有充电电池作为后备电源。

所述集中器包括：集中器主控制器以及与所述集中器主控制器分别连接的数据采集模块、数据通信模块以及数据存储模块；

所述数据采集模块用于采集电能表实时数据、整点数据、冻结数据以及报警数据；

所述数据通信模块包括：GPRS通信单元、本地通信单元、数据转发接口、级联接口以及UDI接口；所述GPRS通信单元与主站通信，本地通信单元与电能表通信。

所述集中器还具有红外接口、本地网接口、上级网络接口；同时具有显示屏以及报警模块。

一种基于RF和GPRS/3G的自动抄表系统的工作方法，包括：电能表记录存储用户耗费电能的信息；采集器对电能表传输的数据进行采集处并存储，并通过RF技术与集中器进行通信；集中器抄收并储存各采集器的数据，并通过GPRS或者3G无线通信技术将数据传至主站进行数据处理，主站接收和储存各用户的电力数据，进行统计、分析、汇总计费和报表打印；同时，集中器接收主站的命令并传送至各采集器；所述采集器同时具备红外通信功能，在采集器与外界联系中断时，采用半自动的方式进行抄表。

本发明的有益效果是：

本发明采用RF技术传输电表度数，不论在户外室内均可正确、快速、及时地进行自动抄表。与有线抄表方式相比，具有组网十分灵活、方便、维护简便等特点，且避免了有线抄表系统布线不方便、施工量大等问题。

采集器内部有充电电池作为后备电源，在供电线路停电的情况下，由每个采集器的电池单独向采集器和电能表供电，不会影响采集器的正常抄收工作。

本发明因地制宜，扬长避短，充分发挥了三种通信方式的优势。在底层通信网络中，由于电能表和采集器之间的距离较短，布线方便，且对数据传输速率的要求不是很高，选择RS485，既保证了通信质量，又节约了成本，其通信协议还可根据需要灵活制定。中层通信网络，利用RF技术实现采集器与集中器的通信，低成本、低功耗、可对等通信且组网迅速。最上层的集中器与主站之间的远程通信网络采用GPRS技术，抗干扰性好，抄表范围广，永远在线，系统传输容量大，数据传送速率高，而建设成本和通信费用还低。

附图说明

图1为本发明自动抄表系统结构示意图；

图2为本发明采集器结构示意图；

图3为本发明集中器结构示意图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

一种基于RF和GPRS/3G的自动抄表系统，如图1所示，包括：通信总线、RF模块、GPRS或者3G无线通信模块、电能表、采集器、集中器以及主站；

采集器和集中器分别与若干电能表通过通信总线连接，集中器与若干采集器之间分别通过RF模块进行通信；集中器与主站之间通过GPRS或者3G无线通信模块进行通信；RF模块包括RF芯片以及与RF芯片连接的单片机。

底层电能表与采集器之间采用RS-485线连接；中层通信网络采用RF模块建立起采集器与集中器的通信；顶层通信网络，集中器通过GPRS模块利用公网与主站通信，甚至可以考虑将3G通信技术运用于集中器到控制中心的通信。

RF技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低成本和较低传输速率的无线通信技术。本系统采用RF技术传输电表度数，不论在户外室内均可正确、快速、及时地进行自动抄表。

RF模块采用单片机加RF芯片的形式，这样单片机与RF芯片之间可灵活搭配，选用C8051F系列的单片机来控制RF芯片，使得无线通信的开发比较简单，可以利用的资源多，扩展功能也很方便。

电能表是系统最末端的设备，可记录存储用户耗费电能的信息，一般分为传统机械型、脉冲输出型以及智能型电子电能表。其中，机械式电能表需要安装相应的传感器以满足信号的采集；脉冲输出型电能表则可以直接输出脉冲信号到采集器；智能型电子电能表才是电能表数字化的高级阶段，是代表发展趋势的现代电能表。例如，三相多功能电子电能表，具有复费率功能的单相载波表等均属此列。本系统采用的电能表均为具有标准RS-485串行接口的智能电表。

如图2所示，采集器主要负责对电能表传输的数据进行采集处理，存储结果，并根据需要与上一级站点集中器进行通信。采集器内部有充电电池作为后备电源，在供电线路停电的情况下，由每个采集器的电池单独向采集器和电能表供电，不会影响采集器的正常抄收工作。同时，采集器还应具备其它方式(如红外)的通信功能，以便在采集器与外界联系中断时，可采用半自动的方式进行抄表。

采集器包括：采集器主控制器以及与所述采集器主控制器分别连接的数据采集模块、数据通信模块、数据存储模块以及中继转发模块和数据转发接口；数据采集模块用于采集电能表实时数据、整点数据、冻结数据以及报警数据；数据通信模块包括无线通信单元、RS-485总线通信单元以及数据转发单元；无线通信单元与集中器通信，485总线通信单元与电能表连接。

如图3所示，集中器在整个系统中起着承上启下的作用，相当于人体的脊椎，地位十分重要。它能够接收并下达主站的命令，抄收储存各采集器的数据，并通过一定的传输介质将数据传至主站进行数据处理。集中器应具备几种接口，用来与不同的接口设备相连：应具有红外接口、本地网接口以及上级网络接口；同时具有相应的存储能力，可保存历史数据与事件纪录；时钟与日历功能，能适应复费率及定时抄表；还有显示功能、统计功能以及报警功能等。

集中器包括：集中器主控制器以及与所述集中器主控制器分别连接的数据采集模块、数据通信模块以及数据存储模块；数据采集模块用于采集电能表实时数据、整点数据、冻结数据以及报警数据；数据通信模块包括：GPRS通信单元、本地通信单元、数据转发接口、级联接口以及UDI接口；GPRS通信单元与主站通信，本地通信单元与电能表通信。

采集器与集中器的主控制器均可以选用Philips公司的微控制器LPC2138，该控制器基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32位ARM7TDMI-S CPU，并带有512kB嵌入的高速Flash存储器。LPC2138的工作频率高，处理速度快，数据传输速率高，且具有多个串行接口，可同时实现上行下行的数据传输通信，另外其体积小，功耗低，安全可靠性好，故适合作为本系统采集器和集中器的主控制器。

主站系统可接收和储存各用户的电力数据，进行统计、分析、汇总计费和报表打印等工作。其担当着整个系统的总控制工作，系统设计应立足于平台化，可以支持各种标准化的设备和规约，具有良好的伸缩性及构建分布式系统的能力，容易与其它自动化系统实现接口和集成。

系统的电能表均采用具有标准RS-485串行接口的智能电表。采集器一般安装于电表箱内，方便电能表数据的采集，本系统采集器最多可采集128(32×4)个电能表。集中器安装的位置应尽可能兼顾所有采集器，以采集器所围成几何图形的中心位置安装为宜，但为了给集中器取220V工作电源方便，亦可将集中器安装在小区配电室，集中器的天线应放置于GPRS/3G信号较好的位置。本系统集中器最多可容纳250个采集器32000个居民电能表，集中器的主要功能。系统的主站采用工业控制用计算机，可提供集中、分组、点抄、实时、定时(按用户顺序)、前某一天(最多30天)以及指定日电量的抄录服务，抄回的数据存储在计算机中或者服务器上。计算机提供友好的Windows操作界面，用户抄表数据显示直观易懂，可将其倒入其它类型的数据库或表格，并可利用打印机将数据全部打印出来。此外，主站还具有对集中器的数据进行校验、参数进行设置、时间进行校正的功能。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种基于RF和GPRS/3G的自动抄表系统，其特征是，包括：通信总线、RF模块、GPRS或者3G无线通信模块、电能表、采集器、集中器以及主站；

所述采集器和集中器分别与若干电能表通过通信总线连接，所述集中器与若干采集器之间分别通过RF模块进行通信；所述集中器与主站之间通过GPRS或者3G无线通信模块进行通信；所述RF模块包括RF芯片以及与RF芯片连接的单片机。

2.如权利要求1所述的一种基于RF和GPRS/3G的自动抄表系统，其特征是，所述通信总线为RS-485总线，采集器与智能电表之间采用RS-485总线进行通信。

3.如权利要求1所述的一种基于RF和GPRS/3G的自动抄表系统，其特征是，所述电能表为机械式电能表、脉冲输出型电能表或者智能型电子电能表。

4.如权利要求1所述的一种基于RF和GPRS/3G的自动抄表系统，其特征是，所述采集器包括：采集器主控制器以及与所述采集器主控制器分别连接的数据采集模块、数据通信模块、数据存储模块以及中继转发模块和数据转发接口；

所述数据采集模块用于采集电能表实时数据、整点数据、冻结数据以及报警数据；

所述数据通信模块包括无线通信单元、RS-485总线通信单元以及数据转发单元；所述无线通信单元与集中器通信，所述485总线通信单元与电能表连接。

5.如权利要求1所述的一种基于RF和GPRS/3G的自动抄表系统，其特征是，所述每个采集器内部均设有充电电池作为后备电源。

6.如权利要求1所述的一种基于RF和GPRS/3G的自动抄表系统，其特征是，所述集中器包括：集中器主控制器以及与所述集中器主控制器分别连接的数据采集模块、数据通信模块以及数据存储模块；

所述数据采集模块用于采集电能表实时数据、整点数据、冻结数据以及报警数据；

所述数据通信模块包括：GPRS通信单元、本地通信单元、数据转发接口、级联接口以及UDI接口；所述GPRS通信单元与主站通信，本地通信单元与电能表通信。

7.如权利要求1所述的一种基于RF和GPRS/3G的自动抄表系统，其特征是，所述集中器还具有红外接口、本地网接口、上级网络接口；同时具有显示屏以及报警模块。

8.一种如权利要求1所述的基于RF和GPRS/3G的自动抄表系统的工作方法，其特征是，包括：电能表记录存储用户耗费电能的信息；采集器对电能表传输的数据进行采集处并存储，并通过RF技术与集中器进行通信；集中器抄收并储存各采集器的数据，并通过GPRS或者3G无线通信技术将数据传至主站进行数据处理，主站接收和储存各用户的电力数据，进行统计、分析、汇总计费和报表打印；同时，集中器接收主站的命令并传送至各采集器；所述采集器同时具备红外通信功能，在采集器与外界联系中断时，采用半自动的方式进行抄表。