CN105024747B - 用电信息采集终端的信号中继设备 - Google Patents

Abstract

一种用电信息采集终端的信号中继设备，包括数据转换单元，本地单元和远程单元，本地单元就近布置在数据转换单元附近，与数据转换单元通过网线连接并通讯，并通过电力线采用电力线载波中继透明传输技术与远程单元连接和通讯；远程单元可任意布置在有电力线和无线公网信号的区域，通过电力线和本地单元连接并通讯；本发明由于采用数据转换单元连接用电信息采集终端原有的无线公网通信模块接口，远程单元通过连接无线公网通信模块与采集主站进行通信，能够在无需改变电力系统原有设备和布局、无需额外布线的情况下，保证采集主站与安装在没有无线公网信号或无线公网信号较差区域的用电信息采集终端的正常通讯和数据交互，通信距离远、适用范围广。

Description

用电信息采集终端的信号中继设备

技术领域

本发明属于无线通讯领域，具体涉及一种用电信息采集终端的信号中继设备。

背景技术

随着智能电网技术的发展和用电信息采集器系统的全面建设，电力系统的无线抄表技术已经越来越成熟。但是在现场运行时，许多和用电信息采集终端连接的用电信息无线公网信号采集设备安装在移动信号盲区，导致无线公网信号模块无法上线，无法与系统主站进行数据交换，或者通信不稳定，特别是安装在地下的无线公网信号终端无法通讯的情况日益突出。

目前，可以采用如下方法来解决以上问题：

（1）加装高增益天线，但是该方法成本太高；

（2）增加直放站或者信号放大器，但是该方法成本依然较高，而且需要通过牵引光纤的方式引入信号，覆盖范围有限；

（3）采用专用的中继器，用于信号中继；市面上已经出现了通用的GPRS/CDMA通用中继器，用于解决以上问题，该GPRS/CDMA通用中继器的系统示意图如图1所示；首先将用电信息采集终端上的远程通信模块拔下，将通用中继器的数据转换单元插在用电信息采集终端的一号远程通信模块接口上，把拔下的远程通信模块插在通用中继器的远程单元的二号远程通信模块接口上；当用电信息采集终端发送通信数据给通信模块时，数据转换单元将发送的串口通信数据转换成RS485信号通过八芯平行网络线发送给远程单元，然后在远程单元将RS485信号再还原成串口通信数据直接发送给远程通信模块；当通信模块发送通信数据给用电信息采集终端时，远程单元将通信模块发送的串口通信数据转换成RS485信号然后通过八芯平行网络线发送给数据转换单元，数据转换单元通过RS485转换电路将通信数据还原转发至用电信息采集终端；通过以上设备和步骤即可实现用电信息采集终端和系统主站的无障碍通信。

但是，该通用中继器只能支持对应的终端类型，不能兼容不同规范及不同类型的终端，管理和维护不方便；此外，该中继器需要通过穿墙打洞的方式布线将远程单元布置在有无线信号的地方，施工和维护均比较困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通信距离远、无需额外布线、适用范围广的用电信息采集终端的信号中继设备。

本发明提供的这种用电信息采集终端的信号中继设备，包括数据转换单元，其特征在于还包括本地单元和远程单元，本地单元就近布置在数据转换单元附近，与数据转换单元连接并通讯，并通过电力线与远程单元连接和通讯；远程单元可任意布置在有电力线和无线公网信号的区域，通过电力线和本地单元连接并通讯。

所述的数据转换单元安装在用电信息采集终端上，通过用电信息采集终端上原有的无线公网通信模块接口与用电信息采集终端连接；用电信息采集终端原有的无线公网通信模块安装在远程单元上。

所述的数据转换单元和本地单元的连接为采用八芯网络通信线连接。

所述的本地单元包括接口模块、电源模块、处理器、载波通信模块和组网设置模块，接口模块和处理器连接，用于将数据转换单元发送的数据传给处理器或者将处理器要发送的数据传给数据转换单元，接口模块同时和电源模块连接，为电源模块提供电源；电源模块与处理器和载波通信模块连接并为其供电；组网设置模块和处理器连接，用于系统的组网设置；载波通信模块和处理器连接，用于将处理器需要发送的数据转换为载波信号，并发送到电力线上进行通讯，或者接收电力线的载波信号，并将接收的载波信号通过数据转换发送给处理器。

所述的远程单元包括第一接口模块、电源模块、处理器、载波通信模块、组网设置模块和第二接口模块，第一接口模块与电力线连接，同时与载波通信模块连接；载波通信模块与第一接口模块连接，检测电力线载波信号并将信号处理后传输给处理器或者将处理器发送的数据转换为载波信号后发送到电力线上，同时载波通信模块还与电源模块连接；电源模块与处理器连接并为处理器供电；组网设置模块与处理器连接并用于系统的组网设置；第二接口模块用于与用电信息采集终端上原有的无线公网通信模块连接，同时第二接口模块与处理器连接，用于将处理器发送的数据传输给无线公网通信模块，或者将无线公网通信模块接收的数据传输给处理器。

所述的本地单元与远程单元通过电力线连接和通讯是指本地单元和远程单元之间通过电力线直接连接，本地单元和远程单元之间采用电力线载波中继透明传输技术进行通讯。

所述本地单元和远程单元的组网设置模块均包括组网密码设置模块，组网密码设置模块由拨码开关和一组电阻组成，电源连接一组并联的电阻，再通过拨码开关与地连接，处理器的I/O引脚连接在电阻和拨码开关之间，通过拨码开关的拨动来设置组网密码，密码信号也将传输到处理器。

所述的本地单元和远程单元的电源模块均包括电源电路和电池管理电路，电池管理模块又包括电池、电池电压采样电路、掉电检测电路和电池控制电路；电源电路通过电力线或者通过八芯网络通信线取电并为远程单元或本地单元供电，同时可以为电池充电；处理器通过电池电压采样电路获取电池电压，通过掉电检测电路检测电源电路是否断电，通过电池控制电路对电池进行充电、放电控制以及控制本地单元或远程单元的供电在电池供电和电源电路供电之间进行切换。

本发明提供的这种用电信息采集终端的信号中继设备，由于采用数据转换单元连接用电信息采集终端原有的无线公网通信模块接口，与就近布置的本地单元连接，并通过本地单元采用电力线载波中继透明传输技术与安装在有无线公网信号区域的远程单元通信，远程单元再通过和连接的用电信息采集终端原有的无线公网通信模块与采集主站进行通信，能够在无需改变电力系统原有设备和布局、无需额外布线的情况下，保证采集主站与安装在没有无线公网信号或无线公网信号较差区域的用电信息采集终端的正常通讯和数据交互，通信距离远、适用范围广。

附图说明

图1为现有技术的信号中继器的功能模块图。

图2为本发明的功能模块图。

图3为本发明的本地单元的功能模块图。

图4为本发明的远程单元的功能模块图。

图5为本发明的一种具体实施例的系统模块图。

图6为本发明的一种具体实施例的原理框图。

图7为本发明的本地单元、远程单元的组网配对密码设置原理框图。

图8为本发明的本地单元、远程单元的电池控制管理原理框图。

具体实施方式

如图2所示为本发明的功能模块图；用电信息采集终端的信号中继设备包括数据转换单元、本地单元和远程单元，数据转换单元安装在用电信息采集终端上，并与本地单元连接，本地单元就近安装在用电信息采集终端附近，并与远程单元连接。

如图3所示为本发明的本地单元的功能模块图；本地单元包括接口模块、电源模块、处理器、通信模块和组网设置模块，接口模块和处理器连接，用于将数据转换单元发送的数据传给处理器或者将处理器要发送的数据传给数据转换单元，接口模块同时和电源模块连接；电源模块与处理器连接并为处理器供电；组网设置模块和处理器连接，用于系统的组网设置；通信模块和处理器连接，用于将处理器需要发送的数据转换为载波信号，并发送到电力线上进行通讯。

如图4所示为本发明的远程单元的功能模块图；远程单元包括第一接口模块、电源模块、处理器、组网设置模块和第二接口模块，第一接口模块与电力线连接，检测电力线载波信号并将信号处理后传输给处理器或者将处理器发送的数据转换为载波信号后发送到电力线上，同时第一接口模块还与电源模块连接；电源模块与处理器连接并为处理器供电；组网设置模块与处理器连接并用于系统的组网设置；第二接口模块用于与用电信息采集终端上原有的无线公网通信模块连接，同时第二接口模块与处理器连接，用于将处理器发送的数据传输给无线公网通信模块，或者将无线公网通信模块接收的数据传输给处理器。

如图5~图6所示为本发明的一种具体实施例功能模块图和电路模块图；主要包括数据转换单元、本地单元以及远程单元；将原安装在终端本体上的无线公网通信模块安装在远程单元上，用于虚拟该无线公网通信模块的数据转换单元安装在用电信息采集终端上；数据转换单元和本地单元通过网线连接，本地单元和远程单元通过电力线连接。

用电信息采集终端的信号中继设备，其控制信号传输过程如下：

步骤一：数据转换单元上电，通过数据转换单元上的升压模块升压后，给本地单元供电，同时通过AD采样获取终端给无线公网通信模块提供的电压值；

步骤二：本地单元上电后，获取载波链路组网密码，开始与远程单元进行组网；

步骤三：远程单元上电之后，获取载波链路组网密码，开始与本地单元进行组网配对；

步骤四：数据转换单元的处理器将获取的终端给无线公网通信模块供电电压通过串口转RS485发送给本地单元，本地单元通过RS485转串口把电压信号发送到处理器，然后通过串口透传给载波芯片，经过电力线传输给远程单元载波芯片，载波芯片将电力线接收到的电压信号通过串口发送给远程单元处理器，通过判断接收的电压值，远程单元处理器输出电源控制信号，给无线公网通信模块上电；

步骤五：远程单元处理器通过ID识别电路，获取无线公网通信模块的ID，将ID组帧、打包通过串口发送给载波芯片，然后通过电力线透传给本地单元的载波芯片，本地单元的载波芯片将电力线上接收的ID信号通过串口透传给本地单元的处理器，本地单元通过串口转RS485把ID信号透传给数据转换单元，数据转换单元通过RS485转串口电路接收ID信号并通过串口发送给数据转换单元的处理器，然后通过解包将ID信号一一映射到终端上的无线公网通信模块的ID接口上；

步骤六：数据转换单元把终端发送的复位信号、开机信号等控制信号按上述步骤四的传输过程透传给远程单元的处理器，然后将控制信号一一映射远程单元的无线公网通信模块的接口上。

用电信息采集终端的信号中继设备，其对数据信号的传输过程如下：

步骤一：本地单元和终端进行波特率匹配（即本地单元的波特率自适应），然后将波特率发送给远程单元，使远程单元和无线公网通信模块完成波特率匹配；

步骤二：远程通信单元收到无线公网通信模块返回的确认命令后，通过远程单元的处理器的串口透传给远程单元的载波芯片，载波芯片再将信号通过电力线透传给本地单元，本地单元的载波芯片从电力线上接收到信号后，通过串口透传给本地单元的处理器，本地单元处理器通过串口转RS485透传到数据转换单元，数据转换单元接收到RS485数据信号后转换成串口信号，然后发送到终端。

用电信息采集终端的信号中继设备，其对无线公网信号的中继传输过程如下：

步骤一：将用电信息采集终端上的无线公网通信模块拔下，插在无线公网信号中继器远程单元上的无线公网通信模块接口上，将数据转换单元插在原用电信息采集终端上；

步骤二：将无线公网信号中继器远程单元和本地单元的组网配对密码设置成相同，本地单元和数据转换单元通过网线连接好，本地单元和远程单元接在同一回路的市电上；

步骤三：终端给数据转换单元上电 ；

步骤四：本地单元上电；

步骤五：本地单元上电后，开始与远程单元进行组网配对，组网成功后，保持载波链路的畅通；

步骤六：终端通过无线公网信号中继器给远程单元上的无线公网信号通信模块上电；

步骤七：终端通过无线公网信号中继器透明传输向远程单元上的无线公网通信模块发送控制命令，控制无线公网通信模块成功开机；

步骤八：本地单元和远程单元完成波特率自适应；

步骤九：完成上述步骤后，此时用电信息采集终端与无线公网通信模块之间的中继通信链路已连通，终端通过中继器可与主站进行正常数据通信。

如图7所示，为本发明的组网配对密码设置原理框图；系统通过本地单元和远程单元的拨码开关对组网的配对密码进行设置；

组网配对设置的具体实现方式如下（结合图4.1无线公网信号中继传输设备系统框图、图4.2无线公网信号中继器原理框图以及图4.3组网配对密码设置原理框图进行理解）：

步骤一：通过拨动拨码开关设置本地单元的组网配对密码，初始状态Config_k1～Config_k7均为高电平，当第 n个拨码开关拨动时，对应的Config_kn电平反转；

步骤二，本地单元处理器读取Config_k1～Config_k7的值，以读取的值为本地单元与远程单元组网配对的密码；

步骤三，本地单元处理器获取组网配对密码后，打包、组桢，通过本地单元处理器的串口发送给载波芯片；

步骤四，载波芯片接收到组网配对密码桢后，以此为载波组网配对密码，向远程单元发起组网配对请求，同时向本地单元处理器回复一个确认命令；

步骤五，远程单元的组网配对设置与本地单元的设置相同，将配对密码设置成相同；

步骤六，远程单元收到本地单元的组网请求后，将本地单元发送的组网请求密码桢与远程的组网配对密码对比，如果相同，则远程单元允许本地单元的组网请求，完成本地单元和远程单元的组网。

如图8所示，为本发明的本地单元、远程单元的电池控制管理原理框图；主要包括AD采样电路、电池放电电路、电池切换电路、电池充电电路和掉电检测电路；本地单元和远程单元的电池控制管理策略相同，具体实现方式如下：

（1）电池电压采样电路

MCU通过BATTV_AD实时监测电池电压，当监测的电池电压值低于4.8V时且为市电或数据转换单元供电时，MCU控制电池充电电路，利用系统电给电池供电，当监测的电池电压值高于5.6V时，MCU控制电池充电电路停止充电；

（2）掉电检测及电池切换电路电路

步骤一：市电掉电，系统电压跟着掉电，此时，POW_DOWN输出低电平；

步骤二：MCU监测到POW_DOWN为低电平时，将BATT_CTRL置为高电平，此时将系统供电切换成电池供电模式；

（3）电池充放电管理电路

如果MCU监测到电池有两个月时间没有进行放电，MCU需要对电池进行充放电管理，MCU需要进行连续三次充放电以激活休眠状态下的电池。放电时，MCU控制放电电路，使电池通过放电电路进行放电。当MCU监测到电池放电电压低于4.8V时，MCU控制电池充电电路，使电池充满至5.6V停止充电，如此反复执行三次。当电池在两个月内有进行过充放电，则不需要对电池进行激活，MCU按照正常流程对电池进行控制，当电池电压低于4.8V时，MCU控制电池充电电路对电池充电，当电池电压高于5.6V时，MCU控制电池充电电路对电池停止充电。

Claims (7)

1.一种用电信息采集终端的信号中继设备，包括数据转换单元，其特征在于还包括本地单元和远程单元，本地单元就近布置在数据转换单元附近，与数据转换单元连接并通讯，并通过电力线与远程单元连接和通讯；远程单元可任意布置在有电力线和无线公网信号的区域，通过电力线和本地单元连接并通讯；所述的本地单元包括接口模块、电源模块、处理器、载波通信模块和组网设置模块，接口模块和处理器连接，用于将数据转换单元发送的数据传给处理器或者将处理器要发送的数据传给数据转换单元，接口模块同时和电源模块连接，为电源模块提供电源；电源模块与处理器和载波通信模块连接并为其供电；组网设置模块和处理器连接，用于系统的组网设置；载波通信模块和处理器连接，用于将处理器需要发送的数据转换为载波信号，并发送到电力线上进行通讯，或者接收电力线的载波信号，并将接收的载波信号通过数据转换发送给处理器。

2.根据权利要求1所述的用电信息采集终端的信号中继设备，其特征在于所述的数据转换单元安装在用电信息采集终端上，通过用电信息采集终端上原有的无线公网通信模块接口与用电信息采集终端连接；用电信息采集终端原有的无线公网通信模块安装在远程单元上。

3.根据权利要求1所述的用电信息采集终端的信号中继设备，其特征在于所述的数据转换单元和本地单元的连接为采用八芯网络通信线连接。

4.根据权利要求1所述的用电信息采集终端的信号中继设备，其特征在于所述的远程单元包括第一接口模块、电源模块、处理器、载波通信模块、组网设置模块和第二接口模块，第一接口模块与电力线连接，同时与载波通信模块连接；载波通信模块与第一接口模块连接，检测电力线载波信号并将信号处理后传输给处理器或者将处理器发送的数据转换为载波信号后发送到电力线上，同时载波通信模块还与电源模块连接；电源模块与处理器连接并为处理器供电；组网设置模块与处理器连接并用于系统的组网设置；第二接口模块用于与用电信息采集终端上原有的无线公网通信模块连接，同时第二接口模块与处理器连接，用于将处理器发送的数据传输给无线公网通信模块，或者将无线公网通信模块接收的数据传输给处理器。

5.根据权利要求1所述的用电信息采集终端的信号中继设备，其特征在于所述的本地单元与远程单元通过电力线连接和通讯是指本地单元和远程单元之间通过电力线直接连接，本地单元和远程单元之间采用电力线载波中继透明传输技术进行通讯。

6.根据权利要求4所述的用电信息采集终端的信号中继设备，其特征在于所述本地单元和远程单元的组网设置模块均包括组网密码设置模块，组网密码设置模块由拨码开关和一组电阻组成，电源连接一组并联的电阻，再通过拨码开关与地连接，处理器的I/O引脚连接在电阻和拨码开关之间，通过拨码开关的拨动来设置组网密码，密码信号也将传输到处理器。

7.根据权利要求4所述的用电信息采集终端的信号中继设备，其特征在于所述的本地单元和远程单元的电源模块均包括电源电路和电池管理电路，电池管理模块又包括电池、电池电压采样电路、掉电检测电路和电池控制电路；电源电路通过电力线或者通过八芯网络通信线取电并为远程单元或本地单元供电，同时可以为电池充电；处理器通过电池电压采样电路获取电池电压，通过掉电检测电路检测电源电路是否断电，通过电池控制电路对电池进行充电、放电控制以及控制本地单元或远程单元的供电在电池供电和电源电路供电之间进行切换。