CN105228267A - 一种电能表的WiFi通讯方法及WiFi通讯模块 - Google Patents

一种电能表的WiFi通讯方法及WiFi通讯模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电能表的WiFi通讯方法及WiFi通讯模块，涉及电能表信息采集的应用技术，所述方法包括：WiFi通讯模块按照电能表通讯协议与电能表进行数据通讯，得到电能表通讯协议的第一电能数据包；对所述电能表通讯协议的第一电能数据包进行协议转换，得到集中器通讯协议的第二电能数据包；将所述集中器通讯协议的第二电能数据包以WiFi通讯方式传输至集中器。本发明能够实现不同的信息采集设备与集中器的协议兼容，通过UART与WiFi通讯方式的转换实现无线双向通讯。

Description

一种电能表的WiFi通讯方法及WiFi通讯模块
技术领域
本发明涉及电能表信息采集的应用技术，特别涉及一种电能表的WiFi通讯方法及相关的WiFi通讯模块。
背景技术
电能表的主要功能是电能计量、多费率计量、液晶显示读数、远程自动抄表和费控功能。其现有的通讯方式是：RS-485串行通讯和电力载波通讯。
目前，原有各厂家制造的电能表，使用RS-485接口和电力载波通讯接口。不仅通讯速率、抗干扰能力、安装方便性等方面不如WI-FI通讯技术，而且不同厂家的电力载波通讯方案互不兼容，设备的兼容性差，用户需要配备不同的采集设备，造成使用和管理的极大不便。
具体地说，目前电能表的标准通讯接口是RS-485有线串行异步通讯接口和电力载波通讯接口。其中，RS-485通讯方式需要布线，工程量大；电力载波通讯方式通讯信道是电力线，信道的干扰大，有些地方无法通讯。电能表生产企业为满足不同的通讯协议和不同的通讯方式，要生产大量不同型号的同类产品，这不仅增加了企业的库存，还加长了生产周期，影响产品的质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电能表的WiFi通讯方法及WiFi通讯模块，能更好地解决国内外不同厂家的电能表与集中器之间由于通讯协议的不同无法互连互通的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种电能表的WiFi通讯方法，包括：
WiFi通讯模块按照电能表通讯协议与电能表进行数据通讯，得到电能表通讯协议的第一电能数据包；
对所述电能表通讯协议的第一电能数据包进行协议转换，得到集中器通讯协议的第二电能数据包；
将所述集中器通讯协议的第二电能数据包以WiFi通讯方式传输至集中器。
优选地，在所述的WiFi通讯模块按照电能表通讯协议与电能表进行数据通讯，得到电能表通讯协议的第一电能数据包的步骤之前，还包括：
所述WiFi通讯模块接收集中器发送的集中器通讯协议的第一抄表数据包；
将所述集中器通讯协议的第一抄表数据包进行协议转换，得到电能表通讯协议的第二抄表数据包；
将所述电能表通讯协议的第二抄表数据包发送至电能表。
优选地，所述WiFi通讯模块包括用来进行协议转换的协议转换单元，所述协议转换单元具有第一串行通讯接口和第二串行通讯接口；
所述协议转换单元通过所述第一串行通讯接口，将所述第二抄表数据包发送至电能表，并接收所述电能表响应所述第二抄表数据包而发送的第一电能数据包。
优选地，所述WiFi通讯模块包括用于进行WiFi通讯的数据收发单元，所述协议转换单元通过所述第二串行通讯接口，接收所述数据收发单元以WiFi通讯方式收到的来自所述集中器的第一抄表数据包，并将所述第二电能数据包经由所述数据收发单元以WiFi通讯方式传输至集中器。
优选地，还包括：
对所述WiFi通讯模块的运行信号进行实时检测；
若在预设时间内未检测到所述运行信号，则重新启动所述WiFi通讯模块。
根据本发明的另一方面，提供了一种电能表的WiFi通讯模块，包括：
协议转换单元，用于按照电能表通讯协议与电能表进行数据通讯，得到电能表通讯协议的第一电能数据包，并对所述电能表通讯协议的第一电能数据包进行协议转换，得到集中器通讯协议的第二电能数据包；
数据收发单元，用于将所述集中器通讯协议的第二电能数据包以WiFi通讯方式传输至集中器。
优选地，所述协议转换单元还用于接收集中器发送的集中器通讯协议的第一抄表数据包，并将所述集中器通讯协议的第一抄表数据包进行协议转换，得到电能表通讯协议的第二抄表数据包，发送至电能表。
优选地，所述协议转换单元具有第一串行通讯接口和第二串行通讯接口，所述协议转换单元通过所述第一串行通讯接口，将所述第二抄表数据包发送至电能表，并接收所述电能表响应所述第二抄表数据包而发送的第一电能数据包。
优选地，所述协议转换单元通过所述第二串行通讯接口，接收所述数据收发单元以WiFi通讯方式收到的来自所述集中器的第一抄表数据包，并将所述第二电能数据包经由所述数据收发单元以WiFi通讯方式传输至集中器。
优选地，还包括：
检测单元，用于对所述WiFi通讯模块的运行信号进行实时检测；
重启单元，用于在预设时间内未检测到所述运行信号时，重新启动所述WiFi通讯模块。
与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
本发明通过通讯协议的转换功能，实现不同的信息采集设备(例如电能表或其他设备)与集中器的协议兼容，通过UART与WI-FI通讯方式的转换实现无线双向通讯，从而实现国内外不同厂家的电能表与集中器之间能够互连互通。
附图说明
图1是本发明实施例提供的电能表的WiFi通讯方法第一原理框图；
图2是本发明实施例提供的电能表的WiFi通讯方法第二原理框图；
图3是本发明实施例提供的电能表的WiFi通讯模块第一框图；
图4是本发明实施例提供的电能表的WiFi通讯模块第二框图；
图5是本发明实施例提供的电能表的WiFi通讯模块硬件实现示意图；
图6是本发明实施例提供的电能表的WiFi通讯模块的正视、侧视示意图；
图7是本发明实施例提供的电能表的WiFi通讯模块的底视示意图；
图8是本发明实施例提供的电能表的WiFi通讯模块弱电接口示意图；
图9是本发明实施例提供的电能表与WI-FI通信模块弱电接口管脚定义说明图表。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明实施例提供的电能表的WiFi通讯方法第一原理框图，如图1所示，步骤包括：
步骤S101：WiFi通讯模块按照电能表通讯协议与电能表进行数据通讯，得到电能表通讯协议的第一电能数据包。
步骤S102：对所述电能表通讯协议的第一电能数据包进行协议转换，得到集中器通讯协议的第二电能数据包。
步骤S103：将所述集中器通讯协议的第二电能数据包以WiFi通讯方式传输至集中器。
其中，所述WiFi通讯模块包括用来进行协议转换的协议转换单元和用来进行WiFi通讯的数据收发单元。所述协议转换单元具有第一串行通讯接口和第二串行通讯接口。所述协议转换单元通过所述第一串行通讯接口，接收来自所述电能表的第一电能数据包，通过所述第二串行通讯接口，将所述第二电能数据包经由所述数据收发单元以WiFi通讯方式传输至集中器。所述集中器可以通过GSM或有线以太网络等通讯方式将相应数据传送至电力公司数据中心电力远程抄表系统，实现电表数据和数据中心系统的实时在线链接。
图2是本发明实施例提供的电能表的WiFi通讯方法第二原理框图，如图2所示，步骤包括：
步骤S201：所述WiFi通讯模块接收集中器发送的集中器通讯协议的第一抄表数据包。其中，所述第一抄表数据包中包含抄表指令。
步骤S202：将所述集中器通讯协议的第一抄表数据包进行协议转换，得到电能表通讯协议的第二抄表数据包。其中，所述第二抄表数据包包含所述抄表指令。
步骤S203：将所述电能表通讯协议的第二抄表数据包发送至电能表。
步骤S204：WiFi通讯模块按照电能表通讯协议与电能表进行数据通讯，得到电能表通讯协议的第一电能数据包。
电能表解析收到的电能表通讯协议的第一电能数据包，得到其中的抄表指令，并根据抄表指令，回送电能数据，所述电能数据携带在所述第一电能数据包中。
步骤S205：对所述电能表通讯协议的第一电能数据包进行协议转换，得到集中器通讯协议的第二电能数据包。
步骤S206：将所述集中器通讯协议的第二电能数据包以WiFi通讯方式传输至集中器。
其中，所述WiFi通讯模块包括用来进行协议转换的协议转换单元，所述协议转换单元具有第一串行通讯接口和第二串行通讯接口。所述协议转换单元通过所述第一串行通讯接口，将所述第二抄表数据包发送至电能表，并接收所述电能表响应所述第二抄表数据包而发送的第一电能数据包；通过所述第二串行通讯接口，接收所述数据收发单元以WiFi通讯方式收到的来自所述集中器的第一抄表数据包，并将所述第二电能数据包经由所述数据收发单元以WiFi通讯方式传输至集中器。
本发明通过协议转换，解决了不同厂家的电能表与集中器之间由于通讯协议的不同而无法进行互通互联的问题。
本发明增加了电能表的WI-FI无线通讯方式，解决了现有技术通讯成功率低、传输速率低、兼容性差的问题、消除载波通讯方式对电网及用电设备的干扰和RS-485通讯方式存在施工不方便的问题。
进一步地，为提高可靠性，本发明还可以对所述WiFi通讯模块的协议转换单元的运行情况进行实时检测，若在预设时间内未检测到运行信号，则说明所述WiFi通讯模块运行异常，例如死机，此时对所述WiFi通讯模块断电，并在一段时间后上电，使所述WiFi通讯模块重新启动。
图3是本发明实施例提供的电能表的WiFi通讯模块第一框图，如图3所示，所述WiFi通讯模块32包括协议转换模块321和数据收发单元322。其中：
所述协议转换单元321用于按照电能表通讯协议与电能表31进行数据通讯，得到电能表通讯协议的第一电能数据包，并对所述电能表通讯协议的第一电能数据包进行协议转换，得到集中器通讯协议的第二电能数据包。
所述数据收发单元322用于将所述集中器通讯协议的第二电能数据包以WiFi通讯方式传输至集中器33。
进一步地，所述协议转换单元321还用于接收集中器33发送的集中器通讯协议的第一抄表数据包，并将所述集中器通讯协议的第一抄表数据包进行协议转换，得到电能表通讯协议的第二抄表数据包，并经由所述数据收发单元322发送至电能表31。
所述协议转换单元321具有第一串行通讯接口和第二串行通讯接口。所述协议转换单元321通过所述第一串行通讯接口，将所述第二抄表数据包发送至电能表31，并接收所述电能表31响应所述第二抄表数据包而发送的第一电能数据包；通过所述第二串行通讯接口，接收所述数据收发单元322以WiFi通讯方式收到的来自所述集中器33的第一抄表数据包，并将所述第二电能数据包经由所述数据收发单元322以WiFi通讯方式传输至集中器33。
图4是本发明实施例提供的电能表的WiFi通讯模块第二框图，如图4所示，与图3所示实施例相比，所述WiFi通讯模块32还包括检测单元323和重启单元324。其中：
所述检测单元323对所述WiFi通讯模块32的协议转换单元321的运行情况进行实时检测，若在预设时间内未检测到运行信号，则所述重启单元324重新启动所述WiFi通讯模块32。
其中，上述协议转换单元321可以由单片机或FPGA等实现，上述数据收发单元322可以由WiFi收发及控制电路、天线实现，上述检测单元323和重启单元324可以由看门狗电路实现，所述看门狗电路可以内置于单片机。
图5是本发明实施例提供的电能表的WiFi通讯模块硬件实现示意图，如图5所示，将WI-FI无线通讯电路、单片机51、UART串行通讯接口电路53和电源电路54设计成一个独立的WiFi通讯模块。其中，所述WI-FI无线通讯电路包括所述WiFi收发及控制电路52和天线；电源电路提供+5V和+3.3V电源。
所述WiFi通讯模块通过一个标准的接口(例如UART接口53)与电能表连接。所述WiFi通讯模块由电能表提供+5V电源，以UART串行通讯方式按照电能表通讯协议(以下简称协议A)与电能表交换数据，单片机51将电能表的电能数据转换为集中器通讯协议(以下简称协议B)的数据包，以WiFi通讯方式与集中器进行双向数据通讯，集中器再将数据远程传输给远方的主站系统，实现对低压电能表的远程信息采集和费控。
所述WiFi通讯模块的工作过程如下：所述WiFi通讯模块通过WI-FI无线通讯接口的天线、WiFi收发及控制电路52接收集中器发来的无线电信号(抄表指令)，WiFi收发及控制电路52将信号解析后以通讯协议B的格式传输给单片机51、单片机51将通讯协议转换为通讯协议A的格式后经UART接口53发给电能表。电能表接收指令后回发电能数据给单片机51，单片机51将电能数据由通讯协议B的格式转换为通讯协议A的格式后，发给WiFi收发及控制电路52，经天线发送出去，完成一项数据的抄表，实现电能表与远传数据集中器的数据通讯。
本实施例通过WiFi通讯模块内部的单片机51进行通讯协议的转换，实现电能表兼容多种通讯协议。WiFi通讯模块内部的单片机51有两个UART串行通讯接口53，由第一路UART串行通讯接口按照协议A与电能表交换数据，单片机先将数据存储在存储器中，之后单片机将存储的数据按照协议B格式，由第二路UART串行通讯接口发送给WiFi无线通讯电路，以WiFi通讯方式与集中器进行双向数据通讯，实现通讯协议和通讯方式的转换。
本实施例通过WiFi通讯模块的UART接口53与WiFi通讯方式转换功能，实现电能表的无线通讯方式组网通讯。
本实施例应用WiFi无线通讯技术，解决通讯成功率低、传输速率低、消除对电网及用电设备干扰和施工不方便的问题。
本实施例的所述WiFi通讯模块是独立的标准化模块，安装于电能表内，实现电能表与远传数据采集的集中器之间的数据无线传输，便于安装、更换和维护。WI-FI通讯模块通过WI-FI通讯端口与集中器通讯，再将收发数据由内部的单片机转换为电能表的通讯协议后，由内部UART通讯端口传送给电能表的主处理器芯片。
所述WiFi通讯模块除具备上述协议转换功能和WiFi通讯功能外，还具备以下功能：
1、所述WiFi通讯模块具有自动组网功能。
所述WiFi通讯模块可设置成一个无线站点STA，也可设置成一个无线接入点AP，所以所述WiFi通讯模块逻辑上支持两个无线接口，一个接口作为STA，另一个接口相当于一个AP，其他的STA可以通过该模块的AP接口连入无线网络，从而利用该模块提供十分灵活的组网方式和网络拓扑。
2、所述WiFi通讯模块具有多重抗干扰技术。
a.在所述WiFi通讯模块中设置电源滤波电路，用于消除电源传输的高频干扰。
b.在所述WiFi通讯模块的单片机中内置WDT看门狗电路，用于在单片机死机时自动恢复。例如当干扰过强，所述电源滤波电路的防护失效造成单片机死机时，WDT电路在预设时间(例如1.5秒)内没有监测到单片机运行信号，将发出复位信号重新起动单片机运行。
c.数据备份和自动恢复。
所述WiFi通讯模块的运行数据一份保存在单片机的RAM存储区中，一份保存在外部的EEPROM存储器中。通过单片机内部设计的累加校验程序检测RAM中的数据是否被干扰损坏，如果损坏则自动读取备份的数据。
本发明通过标准化和模块化的设计，统一了WiFi通讯模块的外形尺寸和接口，使电能表可以定型生产，用户需要什么协议插上相应的WiFi通讯模块即可，解决安装、更换和维护方便的问题。以下通过图6-9进行进一步说明。
1、电能表的WiFi通讯模块的尺寸和接口。
WiFi通讯模块的外形尺寸可以为70mm(长)×50mm(宽)×22.7mm(高)，模块正视、侧视、底视示意图参见图6和图7。
强电和弱电的整体位置如图7所示，强电在左下脚，弱电在右上角。其中，WiFi通讯模块与电能表的连接可以增加过压、过流和防静电等保护电路。
3、电能表的WiFi通讯模块弱电接口管脚定义参见图8和图9。
WiFi通讯模块弱电接口采用2×6双排插针作为连接件，电能表弱电接口采用2×6双排插座作为连接件。
综上所述，本发明所述WiFi通讯模块可直接应用于供电企业的不同协议的单相和三相电能表以及现有设备的信息化改造，其应用前景广阔，优点主要体现在以下几个方面：
1、本发明通过通讯协议的转换功能，实现电能表与不同通讯协议的信息采集设备的组网。
2、本发明提出了新的电能表自动抄表通讯方式。与现有电能表的自动抄表技术(电力载波和RS-485通讯方式)相比，WiFi通讯方式提高了通讯速率、通讯成功率、抗干扰能力、设备兼容性，并且不需要布线，减少对电网的高频干扰。
3、本发明通过模块化和标准化的结构设计，使得产品的生产、安装、维护方便，节省大量人工费用。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电能表的WiFi通讯方法，其特征在于，包括：
WiFi通讯模块按照电能表通讯协议与电能表进行数据通讯，得到电能表通讯协议的第一电能数据包；
对所述电能表通讯协议的第一电能数据包进行协议转换，得到集中器通讯协议的第二电能数据包；
将所述集中器通讯协议的第二电能数据包以WiFi通讯方式传输至集中器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述的WiFi通讯模块按照电能表通讯协议与电能表进行数据通讯，得到电能表通讯协议的第一电能数据包的步骤之前，还包括：
所述WiFi通讯模块接收集中器发送的集中器通讯协议的第一抄表数据包；
将所述集中器通讯协议的第一抄表数据包进行协议转换，得到电能表通讯协议的第二抄表数据包；
将所述电能表通讯协议的第二抄表数据包发送至电能表。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述WiFi通讯模块包括用来进行协议转换的协议转换单元，所述协议转换单元具有第一串行通讯接口和第二串行通讯接口；
所述协议转换单元通过所述第一串行通讯接口，将所述第二抄表数据包发送至电能表，并接收所述电能表响应所述第二抄表数据包而发送的第一电能数据包。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述WiFi通讯模块包括用于进行WiFi通讯的数据收发单元，所述协议转换单元通过所述第二串行通讯接口，接收所述数据收发单元以WiFi通讯方式收到的来自所述集中器的第一抄表数据包，并将所述第二电能数据包经由所述数据收发单元以WiFi通讯方式传输至集中器。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：
对所述WiFi通讯模块的运行信号进行实时检测；
若在预设时间内未检测到所述运行信号，则重新启动所述WiFi通讯模块。
6.一种电能表的WiFi通讯模块，其特征在于，包括：
协议转换单元，用于按照电能表通讯协议与电能表进行数据通讯，得到电能表通讯协议的第一电能数据包，并对所述电能表通讯协议的第一电能数据包进行协议转换，得到集中器通讯协议的第二电能数据包；
数据收发单元，用于将所述集中器通讯协议的第二电能数据包以WiFi通讯方式传输至集中器。
7.根据权利要求6所述的WiFi通讯模块，其特征在于，所述协议转换单元还用于接收集中器发送的集中器通讯协议的第一抄表数据包，并将所述集中器通讯协议的第一抄表数据包进行协议转换，得到电能表通讯协议的第二抄表数据包，发送至电能表。
8.根据权利要求7所述的WiFi通讯模块，其特征在于，所述协议转换单元具有第一串行通讯接口和第二串行通讯接口，所述协议转换单元通过所述第一串行通讯接口，将所述第二抄表数据包发送至电能表，并接收所述电能表响应所述第二抄表数据包而发送的第一电能数据包。
9.根据权利要求8所述的WiFi通讯模块，其特征在于，所述协议转换单元通过所述第二串行通讯接口，接收所述数据收发单元以WiFi通讯方式收到的来自所述集中器的第一抄表数据包，并将所述第二电能数据包经由所述数据收发单元以WiFi通讯方式传输至集中器。
10.根据权利要求6-9任意一项所述的WiFi通讯模块，其特征在于，还包括：
检测单元，用于对所述WiFi通讯模块的运行信号进行实时检测；
重启单元，用于在预设时间内未检测到所述运行信号时，重新启动所述WiFi通讯模块。
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