CN105788212A - 一种智能无线抄表系统及其通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线抄表系统及其通信方法，该系统包括智能电表和数据转发设备，智能电表包括直流电源模块、DC‑DC转换器、第一微处理器、计量模块、存储模块以及第一射频通信模块，数据转发设备包括第二微处理器、第二射频通信模块和GSM通信模块，直流电源模块的输入端接交流电源，第一输出端与DC‑DC转换器的输入端连接，第二输出端与计量模块的输入端连接，DC‑DC转换器的第一输出端与第一微处理器的第一输入端连接，第二输出端与第一射频通信模块的输入端连接，第二射频通信模块通过无线射频网络与第一射频通信模块连接。本发明成本较低、稳定性好、穿透距离远且功耗较低，适合在楼房密集处使用，可广泛应用于电力行业中。

Description

一种智能无线抄表系统及其通信方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，特别是涉及一种智能无线抄表系统及其通信方法。

背景技术

名词解释：

CRC：全称Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验码；

RSSI：全称Received Signal Strength Indication，接收的信号强度指示；

FIFO_RX：FIFO表示先进先出的堆栈结构，RX表示接受数据端，FIFO_RX表示接收数据的先进先出寄存器。

在当前社会，电力的应用已经极为广泛，电力已经成为人们生活中不可或缺的部分。电表是电力网络中重要的测量仪器，可以测量电力资源的消耗情况。传统中采集电表数据的方式是人工采集，需要专门的工作人员逐个电表进行数据采集，效率低下且成本高。而随着当代电子技术的不断发展及普及，在无线通信技术的发展现状下，已经可以实现无线抄表，用无线抄表代替人工抄表可以提高企业运营效率，大幅度降低运营成本，而它的最大特点就是不用布线，安装方便，大大减少工程人员的劳动，保证工程顺利进行。现在无线抄表系统使用的无线通信方式大多都是GSM/GPRS、WIFI或ZigBee通信方式。GSM通信方式虽然通讯速度较快，无需重新组建网络，但是GSM通讯需要费用，每个电表都用GSM通讯显然通信费用昂贵。WIFI通信方式虽然越来越普及，但是它的功耗较大（发射功率在60mw左右），电力系统所有电表加起来的总耗电量将极其庞大。ZigBee通信方式虽然功耗低，但是组网方面成本较高，穿透性不好导致稳定性差。总的来说，目前的无线抄表技术在成本、稳定性或者功耗上存在较大不足，不适合应用在小区的无线抄表中。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种智能无线抄表系统，本发明的另一目的是提供一种智能无线抄表系统的通信方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种智能无线抄表系统，包括数据转发设备和多个智能电表，所述智能电表包括直流电源模块、DC-DC转换器、第一微处理器、计量模块、存储模块以及第一射频通信模块，所述数据转发设备包括第二微处理器、第二射频通信模块和GSM通信模块，所述第一微处理器分别与计量模块、存储模块以及第一射频通信模块连接，所述直流电源模块的输入端接交流电源，第一输出端与DC-DC转换器的输入端连接，第二输出端与计量模块的输入端连接，所述DC-DC转换器的第一输出端与第一微处理器的第一输入端连接，第二输出端与第一射频通信模块的输入端连接；

所述第二微处理器分别与第二射频通信模块和GSM通信模块连接，所述第二射频通信模块通过无线射频网络与第一射频通信模块连接；

所述多个智能电表与数据转发设备之间共享通信信道，并通过数据报的传输及解析进行协调通信。

进一步，所述智能电表还包括拨码开关，所述拨码开关的输出端与第一微处理器的第二输入端连接。

进一步，所述智能电表还包括掉电检测电路，所述掉电检测电路的输出端与第一微处理器的第三输入端连接，所述掉电检测电路与直流电源模块连接。

进一步，所述掉电检测电路包括电压比较器、可控精密稳压源、光耦合器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一电容，所述第一电阻的一端与直流电源模块连接，另一端分别与第二电阻的一端以及电压比较器的负极端连接，所述第二电阻的另一端与直流电源模块共地，所述电压比较器的正极端通过第三电阻接入第一直流供电电源，所述电压比较器的正极端还与可控精密稳压源的第三引脚连接，所述可控精密稳压源的第二引脚接地，第一引脚分别与电压比较器的正极端以及第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地，所述电压比较器的输出端通过第四电阻与光耦合器的输入端二极管的阴极连接，所述光耦合器的输入端二极管的阳极与第一直流供电电源连接，所述光耦合器的输出端三极管的集电极通过第五电阻接入第二直流供电电源，所述光耦合器的输出端三极管的发射极接地。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：

一种智能无线抄表系统的通信方法，包括步骤：

S1、智能电表通过第一射频通信模块向数据转发设备发送请求数据报，并触发超时重传模式；

S2、数据转发设备响应于通过第二射频通信模块接收到的智能电表的请求数据报，生成响应数据报并发送到对应的智能电表，同时触发超时重传模式；

S3、智能电表响应于数据转发设备发送的响应数据报的内容，向数据转发设备发送电网参数数据报，同时再次触发超时重传模式；

S4、数据转发设备接收到智能电表的电网参数数据报后通过GSM通信模块进行数据转发，同时生成代表数据接收完毕的结束数据报并发送到对应的智能电表，并再次触发超时重传模式；

S5、智能电表响应于接收到的数据转发设备的结束数据报，生成代表数据发送完毕的结束数据报并发送到数据转发设备；

S6、数据转发设备响应于接收到的结束数据报，结束与对应的智能电表的通信过程。

进一步，所述超时重传模式具体为：打开定时器，并在到达定时器定时时间后判断是否接收到响应数据，若是，则执行下一步骤，反之，进行数据重传并进行错误标记。

进一步，所述超时重传模式在第K次超时重传时，读取K次ADC数据，并将读取的K次数值相加后获得随机数N，然后采用定时器延时N微秒，在N微秒延时时间内判断第一射频通信模块是否因RSSI而产生中断，若是，则立即发送数据，反之，暂停定时器，读取FIFO_RX寄存器存储的数据报的信息，获取当前正在通信的智能电表预约占用信道的时间，进而延时相应的时间后，将错误标记次数加1并继续该暂停的定时器，并在定时器结束后发送数据，当超时重传模式在错误标记次数达到预设次数阈值后，结束通信，并标记通信信道繁忙。

进一步，所述智能电表和数据转发设备发送的数据报的数据格式为：由数据长度、数据类型、数据标志、目的地址、源地址、循环冗余校验码以及数据字节构成。

进一步，所述步骤S3中超时重传模式设定的定时器时间比步骤S4中超时重传模式设定的定时器时间长。

进一步，所述步骤S1之前还包括步骤：

S01、智能电表清除中断标志后，延时一定时间，进而判断第一射频通信模块是否因RSSI而产生中断，若是，则执行步骤S03，反之执行步骤S02；

S02、等待一个随机时间，并判断等待过程中第一射频通信模块是否产生中断，若是，则执行步骤S03，反之结束本步骤，进入发送数据模式；

S03、读取第一射频通信模块的FIFO_RX寄存器中存储的数据报的信息，获取当前正在通信的智能电表预约占用信道的时间，进而延时相应的时间后返回执行步骤S01。

本发明的有益效果是：本发明的一种无线抄表系统，包括智能电表和数据转发设备，智能电表包括直流电源模块、DC-DC转换器、第一微处理器、计量模块、存储模块以及第一射频通信模块，数据转发设备包括第二微处理器、第二射频通信模块和GSM通信模块，第一微处理器分别与计量模块、存储模块以及第一射频通信模块连接，直流电源模块的输入端接交流电源，第一输出端与DC-DC转换器的输入端连接，第二输出端与计量模块的输入端连接， DC-DC转换器的第一输出端与第一微处理器的第一输入端连接，第二输出端与第一射频通信模块的输入端连接；第二微处理器分别与第二射频通信模块和GSM通信模块连接，第二射频通信模块通过无线射频网络与第一射频通信模块连接，多个智能电表与数据转发设备之间共享通信信道，并通过数据报的传输及解析进行协调通信。本无线抄表系统成本较低、稳定性好、穿透距离远且功耗较低，适合在楼房密集处使用，特别适合应用在小区的抄表系统中。

本发明的另一有益效果是：本发明的一种智能无线抄表系统的通信方法，包括步骤：S1、智能电表通过第一射频通信模块向数据转发设备发送请求数据报，并触发超时重传模式；S2、数据转发设备响应于通过第二射频通信模块接收到的智能电表的请求数据报，生成响应数据报并发送到对应的智能电表，同时触发超时重传模式；S3、智能电表响应于数据转发设备发送的响应数据报的内容，向数据转发设备发送电网参数数据报，同时再次触发超时重传模式；S4、数据转发设备接收到智能电表的电网参数数据报后通过GSM通信模块进行数据转发，同时生成代表数据接收完毕的结束数据报并发送到对应的智能电表，并再次触发超时重传模式；S5、智能电表响应于接收到的数据转发设备的结束数据报，生成代表数据发送完毕的结束数据报并发送到数据转发设备；S6、数据转发设备响应于接收到的结束数据报，结束与对应的智能电表的通信过程。本通信方法可以实现多个智能电表与数据转发设备之间的有序通信，避免相互产生干扰，通信效率高、成本较低、稳定性好、穿透距离远且功耗较低，适合在楼房密集处使用，特别适合应用在小区的抄表系统中。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的一种智能无线抄表系统的结构框图；

图2是本发明的一种无线抄表系统的掉电检测电路的模拟电路图。

具体实施方式

参照图1，本发明提供了一种智能无线抄表系统，包括数据转发设备和多个智能电表，所述智能电表包括直流电源模块、DC-DC转换器、第一微处理器、计量模块、存储模块以及第一射频通信模块，所述数据转发设备包括第二微处理器、第二射频通信模块和GSM通信模块，所述第一微处理器分别与计量模块、存储模块以及第一射频通信模块连接，所述直流电源模块的输入端接交流电源，第一输出端与DC-DC转换器的输入端连接，第二输出端与计量模块的输入端连接，所述DC-DC转换器的第一输出端与第一微处理器的第一输入端连接，第二输出端与第一射频通信模块的输入端连接；

所述第二微处理器分别与第二射频通信模块和GSM通信模块连接，所述第二射频通信模块通过无线射频网络与第一射频通信模块连接；

所述多个智能电表与数据转发设备之间共享通信信道，并通过数据报的传输及解析进行协调通信。

进一步作为优选的实施方式，所述智能电表还包括拨码开关，所述拨码开关的输出端与第一微处理器的第二输入端连接。

进一步作为优选的实施方式，所述智能电表还包括掉电检测电路，所述掉电检测电路的输出端与第一微处理器的第三输入端连接，所述掉电检测电路与直流电源模块连接。

进一步作为优选的实施方式作为优选的实施方式，参照图2，所述掉电检测电路包括电压比较器LM393、可控精密稳压源U1、光耦合器U2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第一电容C1，所述第一电阻R1的一端与直流电源模块连接，另一端分别与第二电阻R2的一端以及电压比较器LM393的负极端连接，所述第二电阻R2的另一端与直流电源模块共地，所述电压比较器LM393的正极端通过第三电阻R3接入第一直流供电电源，所述电压比较器LM393的正极端还与可控精密稳压源U1的第三引脚连接，所述可控精密稳压源U1的第二引脚接地，第一引脚分别与电压比较器LM393的正极端以及第一电容C1的一端连接，所述第一电容C1的另一端接地，所述电压比较器LM393的输出端通过第四电阻R4与光耦合器U2的输入端二极管的阴极连接，所述光耦合器U2的输入端二极管的阳极与第一直流供电电源连接，所述光耦合器U2的输出端三极管的集电极通过第五电阻R5接入第二直流供电电源，所述光耦合器U2的输出端三极管的发射极接地。

本发明还提供了一种智能无线抄表系统的通信方法，包括步骤：

S1、智能电表通过第一射频通信模块向数据转发设备发送请求数据报，并触发超时重传模式；

S2、数据转发设备响应于通过第二射频通信模块接收到的智能电表的请求数据报，生成响应数据报并发送到对应的智能电表，同时触发超时重传模式；

S3、智能电表响应于数据转发设备发送的响应数据报的内容，向数据转发设备发送电网参数数据报，同时再次触发超时重传模式；

S4、数据转发设备接收到智能电表的电网参数数据报后通过GSM通信模块进行数据转发，同时生成代表数据接收完毕的结束数据报并发送到对应的智能电表，并再次触发超时重传模式；

S5、智能电表响应于接收到的数据转发设备的结束数据报，生成代表数据发送完毕的结束数据报并发送到数据转发设备；

S6、数据转发设备响应于接收到的结束数据报，结束与对应的智能电表的通信过程。

进一步作为优选的实施方式，所述超时重传模式具体为：打开定时器，并在到达定时器定时时间后判断是否接收到响应数据，若是，则执行下一步骤，反之，进行数据重传并进行错误标记。

进一步作为优选的实施方式，超时重传模式在第K次超时重传时，读取K次ADC数据，并将读取的K次数值相加后获得随机数N，然后采用定时器延时N微秒，在N微秒延时时间内判断第一射频通信模块是否因RSSI而产生中断，若是，则立即发送数据，反之，暂停定时器，读取FIFO_RX寄存器存储的数据报的信息，获取当前正在通信的智能电表预约占用信道的时间，进而延时相应的时间后，将错误标记次数加1并继续该暂停的定时器，并在定时器结束后发送数据，当超时重传模式在错误标记次数达到预设次数阈值后，结束通信，并标记通信信道繁忙。

进一步作为优选的实施方式，所述智能电表和数据转发设备发送的数据报的数据格式为：由数据长度、数据类型、数据标志、目的地址、源地址、循环冗余校验码以及数据字节构成。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤S3中超时重传模式设定的定时器时间比步骤S4中超时重传模式设定的定时器时间长。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤S1之前还包括步骤：

S01、智能电表清除中断标志后，延时一定时间，进而判断第一射频通信模块是否因RSSI而产生中断，若是，则执行步骤S03，反之执行步骤S02；

S02、等待一个随机时间，并判断等待过程中第一射频通信模块是否产生中断，若是，则执行步骤S03，反之结束本步骤，进入发送数据模式；

S03、读取第一射频通信模块的FIFO_RX寄存器中存储的数据报的信息，获取当前正在通信的智能电表预约占用信道的时间，进而延时相应的时间后返回执行步骤S01。

以下结合具体实施例对本发明做详细说明。

实施例一

参照图1，一种无线抄表系统，包括智能电表和数据转发设备，智能电表包括直流电源模块、DC-DC转换器、第一微处理器、计量模块、存储模块、拨码开关、掉电检测电路以及第一射频通信模块，数据转发设备包括第二微处理器、第二射频通信模块和GSM通信模块，第一微处理器分别与计量模块、存储模块以及第一射频通信模块连接，拨码开关的输出端与第一微处理器的第二输入端连接，掉电检测电路的输出端与第一微处理器的第三输入端连接，掉电检测电路与直流电源模块连接，直流电源模块的输入端接交流电源，第一输出端与DC-DC转换器的输入端连接，第二输出端与计量模块的输入端连接，DC-DC转换器的第一输出端与第一微处理器的第一输入端连接，第二输出端与第一射频通信模块的输入端连接；

第二微处理器分别与第二射频通信模块和GSM通信模块连接，第二射频通信模块通过无线射频网络与第一射频通信模块连接。

多个智能电表与数据转发设备之间共享通信信道，并通过数据报的传输及解析进行协调通信，具体通信方法如实施例二所示。

本实施例中，直流电源模块用于将接入的220V交流电源转换为5V的直流电源，这里采用OB2262的反激式开关电源；DC-DC转换器采用AMS1117系列的稳压器，用于将5V的直流电源转换为3.3V的直流电源；计量模块用于计量用户的用电量，采用型号为ATT7053BU的单相计量芯片；第一微处理器采用STM32系列的ARM芯片；存储模块采用24C02系列的EEPROM。拨码开关可以通过手动拨码输入智能电表的ID号，进行标识。

第一射频通信模块和第二射频通信模块均采用型号为SI4432的射频收发芯片，该芯片具有低接收灵敏度、低待机功耗以及通信距离长等优点，接收灵敏度可低达-118dBm，待机功耗低达400nA，通信距离在理想情况下长达1000米，因为SI4432频段在免费的ISM中，无需增加通信费用，成本较低，所以我们用SI4432可以在成本，稳定性，距离，功耗方面都能兼顾到。虽然SI4432的功耗没有ZIGBEE和蓝牙低，但是其具有更远的传输距离，且信号穿透性强，适合在楼房密集处使用，特别适合应用在小区的抄表系统中。

本发明通过在智能电表上设置第一射频通信模块，并设置一个数据转发设备，数据转发设备可通过第二射频通信模块接收智能电表的抄表数据，并通过GSM通信模块和电力公司的数据服务器或主控中心进行数据交换，将智能电表的抄表数据转发到电力公司，从而实现智能抄表。

具体的，参照图2，掉电检测电路包括电压比较器LM393、可控精密稳压源U1、光耦合器U2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第一电容C1，第一电阻R1的一端与直流电源模块连接，另一端分别与第二电阻R2的一端以及电压比较器LM393的负极端连接，第二电阻R2的另一端与直流电源模块共地，电压比较器LM393的正极端通过第三电阻R3接入第一直流供电电源，电压比较器LM393的正极端还与可控精密稳压源U1的第三引脚连接，可控精密稳压源U1的第二引脚接地，第一引脚分别与电压比较器LM393的正极端以及第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端接地，电压比较器LM393的输出端通过第四电阻R4与光耦合器U2的输入端二极管的阴极连接，光耦合器U2的输入端二极管的阳极与第一直流供电电源连接，光耦合器U2的输出端三极管的集电极通过第五电阻R5接入第二直流供电电源，光耦合器U2的输出端三极管的发射极接地。

图2中，GNDP表示电源地即交流地，GND表示微处理器接地端即直流地，PB8表示与第一微处理器的连接端，VDD表示第一直流供电电源，其供电电压为3.3V，VSS表示第二直流供电电源，其供电电压为5V，电压比较器LM393的电源端即引脚8也与第一直流供电电源连接，第一电阻R1的与直流电源模块连接的一端的标号AC是表示与直流电源模块中的交流电源连接，通过合适选择第一电阻R1和第二电阻R2的阻值后，可以将接入的交流电源分压后分成3V的电压输入到电压比较器LM393的负极端，可控精密稳压源U1采用型号为TL431的芯片，TL431可将电压比较器LM393的正极端电压维持在2.5V，因此，正常供电情况下，电压比较器LM393的输出端即引脚1将输出低电平，光耦合器U2的输入端二极管发光，使得光耦合器U2的输出端三极管导通，从而PB8处输入低电平。当供电网络发生故障时，TL431在辅助绕组的供电下能在一段时间保持2.5V，而因电网故障使得电压比较器LM393的负极端电压低于正极端的电压，LM393的输出端输出高电平，光耦合器U2的输入端二极管不导通，使光耦合器U2的输出端三极管不导通，第一微处理器IO口拉高，这时第一微处理器会产生中断，触发读取ATT7053BU的数据并保存，实现掉电保护。因此，本实施例增加掉电检测电路后，在掉电时能有足够能量让智能电表主动保存数据，实现掉电保护。

实施例二

一种应用于实施例一的智能无线抄表系统的通信方法，包括步骤：

S01、智能电表清除中断标志后，延时一定时间，进而判断第一射频通信模块是否因RSSI而产生中断，若是，则执行步骤S03，反之执行步骤S02；

S02、等待一个随机时间，并判断等待过程中第一射频通信模块是否产生中断，若是，则执行步骤S03，反之结束本步骤，进入发送数据模式，执行步骤S1；

S03、读取第一射频通信模块的FIFO_RX寄存器中存储的数据报的信息，获取当前正在通信的智能电表预约占用信道的时间，进而延时相应的时间后返回执行步骤S01；

S1、智能电表通过第一射频通信模块向数据转发设备发送请求数据报，并触发超时重传模式；

S2、数据转发设备响应于通过第二射频通信模块接收到的智能电表的请求数据报，生成响应数据报并发送到对应的智能电表，同时触发超时重传模式；

S3、智能电表响应于数据转发设备发送的响应数据报的内容，向数据转发设备发送电网参数数据报，同时再次触发超时重传模式；

S4、数据转发设备接收到智能电表的电网参数数据报后通过GSM通信模块进行数据转发，同时生成代表数据接收完毕的结束数据报并发送到对应的智能电表，并再次触发超时重传模式；

S5、智能电表响应于接收到的数据转发设备的结束数据报，生成代表数据发送完毕的结束数据报并发送到数据转发设备；

S6、数据转发设备响应于接收到的结束数据报，结束与对应的智能电表的通信过程。

本发明中，超时重传模式具体为：打开定时器，并在到达定时器定时时间后判断是否接收到响应数据，若是，则执行下一步骤，反之，进行数据重传并进行错误标记。超时重传模式在第K次超时重传时，读取K次ADC数据，并将读取的K次数值相加后获得随机数N，然后采用定时器延时N微秒，在N微秒延时时间内判断第一射频通信模块是否因RSSI而产生中断，若是，则立即发送数据，反之，暂停定时器，读取FIFO_RX寄存器存储的数据报的信息，获取当前正在通信的智能电表预约占用信道的时间，进而延时相应的时间后，将错误标记次数加1并继续该暂停的定时器，并在定时器结束后发送数据，当超时重传模式在错误标记次数达到预设次数阈值后，结束通信，并标记通信信道繁忙。K表示超时重传的次数，即前面的错误标记的总次数。例如预设次数阈值为5时，当每次到达定时器定时时间后未接收到响应数据，则错误标记次数加1，到达预设阈值5时，结束通信，并标记通信信道繁忙。步骤S3中超时重传模式设定的定时器时间比步骤S4中超时重传模式设定的定时器时间长，因为响应数据报的数据量字节数比电网参数数据报的数据量字节数小，因此可以在数据转发设备发送多个响应数据报后，智能电表才发生超时重传，这样可以避免因小数据量的响应数据报故障而使得电网参数数据报发生重传。ADC是指模数转换器，读取ADC数据是指采用ADC读取悬空的IO口（即输入输出口）的数据，这里，读取ADC数据读取的是随机数据，随着K的增加，读取的随机数据的随机性也相应增加。

本实施例中，智能电表和数据转发设备发送的数据报的数据格式为：由数据长度、数据类型、数据标志、目的地址、源地址、循环冗余校验码以及数据字节构成。数据长度占4Bit，指数据报的数据长度。数据类型占4Bit，指数据报的类型，因此，本数据报一共可以容纳2^4=16种类型的数据报。数据标志占8Bit，指本次通信需要发送多少次数据报，设置数据标志后，利于信道的预约，对数据转发设备来说，可以获知要接收多少数据，而对于其他的智能电表来说，可以获知在多长时间内信道被占用，不能发送数据，从而可以预约下次发送数据的时间。目的地址占16Bit，指通信的地址。源地址占16Bit，指发送数据报的电表地址。循环冗余校验码占16Bit，也称CRC-16，指数据报的循环冗余校验码。数据字节表示该数据报中的数据内容，总字节数等于数据长度的大小。

本发明中，数据转发设备接收到智能电表的电网参数数据报后通过GSM通信模块进行数据转发，因为GSM通信已经很稳定和成熟了，所以我们不介绍GSM通信，本实施例重点在于描述智能电表和数据转发设备之间的通信方法。为了通信方便，所有智能电表都设置成相同的信道，因此，小区中的智能电表都共享同一条信道，所以智能电表与智能电表之间的通信很容易受到干扰，因此，必须在软件和硬件方面来防止智能电表通信的冲突。硬件方面，因此，第一射频通信模块采用的SI4432内部具有一个自动CRC校验，所以可以保证SI4432接收到的数据都是正确的，如果接收到的数据流错误时，通过不了CRC校验，则SI4432不会将数据进入到自己的接收FIFO，在这个基础上，我们在数据报中，也用了16Bit位的数据作为数据报CRC-16校验，从而在软件和硬件方便都加了CRC校验，以保证数据的正确。

接下来我们在下面讲解电表通信协议：

如前所述，为了使得通信方便和兼容，把智能电表的通信设置在同一信道上，当一个智能电表发送数据时，其余的各个智能电表都能检测到这个数据，即每个智能电表都以广播方式来通信，实施例一在智能电表中加了一个16位的电表ID号（通过两个8PIN的拨码开关拨号实现ID号的设定），实现智能电表的点对点的通信，在智能电表发送数据时，数据报中必须要有自己的ID号和数据转发设备的ID号。

因为ISM频段的干扰很大，所以智能电表的通信很容易发生碰撞，更具体的，本实施例中，智能电表与数据转发设备通过以下方式进行通信，从而可以避免不同智能电表之间的碰撞：

㈠如果智能电表需要发送数据时，读取寄存器03H和04H来清除中断标志后，再延时一个确定的时间，并判断SI4432是否因RSSI（信号强度寄存器，在SI4432的地址是26H）而产生中断，①如果因它产生中断，那么说明信道被占用②否则信道空闲。

①当信道被占用时，我们读取SI4432中的FIFO_RX寄存器，根据数据报的信息，得知正在通信的智能电表预约了信道多长时间，我们将延时相应的时间后返回操作㈠。

②如果信道空闲，则等待一个随机时间后，在此期间SI4432如果没有产生中断，则发送数据，如果有，则返回操作㈠。

㈡智能电表发送数据报请求，并开启超时重传模式（打开定时器,看在定时器超时之前是否接收到响应数据，如果接收到了响应数据，则不用重传，反之，进行数据重传）。

㈢数据转发设备接收到了请求信息，处理数据后，立即发出ACK（响应数据报），并进入超时重传模式。

㈣当智能电表收到了数据转发设备的ACK数据报后，立即发出电网参数数据报，并进入超时重传模式。

㈤数据转发设备接收到了智能电表的包含电能数据的电网参数数据报后，发送代表数据接收完毕的结束数据报，并进入超时重传模式。

㈥智能电表接受到数据转发设备的结束数据报，生成代表数据发送完毕的结束数据报，这时就不进入超时重传模式，智能电表发送完代表数据发送完毕的结束数据报后就结束通信过程。

步骤㈥是需要的，因为我们设置智能电表发送数据的数据报的超时重传时间比较大（即第㈣步的超时重传时间，从开始计时到超时这段时间），而第㈤步超时重传时间较短，以保证如果发生通信故障时，可以发送多个ACK后，智能电表才发生超时重传，这样设计是为了不希望因小数据量的ACK数据报故障而使得数据报重传（数据信息的数据量字节数比ACK数据报字节数大）。

通过本通信方法，可以实现多个智能电表与数据转发设备之间的有序通信，避免相互产生干扰，提高了通信效率以及通信稳定性，而且智能电表与数据转发设备之间通过无线射频网络进行通信，通信成本较低、稳定性好、穿透距离远且功耗较低，适合在楼房密集处使用，特别适合应用在小区的抄表系统中。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种智能无线抄表系统，其特征在于，包括数据转发设备和多个智能电表，所述智能电表包括直流电源模块、DC-DC转换器、第一微处理器、计量模块、存储模块以及第一射频通信模块，所述数据转发设备包括第二微处理器、第二射频通信模块和GSM通信模块，所述第一微处理器分别与计量模块、存储模块以及第一射频通信模块连接，所述直流电源模块的输入端接交流电源，第一输出端与DC-DC转换器的输入端连接，第二输出端与计量模块的输入端连接，所述DC-DC转换器的第一输出端与第一微处理器的第一输入端连接，第二输出端与第一射频通信模块的输入端连接；

所述第二微处理器分别与第二射频通信模块和GSM通信模块连接，所述第二射频通信模块通过无线射频网络与第一射频通信模块连接；

所述多个智能电表与数据转发设备之间共享通信信道，并通过数据报的传输及解析进行协调通信。

2.根据权利要求1所述的一种智能无线抄表系统，其特征在于，所述智能电表还包括拨码开关，所述拨码开关的输出端与第一微处理器的第二输入端连接。

3.根据权利要求1所述的一种智能无线抄表系统，其特征在于，所述智能电表还包括掉电检测电路，所述掉电检测电路的输出端与第一微处理器的第三输入端连接，所述掉电检测电路与直流电源模块连接。

4.根据权利要求3所述的一种智能无线抄表系统，其特征在于，所述掉电检测电路包括电压比较器、可控精密稳压源、光耦合器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一电容，所述第一电阻的一端与直流电源模块连接，另一端分别与第二电阻的一端以及电压比较器的负极端连接，所述第二电阻的另一端与直流电源模块共地，所述电压比较器的正极端通过第三电阻接入第一直流供电电源，所述电压比较器的正极端还与可控精密稳压源的第三引脚连接，所述可控精密稳压源的第二引脚接地，第一引脚分别与电压比较器的正极端以及第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地，所述电压比较器的输出端通过第四电阻与光耦合器的输入端二极管的阴极连接，所述光耦合器的输入端二极管的阳极与第一直流供电电源连接，所述光耦合器的输出端三极管的集电极通过第五电阻接入第二直流供电电源，所述光耦合器的输出端三极管的发射极接地。

5.一种智能无线抄表系统的通信方法，其特征在于，包括步骤：

S1、智能电表通过第一射频通信模块向数据转发设备发送请求数据报，并触发超时重传模式；

S2、数据转发设备响应于通过第二射频通信模块接收到的智能电表的请求数据报，生成响应数据报并发送到对应的智能电表，同时触发超时重传模式；

S3、智能电表响应于数据转发设备发送的响应数据报的内容，向数据转发设备发送电网参数数据报，同时再次触发超时重传模式；

S4、数据转发设备接收到智能电表的电网参数数据报后通过GSM通信模块进行数据转发，同时生成代表数据接收完毕的结束数据报并发送到对应的智能电表，并再次触发超时重传模式；

S5、智能电表响应于接收到的数据转发设备的结束数据报，生成代表数据发送完毕的结束数据报并发送到数据转发设备；

S6、数据转发设备响应于接收到的结束数据报，结束与对应的智能电表的通信过程。

6.根据权利要求5所述的一种智能无线抄表系统的通信方法，其特征在于，所述超时重传模式具体为：打开定时器，并在到达定时器定时时间后判断是否接收到响应数据，若是，则执行下一步骤，反之，进行数据重传并进行错误标记。

7.根据权利要求6所述的一种智能无线抄表系统的通信方法，其特征在于，所述超时重传模式在第K次超时重传时，读取K次ADC数据，并将读取的K次数值相加后获得随机数N，然后采用定时器延时N微秒，在N微秒延时时间内判断第一射频通信模块是否因RSSI而产生中断，若是，则立即发送数据，反之，暂停定时器，读取FIFO_RX寄存器存储的数据报的信息，获取当前正在通信的智能电表预约占用信道的时间，进而延时相应的时间后，将错误标记次数加1并继续该暂停的定时器，并在定时器结束后发送数据，当超时重传模式在错误标记次数达到预设次数阈值后，结束通信，并标记通信信道繁忙。

8.根据权利要求5所述的一种智能无线抄表系统的通信方法，其特征在于，所述智能电表和数据转发设备发送的数据报的数据格式为：由数据长度、数据类型、数据标志、目的地址、源地址、循环冗余校验码以及数据字节构成。

9.根据权利要求5所述的一种智能无线抄表系统的通信方法，其特征在于，所述步骤S3中超时重传模式设定的定时器时间比步骤S4中超时重传模式设定的定时器时间长。

10.根据权利要求5所述的一种智能无线抄表系统的通信方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括步骤：

S01、智能电表清除中断标志后，延时一定时间，进而判断第一射频通信模块是否因RSSI而产生中断，若是，则执行步骤S03，反之执行步骤S02；

S02、等待一个随机时间，并判断等待过程中第一射频通信模块是否产生中断，若是，则执行步骤S03，反之结束本步骤，进入发送数据模式；

S03、读取第一射频通信模块的FIFO_RX寄存器中存储的数据报的信息，获取当前正在通信的智能电表预约占用信道的时间，进而延时相应的时间后返回执行步骤S01。