CN106375480A - 一种基于分布式系统的电能数据实时采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于分布式系统的电能数据实时采集系统，其包括控制单元以及远程控制器，控制单元与远程控制器通讯连接，控制单元包括主控单元以及多个从控单元，主控单元包括主控处理器以及分别与主控处理器通讯连接的人机交互模块、第一数据处理模块及第一通讯模块，从控单元包括从控处理器以及分别与从控处理器通讯连接的嵌入式数据库、第二数据处理模块、第二通讯模块及电能采集模块。本发明采用分布式的数据采集方式，每个从控单元均可以独立完成数据采集任务，并且将数据保存，通过数据共享协议，主控单元可共享所有从控单元的电能数据，各从控单元可通过主控单元共享其余从控单元的电能数据，有效地提升了数据采集的实时性。

Description

一种基于分布式系统的电能数据实时采集系统及方法

技术领域

本发明属于智能电表电量采集领域，具体地涉及一种基于分布式系统的电能数据实时采集系统及方法。

背景技术

在目前市场上的电能数据采集系统中，核心控制单元以集中式处理方式完成电能数据采集、主站查询、人机交互等一系列工作，以文件管理方式存储电能数据，随着电网系统对采集速度要求的不断提高和海量实时数据处理需求的呈现，集中式处理方式的不足越来越明显。

首先，电能数据采集效率不高。由于系统负载能力有限，在轮流抄表机制下，同一个读表口注册的电表越多，后注册的电表抄读延迟越久，这在很大程度上降低了电能数据的实时性和采集效率。其次，文件存储的数据管理方式独立性差，缺少跨系统的数据分布式存储和共享能力。文件管理对应用程序存在很强的依赖性，如果程序在某些环节出现问题，会导致数据的丢失，且得不到及时地恢复；文件只能通过指针对数据进行处理，数据之间并不存在关联，索引速度较慢，易读性不强，对文件进行顺序访问会降低系统的运行效率。

由此看来，传统的电能数据采集系统采集已不能满足整个电力采集系统中海量用电数据的实时处理和分布式存储的需求。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于分布式系统的电能数据实时采集系统，其采集效率高，并且能够分类存储，能够实现电能数据的实时采集。

本发明是这样实现的：

具体地，本发明提供一种基于分布式系统的电能数据实时采集系统，其特征在于：其包括控制单元以及远程控制器，所述控制单元与所述远程控制器通讯连接，

所述控制单元包括主控单元以及多个从控单元，所述主控单元包括主控处理器以及分别与所述主控处理器通讯连接的人机交互模块、第一数据处理模块及第一通讯模块，所述从控单元包括从控处理器以及分别与所述从控处理器通讯连接的嵌入式数据库、第二数据处理模块、第二通讯模块及电能采集模块，所述主控单元或从控单元分别通过所述第一通讯模块或第二通讯模块与所述远程控制器通讯连接，所述主控单元与所述从控单元之间通过所述第一数据处理模块以及第二数据处理模块通讯连接；

所述从控单元采集电能信息数据发送至所述主控单元和/或通过所述主控单元获取其它从控单元的电能信息数据和本地数据一并发送至远程控制器；

所述主控单元接收所述从控单元的电能信息数据和/或向所述从控单元返回其余从控单元的电能信息数据、接收所述远程控制器的采集指令和/或向远程控制器返回电能信息数据。

优选地，所述嵌入式数据库为SQLite数据库。

优选地，所述主控单元的第一数据处理模块与所述从控单元的第二数据处理模块通过数据总线连接，所述主控单元与所述从控单元采用星型拓扑结构。

优选地，所述人机交互模块包括显示设备、外部输入设备以及外部输出设备，分别用于显示工作状态、显示电能信息数据、输入或输出指令。

优选地，所述电能采集模块通过与电能表通讯连接获取电能信息数据。

优选地，所述主控单元及每个从控单元通过数据共享协议实现各个单元之间的数据共享及数据交流。

优选地，所述第一数据处理模块包括主进程一以及主进程二，所述第二数据处理模块包括从进程一以及从进程二。

优选地，所述主控单元设置有GPS授时模块及独立实时时钟，所述从控单元设置有独立实时时钟，

所述主控单元通过GPS授时模块获取GPS时钟并以GPS时钟为基准同步独立实时时钟，并向从控单元发送时钟同步指令；

所述从控单元的独立实时时钟接受主控单元的时钟同步指令，以主控单元的实时时钟为基准进行时钟同步。

优选地，一种根据所述的电能数据采集系统进行电能数据实时采集的方法，其包括以下步骤：

S1、所述人机交互模块接收用户设定的电能数据采集模式及参数，所述主控单元存储用户设定或者系统默认的电能数据采集模式及参数，在第一次启动时，所述从控单元向所述主控单元获取电能数据采集模式及参数；

S2、根据初次获取的电能数据采集模式及参数，所述多个从控单元周期性的执行数据采集指令，以时钟模块的运行时间为基准，按照指令要求，通过所述电能采集模块采集电能数据；

S3、所述从控处理器对所述电能采集模块采集的电能信息数据进行分析处理，并且将电能信息数据保存至嵌入式数据库；

S4、所述主控单元通过第一数据处理模块与多个第二数据处理模块通讯，获取各从控单元采集的电能信息数据，通过人机交互单元显示或通过第一通讯模块传输至远程控制器；

S5、任意一个从控单元通过所述第二数据处理模块向所述主控单元的第一数据处理模块获取其余各从控单元采集的电能信息数据，连同该从控单元的电能信息数据通过所述第二通讯模块一并传输至所述远程控制器。

优选地，对电能信息数据进行分析处理的具体方法为：

在执行数据处理任务时，从控单元将数据处理任务信息封装为消息发送至消息队列，

消息队列可以缓存所有未来得及处理的任务，从控单元的从进程一负责与消息队列进行存取交互，并判断任务是否能在本地执行，若能则将索引SQLite数据库并返回该任务结果，若不能则将任务发往从进程二，从进程二通过总线实现获取相关数据；

主控处理器发送数据采集指令的具体方法为：

主控单元的主控处理器接受人机交互任务或主站数据请求任务并发送至消息队列，主进程一从消息队列取出任务并转发至主进程二，主进程二通过总线将该任务发送到指定的从控单元，该从控单元的从进程二接收任务并转发至从进程一，该从控单元的从进程一解析任务并索引其SQLite数据库后将任务结果返回直至主控单元。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种基于分布式系统的电能数据实时采集系统，包含负责与人机交互的主控单元，与采集、存储数据的从控单元，采用分布式的数据采集方式，每个从控单元均可以独立完成数据采集任务，并且将数据保存至本身的数据库中，通过数据共享协议，主控单元可共享所有从控单元的电能数据，各从控单元可通过主控单元共享其余从控单元的电能数据，有效地提升了数据采集的实时性，提升了数据的安全性和可维护性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构示意框图；

图3为本发明的工作流程示意框图；

图4为主控单元以及从控单元的工作示意图；

图5为主控单元数据处理示意图；以及

图6为从控单元数据处理示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明是这样实现的：

具体地，本发明提供一种基于分布式系统的电能数据实时采集系统，如图1及图2所示，其包括控制单元以及远程控制器2，控制单元与远程控制器2通讯连接，控制单元同时采集多个电能信息数据进行存储并发送至远程控制器2。

控制单元包括主控单元11以及多个从控单元12，主控单元11包括主控处理器13以及分别与主控处理器13通讯连接的人机交互模块14、第一数据处理模块15及第一通讯模块16，从控单元12包括从控处理器17以及分别与从控处理器17通讯连接的嵌入式数据库18、第二数据处理模块21、第二通讯模块19及电能采集模块20。

从控单元12采集电能信息数据发送至主控单元11和/或远程控制器2并接收主控单元11和/或远程控制器2的采集指令。

主控单元11接收从控单元12的电能信息数据和/或向该从控单元返回其余从控单元的电能信息数据、接收远程控制器2的采集指令和/或向远程控制器2返回电能信息数据。

由于每个从控单元12可以同时独立完成电能数据采集任务，而主控单元11可配置多个从控单元，减少了平均每个从控单元12接入的电能表数量，从而缩短了采集的时间。

人机交互模块14包括显示设备、外部输入设备以及外部输出设备，分别用于显示工作状态、显示电能信息数据、输入或输出指令。例如，人机交互模块14可以是显示器、键盘、鼠标、音箱等，用于显示电能采集系统的工作状态及电能信息数据，以及显示用户输入指令的反馈，同时接收用户输入的指令，并与主控处理器通讯，传输所输入的指令。

电能采集模块20能够通过与电能表通讯连接获取电能信息数据。

在第一次启动时，所述从控单元向所述主控单元获取电能数据采集模式及参数；根据初次获取的电能数据采集模式及参数，所述多个从控单元周期性的执行数据采集指令，以时钟模块的运行时间为基准，按照指令要求，通过所述电能采集模块采集电能数据，多个从控单元同时完成多个电能信息数据的同时采集，并将电能信息数据存储发送至主控单元，任意一个从控单元12通过第二数据处理模块向主控单元的第一数据处理模块获取其余各从控单元采集的电能信息数据，连同该从控单元的电能信息数据一并通过第二通讯模块传输至远程控制器2。在实际应用中，根据需要，可灵活增加从控单元数量，提供更多读表口，从而减少读表口平均接入电表的数量，实现整个系统的抄表时间接近一块电表的抄表时间，达到数据采集实时性的极限。例如一块电表的抄表时间为T，要实现对N块电能表的采集任务，传统的数据采集系统需要的时间为N*T+t(其中t为传输时延)，而采用本发明的分布式实时采集系统，所需时间仅为T+t，缩短了N-1倍，这大大提升了电能数据采集系统采集数据的实时性。同时，数据库技术的使用保障了数据的安全性和可维护性，提高了系统数据存储和访问的速度。在数据库技术的基础上，系统通过数据处理模块很好的实现了多系统单元间的数据共享，为电能数据的实时处理提供保障。

优选地，嵌入式数据库为SQLite数据库。主控单元11与从控单元12通过数据总线连接，主控单元11与多个从控单元12采用星型拓扑结构。主控单元通过总线与其他的从控单元相连，从控单元之间没有直接通道，只能间接地通过主控单元来相互访问，此举可简化系统的内部结构，有效地节省硬件资源。

主控单元11设置有GPS授时模块及独立实时时钟，从控单元12设置有独立实时时钟，

主控单元11通过GPS授时模块获取GPS时钟并以GPS时钟为基准同步独立实时时钟112，并向从控单元发送时钟同步指令；

从控单元12的独立实时时钟接受主控单元的时钟同步指令，以主控单元的实时时钟为基准进行时钟同步。

优选地，在实际操作中，主控单元11及各个从控单元12均设置有独立的数据处理模块对数据进行处理，数据处理模块通过数据共享协议实现各个单元之间的数据共享及数据交流。

如图4及图6所示，主控单元11以及从控单元12的数据处理模块均包括进程一和进程二，在执行数据处理任务时，从控单元12将数据处理任务信息封装为消息发送至消息队列，消息队列可以缓存所有未来得及处理的任务。从控单元12的数据处理模块的进程一负责与消息队列进行存取交互，并判断任务是否能在本地执行，若能则将索引SQLite数据库并返回该任务结果，若不能则将任务发往进程二，进程二通过总线实现获取相关数据。

主控单元11的数据处理模块接受人机交互任务或主站数据请求任务并发送至主消息队列，主控单元11的进程一从主消息队列取出任务并转发至主控单元11的进程二，主控单元的进程二通过总线将该任务发送到指定的从控单元12，该从控单元12的进程二接收任务并转发至该从控单元12的进程一，该从控单元12的进程一解析任务并索引其SQLite数据库后将任务结果原路返回直至主控单元11的主控处理器13。

从控单元12的数据处理模块21在电能采集模块20完成采集任务后，将电能数据存储至嵌入式SQLite数据库18；从控处理器17将数据处理任务发送至从消息队列，从控单元12的进程一从从消息队列取出任务，如果直接索引本地数据库可以完成任务就将任务结果返回从消息队列，否则转发任务至从控单元12的进程二，从控单元12的进程二通过总线向主控单元11的进程二请求数据，主控单元11的进程二根据请求向其它从控单元获取数据后将任务结果转发回从控单元12。

优选的，一种电能数据实时采集的方法：

S1、所述人机交互模块接收用户设定的电能数据采集模式及参数，所述主控单元存储用户设定或者系统默认的电能数据采集模式及参数，在第一次启动时，所述从控单元向所述主控单元获取电能数据采集模式及参数；

S2、根据初次获取的电能数据采集模式及参数，所述多个从控单元周期性的执行数据采集指令，以时钟模块的运行时间为基准，按照指令要求，通过所述电能采集模块采集电能数据；

S3、所述从控处理器对所述电能采集模块采集的电能信息数据进行分析处理，并且将电能信息数据保存至嵌入式数据库；

S4、所述主控单元通过第一数据处理模块与多个第二数据处理模块通讯，获取各从控单元采集的电能信息数据，通过人机交互单元显示或通过第一通讯模块传输至远程控制器；

S5、任意一个从控单元通过所述第二数据处理模块向所述主控单元的第一数据处理模块获取其余各从控单元采集的电能信息数据，连同该从控单元的电能信息数据通过所述第二通讯模块一并传输至所述远程控制器。

下面结合图3对本发明的工作原理做进一步解释：

主控单元11和从控单元12均分别通过第一通讯模块16和第二通讯模块19实现与远程控制器2的数据通讯，主控单元11和从控单元12之间通过第一数据处理模块15以及第二数据处理模块21进行数据通讯。

从控单元12借助于电能采集模块20采集电能信息数据发送至主控单元11并接收主控单元11和/或远程控制器2的采集指令。任意一个从控单元12通过第二数据处理模块向主控单元的第一数据处理模块获取其余各从控单元采集的电能信息数据，连同该从控单元的电能信息数据通过第二通讯模块一并传输至远程控制器2。

主控单元11接收从控单元12的电能信息数据、接收远程控制器2的采集指令和/或向远程控制器2返回电能信息数据。

在实际应用中，用户通过人机交互模块设定的电能数据采集模式及参数，所述主控单元存储用户设定或者系统默认的电能数据采集模式及参数，在第一次启动时，所述从控单元向主控单元获取电能数据采集模式及参数；根据初次获取的电能数据采集模式及参数，多个从控单元周期性的执行数据采集指令，通过电能采集模块采集电能数据。从控处理器将电能信息数据保存至嵌入式数据库。任意一个从控单元12通过第二数据处理模块向主控单元的第一数据处理模块获取其余各从控单元采集的电能信息数据，连同该从控单元的电能信息数据通过第二通讯模块一并传输至远程控制器2。主控单元获取各从控单元采集的电能信息数据，通过人机交互单元显示或通过第一通讯模块传输至远程控制器。在应用中，数据采集任务由从控处理器定时发起，采集到的电能数据存入本地数据库，主控单元不再保存各从控单元的数据。

主控单元11通过GPS授时模块获取GPS时钟并以GPS时钟为基准同步独立实时时钟，并向从控单元发送时钟同步指令；

从控单元12的独立实时时钟接受主控单元的时钟同步指令，以主控单元的实时时钟为基准进行时钟同步。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于分布式系统的电能数据实时采集系统，其特征在于：其包括控制单元以及远程控制器，所述控制单元与所述远程控制器通讯连接，

所述控制单元包括主控单元以及多个从控单元，所述主控单元包括主控处理器以及分别与所述主控处理器通讯连接的人机交互模块、第一数据处理模块及第一通讯模块，所述从控单元包括从控处理器以及分别与所述从控处理器通讯连接的嵌入式数据库、第二数据处理模块、第二通讯模块及电能采集模块，所述主控单元或从控单元分别通过所述第一通讯模块或第二通讯模块与所述远程控制器通讯连接，所述主控单元与所述从控单元之间通过所述第一数据处理模块以及第二数据处理模块通讯连接；

所述从控单元采集电能信息数据发送至所述主控单元和/或通过所述主控单元获取其它从控单元的电能信息数据和本地数据一并发送至远程控制器；

所述主控单元接收所述从控单元的电能信息数据和/或向所述从控单元返回其余从控单元的电能信息数据、接收所述远程控制器的采集指令和/或向远程控制器返回电能信息数据。

2.根据权利要求1所述的基于分布式系统的电能数据实时采集系统，其特征在于：所述嵌入式数据库为SQLite数据库。

3.根据权利要求1所述的基于分布式系统的电能数据实时采集系统，其特征在于：所述主控单元的第一数据处理模块与所述从控单元的第二数据处理模块通过数据总线连接，所述主控单元与所述从控单元采用星型拓扑结构。

4.根据权利要求1所述的基于分布式系统的电能数据实时采集系统，其特征在于：所述人机交互模块包括显示设备、外部输入设备以及外部输出设备，分别用于显示工作状态、显示电能信息数据、输入或输出指令。

5.根据权利要求1所述的基于分布式系统的电能数据实时采集系统，其特征在于：所述电能采集模块通过与电能表通讯连接获取电能信息数据。

6.根据权利要求1所述的基于分布式系统的电能数据实时采集系统，其特征在于：所述主控单元及每个从控单元通过数据共享协议实现各个单元之间的数据共享及数据交流。

7.根据权利要求6所述的基于分布式系统的电能数据实时采集系统，其特征在于：所述第一数据处理模块包括主进程一以及主进程二，所述第二数据处理模块包括从进程一以及从进程二。

8.根据权利要求1所述的基于分布式系统的电能数据实时采集系统，其特征在于：所述主控单元设置有GPS授时模块及独立实时时钟，所述从控单元设置有独立实时时钟，

所述主控单元通过GPS授时模块获取GPS时钟并以GPS时钟为基准同步独立实时时钟，并向从控单元发送时钟同步指令；

所述从控单元的独立实时时钟接受主控单元的时钟同步指令，以主控单元的实时时钟为基准进行时钟同步。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的电能数据采集系统进行电能数据实时采集的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、所述人机交互模块接收用户设定的电能数据采集模式及参数，所述主控单元存储用户设定或者系统默认的电能数据采集模式及参数，在第一次启动时，所述从控单元向所述主控单元获取电能数据采集模式及参数；

S2、根据初次获取的电能数据采集模式及参数，所述多个从控单元周期性的执行数据采集指令，以时钟模块的运行时间为基准，按照指令要求，通过所述电能采集模块采集电能数据；

S3、所述从控处理器对所述电能采集模块采集的电能信息数据进行分析处理，并且将电能信息数据保存至嵌入式数据库；

S4、所述主控单元通过第一数据处理模块与多个第二数据处理模块通讯，获取各从控单元采集的电能信息数据，通过人机交互单元显示或通过第一通讯模块传输至远程控制器。

S5、任意一个从控单元通过所述第二数据处理模块向所述主控单元的第一数据处理模块获取其余各从控单元采集的电能信息数据，连同该从控单元的电能信息数据通过所述第二通讯模块一并传输至所述远程控制器。

10.根据权利要求9所述的电能数据实时采集方法，其特征在于：

对电能信息数据进行分析处理的具体方法为：

在执行数据处理任务时，从控单元将数据处理任务信息封装为消息发送至消息队列，

消息队列可以缓存所有未来得及处理的任务，从控单元的从进程一负责与消息队列进行存取交互，并判断任务是否能在本地执行，若能则将索引SQLite数据库并返回该任务结果，若不能则将任务发往从进程二，从进程二通过总线实现获取相关数据；

主控处理器发送数据采集指令的具体方法为：

主控单元的主控处理器接受人机交互任务或主站数据请求任务并发送至消息队列，主进程一从消息队列取出任务并转发至主进程二，主进程二通过总线将该任务发送到指定的从控单元，该从控单元的从进程二接收任务并转发至从进程一，该从控单元的从进程一解析任务并索引其SQLite数据库后将任务结果返回直至主控单元。