CN107093318A - 一种电能数据抄读方法、电能数据抄读模块以及采集器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电表技术领域，尤其涉及一种电能数据抄读方法、电能数据抄读模块以及采集器，包括第一预设时间内执行的上行集中器抄读方法以及在第二预设时间内执行的集中器循环抄读方法。采用本发明提供的技术方案解决了现有技术中电表对外界环境的可适应性较差以及抄通率较低的技术问题，提高了电表在极端环境下的抄通率。

Description

一种电能数据抄读方法、电能数据抄读模块以及采集器

技术领域

本发明涉及电表技术领域，尤其涉及一种电能数据抄读方法、电能数据抄读模块以及采集器。

背景技术

电表是每家每户都要用到的仪表装置，电能表是用来测量电能的仪表，又称电度表，电能表，千瓦小时表，是测量各种电学量的仪表，分为机械式电能表和电子式电能表。其中电子式电能表通过对用户供电电压和电流实时采样，采用专用的电能表集成电路，对采样电压和电流信号进行处理并相乘转换成与电能成正比的脉冲输出，通过计度器或数字显示器显示。

智能电能表是一种多功能电子式电能表，其具有如电能计量、信息存储、自动控制、通信功能以及费率转换等多种功能。智能电表能将计量的电能数据存储在电表存储器中，当上行集中器或抄读器需要抄读电表数据时，电表通过通信功能将相应的数据发送给集中器或抄读器，其中集中器是远程集中抄表系统的中心管理设备和控制设备，负责定时读取终端数据、系统的命令传送、数据通讯、网络管理、事件记录、数据的横向传输等功能。相比过去的人工到现场逐个抄表，大大简化了抄表过程，节约了人力和时间。现有电网中的集中器和抄读器每天固定时间对下行电表发送数据进行抄读，通过对电表数据的抄读达到对用户用电情况的了解和监控。

在发明人的仔细研究和验证下，发现现有的电网所采用的抄读器和集中器存在如下技术缺陷：1、对外界环境的可适应性较差：当由于波特率偏移而导致数据无法抄回的情况，抄读器和集中器无法自动切换数据收发波特率范围，只能在特定标准波特率范围内收发数据，即对于由于外界环境原因导致波特率偏移的电表无法做到自动切换波特率去抄读；2、对电表的抄通率较低：现有集中器和抄读器对电表的抄读时间都在固定的时间点，无法在其余时间内自动抄读，电表可能会由于通信数据线接触不良导致某一时刻能通，其他时刻无法抄通，导致电表可能在接触良好能够通信的时候没有对数据进行抄读，而在抄读数据的时间点电表刚好处于接触不良无法通信的状态，采用固定抄读时间的集中器和抄读器大大降低了对电表的抄通率。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种电能数据抄读方法、电能数据抄读模块以及采集器，以解决现有技术中电表对外界环境的可适应性较差以及抄通率较低的技术问题。

本发明实施例一方面提供一种电能数据抄读方法，包括第一预设时间内执行的上行集中器抄读方法以及在第二预设时间内执行的集中器循环抄读方法；所述上行集中器抄读方法包括：1)、配置多个波特率预选值；2)、在某个波特率预选值持续监测下行电表是否有电能数据上传上来，保存上传上来的电能数据；3)、无数据从下行电表上传，则切换到下一个波特率，循环步骤2)，直到切换到正确波特率抄回数据为止；集中器循环抄读方法包括：1)、配置多个波特率预选值；2)、集中器在某个波特率预选值对与之连接的电表进行抄读，集中器一轮抄读后，对无数据返回的电表的表号进行标记，对有数据返回的电表的表号进行标记并保存返回的数据；3)、集中器对标记为无数据返回的表号再次进行抄读，再次对无数据返回的表号会进行标记，对有数据返回的表号进行标记并保存返回的数据；4)、切换至下一个波特率预设值，循环步骤2)和3)，直至所有电表抄读成功。

优选的，所述第一预设时间为一天内固定时间段，所述第二预设时间为一天内除所述第一预设时间外的时间段。

优选的，设置两级处理优先级，所述上行集中器抄读方法的处理优先级高于所述集中器循环抄读方法的处理优先级。

优选的，所述上行集中器抄读方法的处理优先级高于所述集中器循环抄读方法的处理优先级，在所述上行集中器抄读抄读方法期间，下行电表在第三预设时间内无电能数据返回，并且上行集中器无抄读命令下发，则再次进入所述集中器循环抄读方法状态。

优选的，在所述集中器循环抄读方法中的步骤2与3之间，等待第四预设时间。

优选的，所述第三预设时间和第四预设时间为5min。

优选的，在所述上行集中器抄读方法的步骤2中，有数据从下行电表上传上来，则将返回的电能数据直接转发给集中器，并将该数据中相关电量等数据信息提取出来，存储在为该表分配的数据存储区域中；若该数据存储区域有该表之前存储的对应数据，则覆盖原数据以节约存储空间；如果没有数据从下行电表返回，则匹配该表号对应的数据存储区域，判断该数据存储区域是否储存有之前抄回的数据，如果有数据，则将该存储的数据返回给集中器，如果没有数据，则不做处理。

优选的，每间隔24小时对存储在数据存储区域的数据进行时效性检查，当检测出存储在数据存储区域的数据超过72小时没有进行更新，则删除该区域内的数据和表号；当有新的表号和数据需要存储时再填补到删除了数据和表号的存储区域。

本发明实施例另一方面还提供一种电能数据抄读模块，包括MCU控制模块以及分别与所述MCU控制模块电性连接的电源电路模块、LED灯指示模块、存储器模块、上行终端接口485通讯电路模块和下行从机接口485通信电路模块。

本发明实施例另一方面还提供一种能耗数据采集器，该采集器包括上述电能数据抄读模块。

由上可见，应用本发明实施例的技术方案，有如下有益效果：本发明提供的技术方案能够自动切换波特率，提高了波特率的抄读范围，解决了外界温度对电表波特率影响造成数据无法抄通的问题；通过自动循环抄读机制，使电表在特定环境下某一瞬间才能够通信的情况下能及时将数据抄回。面对由于不同原因造成电表无法通信的情况进行方案的智能切换，大大提高电表在极端环境下的抄通率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例电能数据抄读模块电路组成结构；

图2为实施例MCU控制模块；

图3为实施例电源电路模块；

图4为实施例LED灯指示模块；

图5为实施例存储器模块；

图6为实施例上行终端接口485通讯电路模块；

图7为实施例下行从机接口485通信电路模块；

图8为实施例自动切换波特率过程流程图；

图9为实施例空闲时段循环抄读过程流程图；

图10为实施例数据实时性检查过程流程图；

图11为实施例自动检测防死机功能过程流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中的抄表方法对外界环境的可适应性较差，且对电表的抄通率较低。

为了解决现有技术的问题，本实施例中提出了一种电能数据抄读方法。在说明书本发明实施例之前，先介绍现有的电力系统485通信抄表，以帮助理解本发明实施例中的相关方案。

在现有技术中，485接线通信是电力系统特有的通信方式，485通信是要单独敷设485信号屏蔽电缆线，通过专门的通讯线传输信号。485抄表是在特定的波特率下完成抄表动作，波特率是指单片机或计算机在串口通信时的速率，是信号被调制以后在单位时间内的变化，即单位时间内载波参数变化的次数。现有技术中由于外界环境原因，如高温、低温、冰雪天气等，导致波特率发生偏移，现有电表无法做到自动切换波特率去抄读，导致电能数据抄读失败；并且由于对电表的抄读时间都在固定的时间点，导致电表可能在抄读数据的时间点电表刚好处于接触不良无法通信的状态，采用固定抄读时间的集中器和抄读器大大降低了对电表的抄通率。

为此，本发明实施例中针对电表在实际应用中遇到的问题，提供了一种电能数据抄读方法，该方法包括第一预设时间内执行的上行集中器抄读方法以及在第二预设时间内执行的集中器循环抄读方法。

其中所述上行集中器抄读方法包括：1)、配置多个波特率预选值；2)、在某个波特率预选值持续监测下行电表是否有电能数据上传上来，保存上传上来的电能数据；3)、无数据从下行电表上传，则切换到下一个波特率，循环步骤2)，直到切换到正确波特率抄回数据为止。

集中器循环抄读方法包括：1)、配置多个波特率预选值；2)、集中器对电表进行一轮抄读，采集器模块在某个波特率预选值转发集中器命令，对与之连接的电表进行抄读，对无数据返回的电表的表号进行标记，对有数据返回的电表的表号进行标记并保存返回的数据；3)、对电表标志位进行检测，若有标志位显示存在电表无数据返回，则对记为无数据返回的表号再次进行抄读，再次对无数据返回的表号会进行标记，对有数据返回的表号进行标记并保存返回的数据；4)切换至下一个波特率预设值，循环步骤2)和3)，直至所有电表抄读成功。

在上述抄读方法中，上行集中器抄读方法解决的是波特率发生偏移，导致电能数据抄读失败的技术问题，该方法中的第一预设时间为每天固定的抄表时间。具体的，先配置3个波特率预选值，这三个波特率已经覆盖各种极限环境温度下波特率偏移的范围，当收到集中器上行发送的抄读命令后存储该表表号并转发该命令，之后持续监测下行电表是否有数据上传上来，当在电表上传数据所需最大时间内无数据从下行上传，将抄读该表波特率切换到下一个波特率，当下一次集中器抄读该表数据时，自动选用已经切换好的下一个波特率进行抄读，以此类推，直到切换到正确波特率抄回数据为止，此时将对应正确波特率存储在存储器中，下一次抄读该表时直接调出该波特率进行抄读；在表无数据返回情况下循环切换波特率对电表进行抄读。由于波特率偏移造成无法通信的电表，通过波特率切换都能够匹配到对应波特率将数据抄回，解决了大部分由于外界环境温度影响而造成电表数据无法抄回的问题。

集中器循环抄读方法解决的是由于电表在固定时间点抄读，导致电表可能在抄读数据的时间点电表刚好处于接触不良无法通信的状态，以致降低电表的抄通率的技术问题，该方法中的第二预设时间为每天除上行集中器抄读时间外的空闲时间。具体的，对集中器一轮抄读后无数据返回的表号会进行记录，并设置标志位，当集中器的一轮数据抄读结束后，开始计时，默认时间是5min后对设置了标志位无法抄通的电表自动进行循环发送抄读命令，该5min为第四预设时间，一轮循环抄读后对于有数据返回的电表，对返回的数据进行保存，并置位标志位表示该表已经抄通有数据，在下一轮的循环抄读中不再抄读该表数据，提高了抄读效率。一轮循环抄读后对模块内所有电表抄读标志位进行检查，若所有电表标志位表示均已经抄通数据，则停止循环抄读；若标志位表示还存在无法抄通的电表，则切换到下一个波特率再次轮流对无数据返回的电表进行抄读，以此类推，直到所有电表数据均已经抄回并更新到最新数据后，停止自动循环抄读。

本实施例提供的电能数据抄读方法设置有两级处理优先级，所述上行集中器抄读方法的处理优先级高于所述集中器循环抄读方法的处理优先级。即在第二预设时间内，若上行集中器对电表进行数据抄读，则立即停止循环抄读，优先转发集中器抄读命令，并判断是否有数据返回。每次中断之后等待第三预设时间，第三预设时间内若无上行集中器对数据进行抄读，则再次进入空间时段循环抄读状态。该功能既能在空闲时段对无法抄通的电表进行循环抄读、数据存储，又保证了上行集中器对电表的正常数据抄读功能不受影响。第三预设时间为5min，5min等待时间可以根据现场实际情况通过内部命令进行配置。

请参见图1，根据上述电能数据抄读方法，本实施例还提供一种电能数据抄读模块，包括MCU控制模块以及分别与所述MCU控制模块电性连接的电源电路模块、LED灯指示模块、存储器模块、上行终端接口485通讯电路模块和下行从机接口485通信电路模块。该电能数据抄读模块是基于8位单片机平台，具有波特率自动切换，空闲时段循环抄读、模块存储数据上传机制、存储数据实时性检查和自动检测防死机等功能，整个电路设计在一块10cm*4cm的电路板上，外形结构小巧，设计紧凑，易于安装，可安装在各种空间狭窄的环境里。

请参见图2，其中MCU控制模块是基于8位单片机平台，通过程序烧录接口将控制程序烧录至单片机内，令单片机实现对整个抄读模块的控制。

亲参加图4，LED灯指示模块包括绿红黄三个指示灯，上电时绿色电源灯闪烁指示模块正常运行，模块收到上行抄读数据命令时红色指示灯闪烁一下表示接收数据成功，模块向下行发送数据时黄色指示灯闪烁一下表示发送数据成功。

请参见图6-7，上行终端接口485通讯电路模块和下行从机接口485通信电路模块采用的均为RS485接口通讯芯片。

本实施例提供的电能数据抄读模块主要针对因环境温度造成电表波特率偏移和因通信接线端结冰膨胀造成接线接触不良等环境原因引起的电表数据无法抄回而定制了相应的波特率自动切换功能、空闲时间循环抄读和存储数据返回机制等应对方案对数据进行抄读。

具体的，电能数据抄读模块包括以下几种运行机制：1、自动切换波特率；2、空闲时段循环抄读；3、数据返回机制与数据实时性检查；4、自动检测防死机功能。

请参见图8，其中，自动切换波特率运行机制具体为：模块程序内部已经配置了3个波特率预选值，这三个波特率已经覆盖各种极限环境温度下波特率偏移的范围，当模块收到集中器上行发送的抄读命令后模块存储该表表号并转发该命令，之后持续监测下行电表是否有数据上传上来，当在电表上传数据所需最大时间内无数据从下行上传，模块将抄读该表波特率切换到下一个波特率，当下一次集中器抄读该表数据时，模块自动选用已经切换好的下一个波特率进行抄读，以此类推，直到切换到正确波特率抄回数据为止，此时将对应正确波特率存储在模块存储器中，下一次抄读该表时直接调出该波特率进行抄读；模块在表无数据返回情况下循环切换波特率对电表进行抄读。由于波特率偏移造成无法通信的电表通过模块波特率切换都能够匹配到对应波特率将数据抄回，解决了大部分由于外界环境温度影响而造成电表数据无法抄回的问题。

请参见图9，空闲时段循环抄读运行机制具体为：模块对集中器一轮抄读后无数据返回的表号会进行记录，并设置标志位，当集中器的一轮数据抄读结束后，模块开始计时，默认时间是5min后模块对设置了标志位无法抄通的电表自动进行循环发送抄读命令，一轮模块循环抄读后对于有数据返回的电表，模块对返回的数据进行保存，并置位标志位表示该表已经抄通有数据，在下一轮的循环抄读中不再抄读该表数据，提高了抄读效率。一轮模块循环抄读后对模块内所有电表抄读标志位进行检查，若所有电表标志位表示均已经抄通数据，则停止循环抄读；若标志位表示还存在无法抄通的电表，则切换到下一个波特率再次轮流对无数据返回的电表进行抄读，以此类推，直到所有电表数据均已经抄回并更新到最新数据后，模块停止自动循环抄读。

在此需要说明的是，在空闲时段循环抄读期间，若上行集中器对电表进行数据抄读，则立即停止循环抄读，优先转发集中器抄读命令，并判断是否有数据返回。每次中断之后模块等待5min，5min内若无上行集中器对数据进行抄读，则再次进入空间时段循环抄读状态。该功能既能在空闲时段让模块对无法抄通的电表进行循环抄读、数据存储，又保证了上行集中器对电表的正常数据抄读功能不受影响。该5min等待时间可以根据现场实际情况通过内部命令进行配置。

模块对数据转发优先级如下表：

抄读方式	优先级
		模块转发上行集中器抄读命令	高
模块空闲时段自动循环抄读	低

请参见图10，数据返回机制与数据实时性检查运行机制具体为：当上行集中器对电表进行数据抄读时，模块优先转发集中器命令并等待是否有数据返回，如果有数据从下行电表返回，则将返回数据直接转发给集中器，并将该数据中相关电量等数据信息提取出来，存储在模块中为该表分配的数据存储区域中，若该数据存储区域有该表之前存储的对应数据，则覆盖原数据以节约存储空间，并能保证该存储区域存储的数据为最新数据；如果没有数据从下行电表返回，则模块开始匹配该表号对应的数据存储区域，判断该数据存储区域是否储存有之前抄回的数据，如果有数据，则将该存储的数据返回给集中器，保证集中器能得到最近一次抄读到的该表的数据，该数据可能是上一日集中器抄读的数据，也可能是模块在自动循环抄读过程中抄读到的数据，如果没有数据，则不做处理。为了保证在电表无数据返回时，从模块中返回的数据为最新的有效数据，模块每间隔24小时对存储在数据存储区域的数据进行时效性检查，当检测出存储在数据存储区域的数据超过72小时没有进行更新，则删除该区域内的数据和表号，保证了从模块中返回的数据都是72小时内抄读到的数据，使集中器抄读到的数据更加准确。数据有效时间默认为72小时，当然也可以根据现场实际情况通过内部命令进行配置。当有新的表号和数据需要存储时再填补到删除了数据和表号的存储区域，该方法节约了存储空间，降低了存储芯片的成本。

请参见图11，自动检测防死机功能运行机制具体为：为了保证模块在各种恶劣环境下的万无一失，即使模块死机也能够自动重启恢复，在模块程序内部增加了自动检测防死机功能。模块内部程序对模块运行状态进行实时监控，由于集中器固定每天都会对电表抄读数据，模块每天也会定时收到集中器上行发送的抄读命令，但当模块在死机状态下无法成功接收响应集中器发送的命令，因此在模块上电工作状态下，程序当监控到模块超过48小时未接受到上行集中器发送命令，便判断模块处于非正常工作状态，程序中的复位功能启动，自动复位初始化模块，使模块再次处于正常工作状态。

本实施例还提供一种耗能数据采集器，该采集器包括上述电能数据抄读模块。在电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦为满足电力监控需求而装有三相表，三相表用于计量总电能，测量所有的常用电力参数，该三相表同时具备完善的通信联网功能，它适合于实时电力监控系统。然而三相表通常不具有采集器功能，在该三相表上增加上述耗能数据采集器，即可实现采集器功能。在此需要说明的是，尽管在本实施例中提供了一种应用于三相表上的耗能数据采集器，但该耗能数据采集器是基于485通信实现多种运行机制的电能数据抄读模块，凡是需要用485通信的设备均在本发明的保护范围内，电能表作为优选的一种采用上述耗能数据采集器的技术方案。

本实施例提供的电能数据抄读方法、模块以及采集器提供了对上行集中器、抄读器对电表数据无法抄通时的各种处理机制方案，达到了解决由于外界不同环境因素对电表影响造成电表无法抄通的问题，与上述的其他发明相比，首先独有的波特率自动切换功能，提高了波特率的抄读范围，解决了外界温度对电表波特率影响造成数据无法抄通的问题；其次，通过模块自动循环抄读机制，使电表在特定环境下某一瞬间才能够通信的情况下模块也能及时将数据抄回，电表的抄通率得到明显改善；数据时效性检测功能保证了模块内存储、转发的数据的实时性，使得上行集中器得到的数据更加准确；防死机功能则让模块在各种情况下均能保证稳定正常运行，大大提高了模块的可靠性。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电能数据抄读方法，其特征在于：包括第一预设时间内执行的上行集中器抄读方法以及在第二预设时间内执行的集中器循环抄读方法；

所述上行集中器抄读方法包括：1)、配置多个波特率预选值；2)、在某个波特率预选值持续监测下行电表是否有电能数据上传上来，保存上传上来的电能数据；3)、无数据从下行电表上传，则切换到下一个波特率，循环步骤2)，直到切换到正确波特率抄回数据为止；

集中器循环抄读方法包括：1)、配置多个波特率预选值；2)、集中器对电表进行一轮抄读，采集器模块在某个波特率预选值转发集中器命令，对与之连接的电表进行抄读，对无数据返回的电表的表号进行标记，对有数据返回的电表的表号进行标记并保存返回的数据；3)、对电表标志位进行检测，若有标志位显示存在电表无数据返回，则对记为无数据返回的表号再次进行抄读，再次对无数据返回的表号会进行标记，对有数据返回的表号进行标记并保存返回的数据；4)切换至下一个波特率预设值，循环步骤2)和3)，直至所有电表抄读成功。

2.根据权利要求1所述的电能数据抄读方法，其特征在于：所述第一预设时间为一天内固定时间段，所述第二预设时间为一天内除所述第一预设时间外的时间段。

3.根据权利要求1所述的电能数据抄读方法，其特征在于：设置两级处理优先级，所述上行集中器抄读方法的处理优先级高于所述集中器循环抄读方法的处理优先级。

4.根据权利要求3所述的电能数据抄读方法，其特征在于：所述上行集中器抄读方法的处理优先级高于所述集中器循环抄读方法的处理优先级，在所述上行集中器抄读抄读方法期间，下行电表在第三预设时间内无电能数据返回，并且上行集中器无法抄读命令下发，则再次进入所述集中器循环抄读方法状态。

5.根据权利要求4所述的电能数据抄读方法，其特征在于：在所述集中器循环抄读方法中的步骤2与3之间，等待第四预设时间。

6.根据权利要求5所述的电能数据抄读方法，其特征在于：所述第三预设时间和第四预设时间为5min。

7.根据权利要求1所述的电能数据抄读方法，其特征在于：在所述上行集中器抄读方法的步骤2中，有数据从下行电表上传上来，则将返回的电能数据直接转发给集中器，并将该数据中相关电量等数据信息提取出来，存储在为该表分配的数据存储区域中；若该数据存储区域有该表之前存储的对应数据，则覆盖原数据以节约存储空间；如果没有数据从下行电表返回，则匹配该表号对应的数据存储区域，判断该数据存储区域是否储存有之前抄回的数据，如果有数据，则将该存储的数据返回给集中器，如果没有数据，则不做处理。

8.根据权利要求7所述的电能数据抄读方法，其特征在于：每间隔24小时对存储在数据存储区域的数据进行时效性检查，当检测出存储在数据存储区域的数据超过72小时没有进行更新，则删除该区域内的数据和表号；当有新的表号和数据需要存储时再填补到删除了数据和表号的存储区域。

9.一种电能数据抄读模块，其特征在于：包括MCU控制模块以及分别与所述MCU控制模块电性连接的电源电路模块、LED灯指示模块、存储器模块、上行终端接口485通讯电路模块和下行从机接口485通信电路模块。

10.一种能耗数据采集器，其特征在于：包括权利要求9中所述的电能数据抄读模块。