CN107146396A - 一种基于Lora无线通信分布式能源采集器及其管理方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于Lora无线通信分布式能源采集器及其管理方法，涉及一种无线通信能源采集器及其管理方法，所述采集器包括MCU、显示模块、存储模块（1）、存储模块（2）、上行通信接口、下行通信接口、主动上报接口；MCU与显示模块通过GPIO连接，存储模块（1）与MCU通过I2C连接；存储模块（2）与MCU通过SPI连接；上行通信接口与MCU通过URAT连接；下行通信接口与MCU通过UART连接。本发明分布式能源采集器无中心节点，用分布式网络拓扑结构，当某一台分布式能源采集器发生故障时，不影响主站与其它分布式能源采集器通信，主站不需要给分布式能源采集器下发终端仪表档案，维护方便。

Description

一种基于Lora无线通信分布式能源采集器及其管理方法
技术领域
本发明涉及一种无线通信能源采集器及其管理方法，特别是涉及一种基于Lora无线通信分布式能源采集器及其管理方法。
背景技术
目前市场上大多数能源管理系统是基于中心化采集方案，由主站、集中器、采集器、终端仪表四部分组成，或者由主站、集中器、终端仪表三部分组成。此方案以集中器为中心节点，通常由一台集中器管理800~1200个终端仪表，集中器与主站之间采用GPRS或网线连接。终端仪表包括电能表、水表、热表、燃气表。
此方案的弊端在于：
1.集中器日常抄表必需逐一抄读，抄表速度慢；
2.当集中器发生故障时，所有终端仪表数据都无法上传；
3.主站抄读终端仪表数据时，必需按表号逐一抄读，上传速度慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于Lora无线通信分布式能源采集器及其管理方法，本发明分布式能源采集器无中心节点，用分布式网络拓扑结构，当某一台分布式能源采集器发生故障时，不影响主站与其它分布式能源采集器通信，主站不需要给分布式能源采集器下发终端仪表档案，维护方便。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于Lora无线通信分布式能源采集器，所述采集器包括MCU、显示模块、存储模块、存储模块、上行通信接口、下行通信接口、主动上报接口；MCU与显示模块通过GPIO连接，存储模块与MCU通过I2C连接；存储模块与MCU通过SPI连接；上行通信接口与MCU通过URAT连接；下行通信接口与MCU通过UART连接；主动上报接口与MCU通过UART接口连接；分布式能源采集器安装两个独立的Lora无线通信模块，其中一个Lora无线通信模块安装在上行通信接口；另外一个Lora无线通信模块安装在主动上报接口。
所述的一种基于Lora无线通信分布式能源采集器，所述分布式能源采集器仅配有上行通信接口。
所述的一种基于Lora无线通信分布式能源采集器，所述分布式能源采集器内部安装电池。
一种基于Lora无线通信分布式能源采集器管理方法，所述方法包括以下步骤：
步骤301，分布式能源采集器检测是否接收到终端仪表上报的事件，如果终端仪表上报事件，则执行步骤302；终端仪表无上报事件，则执行步骤304；
步骤302，分布式能源采集器将终端仪表上报的事件存入分布式能源采集器的事件缓冲区；
步骤303，分布式能源采集器发送应答命令，响应终端上报事件；
步骤304，分布式能源采集器检测事件缓冲区是否为空，如果事件缓冲区为空，则结束事件上报流程；如果事件缓冲区不为空，则执行步骤305；
步骤305，分布式能源采集器通过主动上报接口发送主动上报事件；
步骤306，分布式能源采集器检测是否接收到主站的正确应答，如果未接收到主站的正确应答，则执行步骤305，重新发送主动上报事件；如果接收到主站的正确应答，则执行步骤301。
所述的一种基于Lora无线通信分布式能源采集器管理方法，所述分布式能源采集器抄读终端仪表数据后，自动存储在存储模块中，当主站抄读终端仪表数据时，不再抄读终端仪表，分布式能源采集器直接从存储模块中读取终端仪表数据，并将数据通过上行通信接口返回主站。
所述的一种基于Lora无线通信分布式能源采集器管理方法，所述分布式能源采集器接收到主站的抄读终端仪表命令后，尝试通过下行通信抄读终端仪表数据，如果抄读失败，则不存储终端仪表档案；如果抄读成功，则将该终端仪表档案存储在存储模块中。
本发明的优点与效果是：
1．分布式能源采集器无中心节点，所有节点同时工作，抄表速度快。
2．采用分布式网络拓扑结构，当某一台分布式能源采集器发生故障时，不影响主站与其它分布式能源采集器通信，受影响的终端仪表数量少。
3．主站抄读终端仪表数据时，可以将分布式能源采集器设置为不同信道，同时抄读多个终端仪表，抄读速度快。
4．主站不需要给分布式能源采集器下发终端仪表档案，维护方便。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的网络拓扑示意图；
图3是本发明的主动上报流程图；
图4是本发明的主站通过分布式能源采集器抄读终端仪表的流程图；
图5是本发明的分布式能源采集器自动冻结流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种分布式能源采集器包括：MCU、显示模块、存储模块1、存储模块2、上行通信接口、下行通信接口、主动上报接口。MCU与显示模块通过GPIO连接，显示模块的作用是显示设备的当前状态，包括运行状态、告警状态、上行通信发送状态、上行通信接收状态、下行通信发送状态、下行通信接收状态；存储模块1为参数存储区，主要用于存储设备的运行参数、终端仪表档案、实时数据等，存储模块1与MCU通过I2C连接；存储模块2为数据存储区，主要用于存储终端仪表冻结数据，存储模块2与MCU通过SPI连接；上行通信接口用于能源采集器与主站的通信，上行通信接口与MCU通过URAT连接；下行通信接口用于能源采集器与终端仪表通信，下行通信接口与MCU通过UART连接；主动上报接口用于能源采集器向主站上报重要事件，主动上报接口与MCU通过UART接口连接。
分布式能源采集器安装两个独立的Lora无线通信模块，两个Lora模块使用不同的通信频率。其中一个Lora无线通信模块安装在上行通信接口，用于抄表；另外一个Lora无线通信模块安装在主动上报接口，用于分布式能源采集器主动上报事件。
分布式能源采集器只配有上行通信接口，Lora无线通信模块安装在能源采集器外部，方便更换。用于主动上报的Lora无线模块安装在采集器内部。
分布式能源采集器无中心节点，网络中不使用集中器，主站与能源采集器通过Lora无线通信，分布式能源采集器Lora通信的信道与扩频系数可通过命令设置，主站可同时与多个分布式能源采集器通信。
分布式能源采集器具有中继功能，主站可通过命令开启或关闭分布式能源采集器中继功能。
分布式能源采集器中继功能开启时，当分布式能源采集器接收到主站的抄表命令后，先通过下行通信接口转发抄表命令，并等待500毫秒，如果终端仪表未应答，则自动进入中继模式。为了防止与其它中继冲突，延时N毫秒后检测上行通信信道，如果没有分布式能源采集器使用该信道，且没有其它中继转发该条抄表命令，则从上行接口转发抄表命令。
延时N按公式1计算：
N = (No[0] x 100 + No[1]) % 32 x 100 + No[0] （公式1）
其中，N为延时时间，单位为ms；No[0]为分布式能源采集器通信地址的从低位开始的第1字节；No[1]为分布式能源采集器通信地址的从低位开始的第2字节。
分布式能源采集器具有主动上报功能，终端仪表有重要事件发生时，可以通过下行通信接口将事件上报给分布式能源采集器。分布能源采集器按图3流程上报事件：
步骤301，分布式能源采集器检测是否接收到终端仪表上报的事件，如果终端仪表上报事件，则执行步骤302；终端仪表无上报事件，则执行步骤304。
步骤302，分布式能源采集器将终端仪表上报的事件存入分布式能源采集器的事件缓冲区。
步骤303，分布式能源采集器发送应答命令，响应终端上报事件。
步骤304，分布式能源采集器检测事件缓冲区是否为空，如果事件缓冲区为空，则结束事件上报流程；如果事件缓冲区不为空，则执行步骤305。
步骤305，分布式能源采集器通过主动上报接口发送主动上报事件。
步骤306，分布式能源采集器检测是否接收到主站的正确应答，如果未接收到主站的正确应答，则执行步骤305，重新发送主动上报事件；如果接收到主站的正确应答，则执行步骤301。
分布式能源采集器具有内部安装电池，MCU内部具有实时钟功能，能按照设定程序定时抄读终端仪表的数据。
分布式能源采集器抄读终端仪表数据后，自动存储在存储模块2中，当主站抄读终端仪表数据时，不再抄读终端仪表，分布式能源采集器直接从存储模块2中读取终端仪表数据，并将数据通过上行通信接口返回主站。
分布式能源采集器具有自动维护终端仪表档案功能，当分布式能源采集器接收到主站的抄读终端仪表命令后，尝试通过下行通信抄读终端仪表数据，如果抄读失败，则不存储终端仪表档案；如果抄读成功，则将该终端仪表档案存储在存储模块1中。
实施例：
分布式能源采集器主要用于工厂、学校、小区等主站与仪表距离较近的场景，主站与分布式能源采集器通过Lora无线方式通信，分布式能源采集器与仪表通过RS485总线通信。
本发明的MCU使用ML610Q496型号单片机，存储模块1使用CAT24C512型号E2PROM存储芯片，存储模块2使用W25Q32BV型号Flash存储芯片。
分布式能源采集器支持抄读的终端仪表包括：电能表、水表、燃气表、热表。分布式能源采集器支持DL/T 645-1997通信规约、DL/T 645-2007通信规约、CJ/T188-2004通信规约。
主站通过分布式能源采集器抄读终端仪表的流程如图4所示：
分布式能源采集器接收到主站发送的抄读终端仪表数据命令后，分布式能源采集器先查找存储模块2中是否已经存储主站抄读的终端仪表数据，如果存储模块2中已经存储该终端仪表的数据，则直接通过上行通信接口返回数据；如果存储模块2中未记录主站抄读的数据，则分布式能源采集器先通过下行通信接口抄读电能表数据，终端仪表返回正确数据后先将终端仪表返回的数据保存到存储模块2中，再通过上行通信接口返回数据。
分布式能源采集器的自动冻结流程如图5所示：
分布式能源采集器判断当前时间是否到达定时冻结时间，如果未到达定时冻结时间，则结束自动冻结流程；如果达定时冻结时间，则清除终端仪表冻结完成标识，并判断是否所有终端仪表都完成冻结，如果所有的终端仪表都已经完成冻结，则结束自动冻结流程；如果有终端仪表未完成冻结，则通过下行通信接口抄读电能表数据，等待终端仪表返回数据，并将终端仪表返回的数据保存到存储模块2中，再次判断是否所有终端仪表都完成冻结。所有终端仪表完成冻结后，结束自动冻结流程。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，凡在本发明的范围下进行的等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于Lora无线通信分布式能源采集器，其特征在于，所述采集器包括MCU、显示模块、存储模块（1）、存储模块（2）、上行通信接口、下行通信接口、主动上报接口；MCU与显示模块通过GPIO连接，存储模块（1）与MCU通过I2C连接；存储模块（2）与MCU通过SPI连接；上行通信接口与MCU通过URAT连接；下行通信接口与MCU通过UART连接；主动上报接口与MCU通过UART接口连接；分布式能源采集器安装两个独立的Lora无线通信模块，其中一个Lora无线通信模块安装在上行通信接口；另外一个Lora无线通信模块安装在主动上报接口。
2.根据权利要求1所述的一种基于Lora无线通信分布式能源采集器，其特征在于，所述分布式能源采集器仅配有上行通信接口。
3.根据权利要求1所述的一种基于Lora无线通信分布式能源采集器，其特征在于，所述分布式能源采集器内部安装电池。
4.一种基于Lora无线通信分布式能源采集器管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤301，分布式能源采集器检测是否接收到终端仪表上报的事件，如果终端仪表上报事件，则执行步骤302；终端仪表无上报事件，则执行步骤304；
步骤302，分布式能源采集器将终端仪表上报的事件存入分布式能源采集器的事件缓冲区；
步骤303，分布式能源采集器发送应答命令，响应终端上报事件；
步骤304，分布式能源采集器检测事件缓冲区是否为空，如果事件缓冲区为空，则结束事件上报流程；如果事件缓冲区不为空，则执行步骤305；
步骤305，分布式能源采集器通过主动上报接口发送主动上报事件；
步骤306，分布式能源采集器检测是否接收到主站的正确应答，如果未接收到主站的正确应答，则执行步骤305，重新发送主动上报事件；如果接收到主站的正确应答，则执行步骤301。
5.根据权利要求4所述的一种基于Lora无线通信分布式能源采集器管理方法，其特征在于，所述分布式能源采集器抄读终端仪表数据后，自动存储在存储模块（2）中，当主站抄读终端仪表数据时，不再抄读终端仪表，分布式能源采集器直接从存储模块（2）中读取终端仪表数据，并将数据通过上行通信接口返回主站。
6.根据权利要求4所述的一种基于Lora无线通信分布式能源采集器管理方法，其特征在于，所述分布式能源采集器接收到主站的抄读终端仪表命令后，尝试通过下行通信抄读终端仪表数据，如果抄读失败，则不存储终端仪表档案；如果抄读成功，则将该终端仪表档案存储在存储模块（1）中。
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