CN109215322A - 一种远程通信模块以及集中器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程通信模块，包括主控制器、远程通信单元、接口单元以及电源控制单元，接口单元包括电源接口、数据传输控制接口以及串口收发接口，主控制器通过串口收发接口与远程通信单元连接，主控制器、远程通信单元均通过电源接口与电源控制单元连接，主控制器通过数据传输控制接口与外部设备连接，远程通信单元为4G远程通信单元。本发明还提供了一种使用该远程通信模块的集中器。本发明的远程通信单元选用4G远程通信单元，通过已授权的无线公网实现远距离的数据稳定传输，能够为集中器上传到采集主站提供高速稳定的传输，能最大程度的降低掉线率，提高通信成功率，上线速度更快，能极大的提高集中器的上行通信效率。

Description

一种远程通信模块以及集中器

技术领域

本发明涉及电力信息采集领域，具体公开了一种远程通信模块以及集中器。

背景技术

近年来，随着电子技术的飞速发展，利用电力线载波通信技术和无线公网通信技术建设用电信息采集系统，作为主要的技术架构和手段，已经成为了电力集采的趋势和主流。电力局部门实现精确计量的前提下，还需要先进的采集系统以方便对用户电能量数据进行采集和分析，并实现对电表的统一管理和控制。低压集中抄表系统中集中器通过载波信道或微功率无线信道与电能表通信，集中器抄读电能表数据后，再通过无线公网或以太网传送到电力局采集主站，专变采集终端通过RS485与电能表通信，专变采集终端抄读电能表数据后，也通过无线公网上送到电力局采集主站服务器。

现有的无线公网一般采用的为GPRS、CDMA、2G、3G技术进行数据交换，经常会出现通信掉线的情况，而且当数据出现异常时，对异常设备位置的确定也只能依靠人工经验，这些都会影响集抄系统的正常运作。

发明内容

本发明目的在提供，以解决现有技术中存在的通信速度慢、通信成功率不够高的技术缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种远程通信模块，包括主控制器、远程通信单元、接口单元以及电源控制单元，接口单元包括电源接口、数据传输控制接口以及串口收发接口，主控制器通过串口收发接口与远程通信单元连接以进行数据交换，主控制器、远程通信单元均通过电源接口与电源控制单元连接以获取工作电源，主控制器通过数据传输控制接口与外部设备连接以进行数据交换，远程通信单元为4G远程通信单元。

优选地，4G远程通信单元选用SIM7100C芯片。

优选地，串口收发接口包括SPI串口以及UART串口。

优选地，远程通信模块还包括GPS定位单元，GPS定位单元通过UART串口与主控制器连接以实现远程通信模块的地理位置定位。

优选地，主控制器通过SPI串口与远程通信单元连接以进行数据交换。

优选地，接口单元还包括模块插拔检测接口。

优选地，主控制器选用32位RISCCortex-M0+芯片。

依托于上述远程通信模块，本发明还提供了一种集中器，包括集中器模块、本地通讯模块以及远程通信模块，集中器模块分别与本地通讯模块以及远程通信模块连接，远程通信模块为上述任一的远程通信模块，远程通信模块通过数据传输控制接口与集中器模块连接。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明无线公网远程通信模采通高速4G通信模组部分通过已授权的无线公网实现远距离的数据稳定传输，能够为集中器上传到采集主站提供高速稳定的传输，能最大程度的降低掉线率，提高通信成功率，上线速度更快，能极大的提高集中器的上行通信效率。

2、本发明创造性的将GPS定位功能无线公网远程通信模块通过UART串口连接到GPS定位模组，获取GPS模组的经纬度、日期、时间、定位成功标志等定位信息，等待一段时间GPS模组进入工作状态后再次获取经纬度等地理位置定位信息通过集中器上行按照扩展376.1协议上报或者查询到采集主站，以满足无线公网远程通信模块的GPS地理位置信息的读取和主动上报功能。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的一种远程通信模块的系统框图；

图2是本发明优选实施例的主控制器电路图；

图3是本发明优选实施例的GPS定位单元电路图；

图4是本发明优选实施例的4G远程通信单元电路图；

图5是本发明优选实施例的电源接口电路图；

图6是本发明优选实施例的4G模块插拔检测电路图；

图7是本发明优选实施例的接口单元电路图。

其中，1、主控制器；2、远程通信单元；3、GPS定位单元；4、接口单元；5、电源控制单元。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明提供了一种远程通信模块，参见图1，包括主控制器1、远程通信单元2、接口单元4以及电源控制单元5，其特征在于，接口单元4包括电源接口、数据传输控制接口以及串口收发接口，主控制器1通过串口收发接口与远程通信单元2连接以进行数据交换，主控制器1、远程通信单元2均通过电源接口与电源控制单元5连接以获取工作电源，主控制器1通过数据传输控制接口与外部设备连接以进行数据交换，远程通信单元2为4G远程通信单元。

4G远程通信单元的无线公网4G通信模组部分通过已授权的无线公网实现远距离的数据稳定传输，该电路主控制芯片采用SIM7100C专用4G芯片，支持移动、联通、电信4G高速接入，能够为用户提供高速的无线数据、互联网接入等业务，具备语音、分组数据、短信功能等功能，能够为集中器上传到采集主站提供高速稳定的传输，能最大程度的降低掉线率，提高通信成功率，上线速度更快，能极大的提高集中器的上行通信效率。

参见图2，主控制器1主要对整个无线公网远程通信模块进行控制协调。主控制器1选用32位RISCCortex-M0+芯片，包含有多个串口，通过串口1将集中器的上下行通信数据上传至4G远程通信单元2，通过串口2实现4G远程通信单元的通信功能并发送到电力局后台服务器采集主站。

电源控制单元5为4G远程通信单元、主控制器1电路以及接口单元4提供稳定可靠的电源，使其正常工作，远程通信模块的电源通过集中器整流降压后提供稳定的直流电源，供电电压为5V。图5为电源接口电路图。

接口单元4的接口电路主要是集中器和远程通信模块的接插件和控制接口电路，包括电源接口、数据传输控制接口、串口收发接口等，实现4G远程通信单元和集中器的4G通信和以太网通信功能，接口电路严格按照国网的技术协议和标准进行设计，满足《QGDW1374.3-2013电力用户用电信息采集系统技术规范》和《QGDW 1379.4-2013电力用户用电信息采集系统检验技术规范》。图7为接口单元4电路图。

优选地，4G远程通信单元选用SIM7100C芯片。

4G远程通信单元采用SIM7100C芯片，兼容性好，除了支持FDD LTE/TD-LTE两种LTE制式，还向下兼容2G/3G，支持TD-SCDMA/WCDMA/EDGE/GPRS/GSM/CDMA1X/EVDO等模式。4G模块下行速率最高可以达到100Mbps，上行速率最高可以达到50Mbps，能够提供高速互联网接入与无线数据连接等功能，适合大数据量传输的应用，4G模块较2G/3G模块有更高的通信速率，模块发送数据包到收到服务器应答的时间更短，适合对响应速度要求高的应用，综上所述采用的4G模组SIM7100C能够很好的满足采集主站对集中器高频次、高密度、大数据量的数据采集要求。图4为4G远程通信单元电路图。

优选地，远程通信模块还包括GPS定位单元3，GPS定位单元3通过UART串口与主控制器1连接以实现远程通信模块的地理位置定位。

GPS定位单元3为远程通信模块提供高精度的GPS定位，最大定位精度为5米以内，能够满足地下室和信号覆盖环境条件，远程通信模块通过UART串口连接到GPS定位单元3，获取GPS定位单元3的经纬度、日期、时间、定位成功标志等定位信息后存入RAM中，然后发送休眠命令给GPS模块，使其进入休眠状态，等待一段时间GPS模组进入工作状态后再次获取经纬度等地理位置定位信息，最后远程通信模块将GPS定位信息按照集中器扩展376.1协议上报或者查询到采集主站，以满足远程通信模块的GPS地理位置信息的读取和主动上报功能。图3为GPS定位单元3电路图。

优选地，主控制器1通过SPI串口与4G远程通信单元连接以进行数据交换。

优选地，接口单元4还包括模块插拔检测接口。

模块插拔检测通过插拔检测管脚的高低电平进行检测。图6为4G模块插拔检测电路图。

优选地，主控制器1选用32位RISCCortex-M0+芯片。

主控制器1的核心处理器采用华大半导体的高性能32位RISC Cortex-M0+芯片，采用Thumb指令集，2级流水线，性能效率高，拥有32个快速中断、多路标准串口和SPI串口，端口较多，性能稳定可靠，性价比高，能够很好满足产品设计要求。

依托于上述任一的远程通信模块，本发明还提供了一种集中器，包括集中器模块、本地通讯模块以及远程通信模块，集中器模块分别与本地通讯模块以及远程通信模块连接，其特征在于，远程通信模块为上述任一的远程通信模块，远程通信模块通过数据传输控制接口与集中器模块连接。

集中器的远程通信模块内包括一个GPS定位单元3，用于远程通信模块的定位，获取模块的经纬度、日期、时间等信息并主动上报到主站，从而可确定终端的定位位置信息，便于进行终端装置和台区的定位，方便电力局检修人员快速准确的找到终端设备并完成抢修和维护，从而更好的适应和满足国家电网的电能量计量和采集的要求，更好的减少电力部门的管理问题和困扰，提高运行效率。

远程通信模块内部存有唯一的IMEI标识，作为远程通信模块的ID进行管理。采集终端可通过状态识别管脚识别到模块插入，在模块插入及每天的24整点读取远程通信模块的IMEI标识，应用远程通讯模块的电能表的模块ID也能够使用IMEI号的方法进行管理。主站定期(可按日)读取采集终端本地通讯模块、远程通信模块和电表/采集器模块ID号和接收采集终端上报的通信模块ID变更报警事件。采集终端定期读取本地模块、远程模块、电能表模块和采集器模块的ID号，并存储，应答主站的模块ID查询命令，通信模块的ID号变更后上报告警，新装模块ID变更不上报。本发明通过获取远程通信模块内部存有唯一的IMEI标识，作为远程通信模块的ID进行管理。采集终端可通过状态识别管脚识别到模块插入，同时增加了读取通信模块参数等命令，引入通信模块变更事件，通过集抄系统由主站软件管控通信模块的信息，实现了远程通信模块的ID资产管理。GPS定位单元3获取的定位地址信息不能作为资产管理ID，而是应该按照彼此的用途和作用加以区别。

远程通信模块中的主控制器1可并主动获取4G通信模组的运行状态，并对4G模组状态根据算法和逻辑进行判断、预警和管理，对模块出现的故障进行判断、存储和告警，采集的远程通信模块的运行数据包括：注册次数、拨号次数、连接次数、重启次数、掉卡次数和工作温度，模块告警包括模块运行故障告警、模块运行故障预警、SIM卡老化预警、终端运行故障告警、终端运行故障告警、流量异常告警。本发明可以对远程模块进行运行状态采集和故障预警告警的方法，从而减少运维工作量，对问题进行诊断，明确责任人，提高工作效率。

在电力局采集主站服务器上部署了远程模块故障数据库，用于记录和存储成千上万个集中器远程通信模块实时上报的模块运行状态和故障信息，采集主站对模块的运行状态和故障信息的大数据进行统计分析和数据挖掘，提升电力设备在网模块的通信可靠性和成功率，提供数据接口与电力计量自动化系统对接，通过GPS定位、模块运行状态和故障点分析进而准确定位，深化采集系统新技术应用，优化用电信息采集系统功能，升级现有通信技术，提高采集数据价值，提升信息交互效率，挖掘智能计量技术潜力，实现计量和采集业务的精益化管理，推动了电力公司营销大数据的深化应用。本发明提出在电力局后台采集主站上部署远程模块运行数据和告警预警数据的大数据数据库和统计分析模块，主站通过远程通信模块的状态数据和预警数据进行业务和逻辑判断生成和存入故障数据库，该数据接口与电力计量自动化和营销运维系统对接，对故障问题进行精准定位和分析，快速派单。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种远程通信模块，包括主控制器(1)、远程通信单元(2)、接口单元(4)以及电源控制单元(5)，其特征在于，所述接口单元(4)包括电源接口、数据传输控制接口以及串口收发接口，所述主控制器(1)通过串口收发接口与所述远程通信单元(2)连接以进行数据交换，所述主控制器(1)、所述远程通信单元(2)均通过电源接口与电源控制单元(5)连接以获取工作电源，所述主控制器(1)通过所述数据传输控制接口与外部设备连接以进行数据交换，所述远程通信单元(2)为4G远程通信单元。

2.根据权利要求1所述的一种远程通信模块，其特征在于，所述4G远程通信单元选用SIM7100C芯片。

3.根据权利要求1所述的一种远程通信模块，其特征在于，所述串口收发接口包括SPI串口以及UART串口。

4.根据权利要求2所述的一种远程通信模块，其特征在于，所述远程通信模块还包括GPS定位单元(3)，所述GPS定位单元(3)通过UART串口与所述主控制器(1)连接以实现所述远程通信模块的地理位置定位。

5.根据权利要求2所述的一种远程通信模块，其特征在于，所述主控制器(1)通过SPI串口与所述4G远程通信单元连接以进行数据交换。

6.根据权利要求1所述的一种远程通信模块，其特征在于，所述接口单元(4)还包括模块插拔检测接口。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种远程通信模块，其特征在于，所述主控制器(1)选用32位RISCCortex-M0+芯片。

8.一种集中器，包括集中器模块、本地通讯模块以及远程通信模块，所述集中器模块分别与所述本地通讯模块以及远程通信模块连接，其特征在于，所述远程通信模块为权利要求1-7任一所述的远程通信模块，所述远程通信模块通过所述数据传输控制接口与所述集中器模块连接。