CN109448357A - 远程数据集抄光纤通信装置、采集器及单线通信网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程数据集抄光纤通信装置、采集器及单线通信网络系统；其装置包括单芯双向光电转换器、中央处理器以及电源转换器；单芯双向光电转换器通过光纤与外界单线通信网络系统形成信号连接；电源转换器分别为单芯双向光发射转换器和中央处理器提供工作电压。该装置采用光纤单芯双向设置，省去了一个光转换器，降低了制造成本。

Description

远程数据集抄光纤通信装置、采集器及单线通信网络系统

技术领域

本发明涉及远程数据集抄网络通信领域，尤其涉及一种远程数据集抄光纤通信装置及单线通信网络系统。

背景技术

目前，涉及远程数据集抄系统的主要包括电表、燃气表、热量表以及自来水表等数据采集终端。这些数据采集终端，基本上采用光纤作为通信线缆组建通信网络系统。光纤线缆具有传输数据可靠性高、稳定性好、抗电磁和抗震性能强等特点；因此被广泛采用。

然而，现有光纤线缆组建通信网络的方式主要是单环双向型，如图1所示，集中器、多个采集器之间形成单闭环双向信号传输，以及各采集器与其对应的若干个数据采集终端也是形成单闭环双向信号传输；相应地，如图2所示，设置在数据采集终端上的远程数据集抄光纤通信装置，其内部器件，如，单片机与单芯双向光电转换器之间的组网也是采用单环双向型设置(即通信信号可以顺时针传送，也可以逆时针传送)，且单芯双向光电转换器中包括两个光发射转换器以及两个光接收转换器，用以实现单环双向信号传输；相应地，如图3所示，采集器采用采用四个单芯双向光电转换器(1,2,3和4)。这种单环双向型组网方式，在其中一个环节出现故障，如数据采集终端电表21出现故障，则数据采集终端电表22至2n反方向向采集器二上传数据；另外，配套使用的远程数据集抄光纤通信装置中需要两个光电转换器，并且需要单片机来控制传输方向和传输数据格式，整个通信模块复杂，增加了制造成本以及增大了该装置的规格尺寸，无形中也就增大了数据采集终端的规格尺寸，进而增大制造成本。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种可以使通信数据采集、上传实现独立传送，且制作成本又相对较低的远程数据集抄光纤通信装置及单线通信网络系统。

本发明的技术方案如下：

一种远程数据集抄光纤通信装置，设置在数据采集终端中；其中，该远程数据集抄光纤通信装置包括单芯双向光电转换器、中央处理器以及电源转换器；所述单芯双向光电转换器通过光纤与外界单线通信网络系统形成信号连接；所述电源转换器分别为单芯双向光电转换器和中央处理器提供工作电压；所述中央处理器用于控制数据流的方向。

所述远程数据集抄光纤通信装置，其中，所述单芯双向光电转换器的数量分别为一个。

所述远程数据集抄光纤通信装置，其中，所述远程数据集抄光纤通信装置通过通信模块接口插接在所述数据采集终端中。

所述远程数据集抄光纤通信装置，其中，所述电源转换器将直流12V电压转化为直流5V的工作电压。

所述远程数据集抄光纤通信装置，其中，所述数据采集终端包括电表、燃气表、热量表或自来水表。

本发明还提供一种远程数据集抄单线通信用的采集器，该采集器包括一个微处理器及两个单芯双向转换器，两个所述单芯双向转换器分别与中央处理器形成信号连接。

本发明还提供一种远程数据集抄单线通信网络系统，包括主机终端、集中器、多个采集器以及多个数据采集终端；所述单线通信网络系统采用光纤进行组网，该单线通信网络系统还包括组网总线以及多个组网子线；所述组网总线为一根光纤；每个所述组网子线也为一根光纤；每个所述组网子线采用光纤通过一个所述采集器与所述组网总线形成信号连接，多个所述数据采集终端分别通过光纤连接每一个所述组网子线上；每个所述数据采集终端中设置有一个上述远程数据集抄光纤通信装置；所述采集器为具有单芯双向信号传输制式的采集器；其中：

所述集中器的输出端通过专用或公共网络与所述主机终端信号连接；所述集中器的输入端通过一根光纤与所述组网总线形成信号连接；

每个所述采集器的发射脚通过一根光纤与所述组网总线形成信号连接；所述采集器的接收端通过一根光纤与组网子线形成信号连接；以及

每个所述数据采集终端的所述远程数据集抄光纤通信装置独立的通过一根光纤与组网子线形成信号连接。

所述远程数据集抄单线通信网络系统，其中，多个所述采集器采用并联连接方式与所述组网总线形成信号连接。

所述远程数据集抄单线通信网络系统，其中，多个所述电表采用并联连接方式与所述组网子线形成信号连接。

本发明提供的远程数据集抄光纤通信装置，采用光纤单芯双向设置，省去了一个光转换器，减少了光电转换芯片用量，降低了制造成本；相应地，远程数据集抄单线通信网络系统中，光纤线缆采用发射和接收方式进行并联式组网，多个采集器、多个数据采集终端等器件中数据发射和接收也分别是采用并联连接方式接入相应的组网总线或组网子线，各器件之间通过各自对应的组网线缆独立发射和接收数据，任何一个器件出现故障，也不会影响到其他器件通信数据的发射和接收，从而确保整个网络系统数据接收和发射顺畅。

附图说明

图1为现有远程数据集抄单线通信网络系统结构示意图；

图2为现有远程数据集抄单线通信网络系统中的远程数据集抄光纤通信装置结构框图；

图3为现有采集器内部结构框图组网连接示意图

图4为本发明提供的远程数据集抄单线通信网络系统结构示意图；

图5为本发明提供的远程数据集抄单线通信网络系统中的远程数据集抄光纤通信装置结构框图；

图6为智能电表外形构造结构示意图；

图7为智能电表中的光纤通信模块插接孔结构示意图；

图8为本发明提供的采集器内部结构框图组网连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。

如图4所示，本发明提供的一种远程数据集抄单线通信网络系统，包括主机终端、集中器、多个采集器以及多个数据采集终端。该单线通信网络系统采用光纤进行组网；即利用光纤线缆将主机终端、集中器、采集器以及数据采集终端连接起来，组建单线通信网络系统。光纤可以是塑料光纤、石英光纤或复合光纤。本实施例中，优选塑料光纤。数据采集终端可以是电表、燃气表、热量表或自来水表等。本实施例中，数据采集终端为电表。

该单线通信网络系统中，一般包括一个组网总线，至少两个以上的组网子线，且组网总线与多个组网子线之间呈思维导图状结构设置，组网总线处于单线通信网络系统的上端，多个组网子线并列式设置于单线通信网络系统的下端，且每个组网子线采用光纤通过一个采集器与组网总线形成信号连接，每一个组网子线上并联连接有多个数据采集终端。本实施例中，组网子线的组数为两个，分别是组网子线一TRXDB1和组网子线二TRXDB2。

该单线通信网络系统中的组网总线是一根光纤总线TRXDB，可以用于发射通信数据TX和接收通信数据RX。

该单线通信网络系统中的每个组网子线也是采用一根光纤，也是用于接收通信数据RX和发射通信数据TX。例如，组网子线一TRXDB1采用单根光纤组网,用于发射通信数据TX或接收通信数据RX，接收通信数据和发射通信数据不同时进行。

上述主机终端，也就是整个单线通信网络系统的服务终端，主控该单线通信网络系统中的所有数据采集终端的相关数据管理，如，数据统计、数据收集、数据存储、数据分析等。

上述集中器主要是对整个单线通信网络系统中所有数据采集终端上传数据进行集中接收整理后，通过专用或公共网上传至主机终端，或者将主机终端的控制指令通过组网总线下发至采集器。

采集器的主要有三个功能是：采集数据、保存、通过集中器的命令上传数据或向数据采集终端下传执行命令。

集中器包括输出端A和输入端B；集中器的输出端A通过专用或公共网络与主机终端进行信号连接，集中器的输入端B通过一根光纤TRX与组网总线TRXDB进行信号连接。集中器用于收集采集器上报的信息数据，并传送至主机终端，或将主机终端的控制指令下发至采集器。

采集器的主要有三个功能是：采集数据、保存、通过集中器的命令上传数据或向数据采集终端下发执行命令或控制指令。

本实施例中，集中器的数量为一个，在其他实施例中，也可以是两个以上，设置几个集中器，需要根据数据采集范围而定。例如，以甲小区电量采集为例。假设甲小区只有一栋楼，则整栋楼的电量采集可以设置一个集中器；如果甲小区有五栋楼，则每栋楼的电量采集可以独立设置一个集中器，这样一来，就有五个集中器了。当然，五栋楼的电量采集也可以用一个集中器。

上述单线通信网络系统中，如图8所示，所述远程数据集抄单线通信用的采集器为单芯双向信号传输制式的采集器。该采集器包括一个微处理器及两个单芯双向转换器(1,2)，两个单芯双向转换器(1,2)分别与中央处理器形成信号连接；中央处理器用于控制数据信号的传输方向。

其中，单芯双向转换器1形成采集器的接收端D，单芯双向转换器2形成采集器的发射脚C。接收端D通过组网子线与数据采集终端，如电表下发控制指令或接收通信数据；数据采集终端经发射脚C通过组网总线、集中器向自主机终端向数据终端发送发射通信数据或接收通信数据。

采集器的工作原理如下：

1、主机终端通过集中器、组网总线向采集器下发数据采集指令，由采集器的发射端C对应的单芯双向转换器2的第二发射/接收脚TRXD4以接收通信数据的方式，接收这一控制信号指令，并经微处理器转换后，由采集器的发射脚D对应的单芯双向转换器1的第一发射/接收脚TRXD3以发射通信数据方式发射组网子线，再至数据采集终端，如电表；

2、电表接收到主机终端的数据采集指令后，发送出相关通信数据信息至组网子线，在经由采集器的接收端D对应的单芯双向转换器1的第一发射/接收脚TRXD3，以接收通信数据方式接收这一通信数据信息，并经微处理器转换后，再由采集器的发射端C对应的单芯双向转换器2的第二发射/接收脚TRXD4，以发射通信数据的方式送出，并经组网总线、集中器输送至主机终端，完成各电表电量的数据采集。

发射脚中央处理器发射脚

本实施例中，采集器的数量为两个，如，采集器一和采集器二，两者可以为同一型号、同一规格的采集器，也可以使用不同规格的采集器。采集器一和采集器二分别对应连接组网子线一和组网子线二。在其他实施例中，采集器的数量可以是两个以上，也可以是一个。下面举例说明采集器的组网方式：

采集器一的发射端C的第二发射/接收脚TRXD4通过一根光纤与组网总线TRXDB形成信号连接；采集器一的接收端D的第一发射/接收脚TRXD3通过一根光纤与组网子线一TRXDB1形成信号连接。

相应地，采集器二的发射端C的第二发射/接收脚TRXD4通过一根光纤与组网总线TRXDB形成信号连接；采集器二的接收端D的第一发射/接收脚TRXD3通过一根光纤与组网子线二TRXDB2形成信号连接。

如图4所示，上述数据采集终端的发射/接收脚TRXD通过一根光纤与组网子线形成信号连接，也即多个数据采集终端通过并联连接方式接入组网子线上。如，电表11通过一根光纤与组网子线一中TRXDB1形成信号连接。其他电表也类似电表11进行组网。

一般而言，同一小区同一栋楼中同一层的数据采集终端，通过并联连接方式加入组网子线且共用同一个采集器。如图3中的，电表11，电表12，电表13,…，电表1n分别通过各自对应的一根光纤并联连接在组网子线一上，然后再通过一根光纤TRX1将组网子线一TRXDB1接入采集器一中。组网子线二、采集器二以及电表(21,22,23，…，2n)的组网连接与组网子线一所在的组网方式相同，且采集器一与采集器二采用并联连接方式接入组网总线。

上述远程数据集抄单线通信网络系统，采用单根光纤总线网络方式组网，其组网用塑料光纤将所有数据采集终端，如电表接在一起，然后通过组网子线接到采集器的接收端D的第一发射/接收脚TRXD3上。

单根光纤总线组网，需要用单芯双向的芯片，在电表中需要配置远程数据集抄光纤通信装置。

如图5所示，远程数据集抄光纤通信装置，设置在数据采集终端中，该通信装置包括单芯双向光电转换器、中央处理器以及电源转换器,且光发射转换器、光接收转换器以及电源转换器均设置在数据采集终端的电路主板上。单芯双向光电转换器和通过光纤与上述单线通信网络系统形成信号连接；电源转换器分别为光发射转换器和光接收转换器提供工作电压。由于单芯双向光电转换器和中央处理器的工作电压为5V；所以电源转换器将VCC中的直流12V电压转换为直流5V工作电压；VSS接地。中央处理器用于控制数据流的方向。

远程数据集抄光纤通信装置实现原理为：

单根光纤总线网络中的主机终端下发数据采集指令，被单芯双向光电转换器的发射/接收脚TRXD以接收通信数据方式接收，并与中央处理器进行通信数据交换后，再经由接收脚RXD发送至电路主板，进行数据采集；反之，电路主板将采集的数据经由发射脚TXD上传至中央处理器，并与单芯双向光电转换器进行通信数据交换，同时控制通信数据传输方向为：中央处理器传输至单芯双向光电转换器，然后由单芯双向光电转换器经发射/接收脚TRXD，以发射通信数据的方式，传输至单根光纤总线网络中，如通过组网子线、采集器、组网总线、集中器后上传至主机终端。

所有单芯双向光电转换器初始设置为接收状态，等待采集器发来的命令，待采集器发送命令过来后，中央处理器判断是给自己模块的命令后，将控制自己单芯双向光电转换器状态为发射状态，把采集器需要的数据上传；之后单芯双向光电转换器进入接收状态。

其中，单芯双向光电转换器的数量为一个。鉴于同一光纤中，通信信号的发射和接收是单向、分时运行，向上一级发射通信信号或从上一级接收通信信息错开运行，即不在同一时间内运行；则远程数据集抄光纤通信装置即可实现通信信号单向传输。当远程数据集抄光纤通信装置置于上述远程数据集抄单线通信网络系统中时，则该单线通信网络系统即成为单向总线组网。

来源于电路主板的发射通信数据将通过光纤发送至远程数据集抄光纤通信装置的光发射转换器，经处理后，再由光纤发射至总线网络中的组网子线的发射子线、采集器等，进入远程数据集抄单芯单线通信网络系统的；相应地，远程数据集抄单芯单线通信网络系统中的命令，如主控终端的命令通过总线网络中的采集器、组网子线的接收子线等，进入远程数据集抄光纤通信装置的光接收转换器，经转换后，再由光纤输出接收通信数据至电路主板。单根光纤总线组网，工作原理是单芯双向环形，即用一根光纤总线分时享用，建立两点的单向连接关系。比如：

时刻1：采集器一发送发射通信数据，经采集器一接收后；由电表11接收该通信数据，其他时刻点之间，电表11与该发射通信数据无联系，不发送该发射通信数据，对传过来的发射通信数据也不作处理；

时刻2：电表11发送发射通信数据，采集器一接收；其他时刻点之间，电表11与该发射通信数据无联系，不发送数据，对传过来的通信数据也不处理。

光电芯片用量与双根总线一样，但电表通信模块要用中央处理器，优点省了一根光纤总线。

本实施例中，上述远程数据集抄光纤通信装置，被设置电表中。如图6所示，电表100包括RS584通信接口130、显示屏110、通信模块接口母口120以及电线接口140。如图7所示，在远程数据集抄光纤通信装置上设有通信模块接口公口，在该通信模块接口公口上设有第一通信信号导电触点TRXD1、第二通信信号导电触点TRXD2、和电源导电接触点(如，VCC和VSS)。

远程数据集抄光纤通信装置通过通信模块接口公口上的通信信号和电源导电触点与电表100上的通信模块接口母口120进行适配插接后接入电表100内的电路主板上。

电表100中的显示屏110用于实时观察电表的读数、时间等；电表100的电线接口140为四个，其中两个电线接口分别与室外的火线和零线电连接，另两个电线接口分别与室内的火线和零线电连接。

远程数据集抄光纤通信装置也可以与电路主板一同整体设计，固定在电路主板上。

电信息采集信息传输方式优劣势比较；如，电力线载波(PLC)、RS 485总线、短距离无线通信和塑料光纤通信。比较结果如下表。

从上表可知，由于本发明的远程数据集抄单线通信网络系统采用塑料光纤作为线缆进行组网，其组网优势也是较其他更明显、更具有优势。

应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的表述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种远程数据集抄光纤通信装置，设置在数据采集终端中，其特征在于，该远程数据集抄光纤通信装置包括单芯双向光电转换器、中央处理器以及电源转换器；所述单芯双向光电转换器通过光纤与外界单线通信网络系统形成信号连接；所述电源转换器分别为单芯双向光电转换器和中央处理器提供工作电压；所述中央处理器用于控制数据流的方向。

2.根据权利要求1所述的远程数据集抄光纤通信装置，其特征在于，所述单芯双向光电转换器的数量分别为一个。

3.根据权利要求1所述的远程数据集抄光纤通信装置，其特征在于，所述远程数据集抄光纤通信装置通过通信模块接口插接在所述数据采集终端中。

4.根据权利要求1所述的远程数据集抄光纤通信装置，其特征在于，所述电源转换器将直流12V电压转化为直流5V的工作电压。

5.根据权利要求1所述的远程数据集抄光纤通信装置，其特征在于，所述数据采集终端包括电表、燃气表、热量表或自来水表。

6.一种远程数据集抄单线通信用的采集器，其特征在于，该采集器包括一个微处理器及两个单芯双向转换器，两个所述单芯双向转换器分别与中央处理器形成信号连接。

7.一种远程数据集抄单线通信网络系统，包括主机终端、集中器、多个采集器以及多个数据采集终端；其特征在于，所述单线通信网络系统采用光纤进行组网，该单线通信网络系统还包括组网总线以及多个组网子线；所述组网总线为一根光纤；每个所述组网子线也为一根光纤；每个所述组网子线采用光纤通过一个所述采集器与所述组网总线形成信号连接，每一个所述组网子线上通过光纤连接有多个所述数据采集终端；每个所述数据采集终端中设置有一个如权利要求1至4任一所述的远程数据集抄光纤通信装置；所述采集器为具有单芯双向制式的采集器；其中：

所述集中器的输出端通过专用或公共网络与所述主机终端信号连接；所述集中器的输入端通过一根光纤与所述组网总线形成信号连接；

每个所述采集器的发射脚通过一根光纤与所述组网总线形成信号连接；所述采集器的接收端通过一根光纤与所述组网子线形成信号连接；以及

每个所述数据采集终端的所述远程数据集抄光纤通信装置独立的通过一根光纤与所述组网子线形成信号连接。

8.根据权利要求7所述的远程数据集抄单线通信网络系统，其特征在于，多个所述采集器采用并联连接方式与所述组网总线形成信号连接。

9.根据权利要求7所述的远程数据集抄单线通信网络系统，其特征在于，多个所述数据采集终端采用并联连接方式与所述组网子线形成信号连接。

10.根据权利要求7所述的远程数据集抄单线通信网络系统，其特征在于，所述单线通信网络系统采用塑料光纤、石英光纤或复合光纤进行组网。