CN111402566B - 基于高速载波与无线扩频的可读写电表模块及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力通信技术领域，公开了一种基于高速载波与无线扩频的可读写电表模块及使用方法，电表模块包括射频模块和自带MCU的HPLC载波通信模块，所述射频模块与所述HPLC载波通信模块连接，所述HPLC载波通信模块和射频模块分别通过HPLC载波通信网络和RF射频通信与户内附属设备连接，所述HPLC载波通信模块还通过HPLC网络与户外主端设备连接；所述HPLC载波通信模块用于在接收到交互信息时，根据交互信息的数据类型进行信息读取与写入，进而实现户外主端设备与户内附属设备的通信连接。本发明功能实现灵活，应用方便，可以实现网络主端设备信息与网络外户内设备信息交换，达到整个用电信息采集通信网络内外数据交互、信息共享的目的。

Description

基于高速载波与无线扩频的可读写电表模块及使用方法

技术领域

本发明涉及电力通信技术领域，具体涉及一种基于高速载波与无线扩频的可读写电表模块及使用方法。

背景技术

低压电力线高速载波通信(High Power Line Carrier)，简称HPLC，是一种稳定可靠、通信速率快、数据传输安全、可以利用电力线进行数据传输的通信方式高速载波通信已在电力行业得到大力推广，其应用效果也得到了用户的认可，在高速载波基础上增加RF无线扩频通信机制，更大增加了节点间网络快速接入及网络稳定性，增加网络鲁棒性。如图1所示，现有用电信息采集中，主站主要为用电信息采集平台，主端设备主要为集中器，网络外户内主要为智慧家庭交互终端，电表模块主要为安装在电表上的载波通信模块。

一方面，高速载波加无线扩频通信在用电采集中的应用，仅实现了主端设备对从端电表模块如电数据读取转发工作，无法进行有效的数据存储管理，尤其是户内附属设备与电表模块如何能够做到一对一准确绑定，且整个通信不影响原有的通信网络，也不增加原有通信网络开销，是原采集系统无法解决的问题，若仅依靠于原用电信息采集系统数据通道，不进行有效的数据存储，无法满足在共有电力线载波通信信道的基础上实现多方交互，从而无法达到户内与户外设备在不同网络环境下的双向通信，因此针电表模块增加有效数据存储，可被主端设备及户内附属设备读写功能，是实现户内设备与户外设备双向交互的关键。

另一方面，整个高速载波通信网络，网络内主端设备无法与网络外设备如户内设备进行数据交换，这就导致整个载波无线扩展通信网络在通信扩展应用方面受到很大的局限性，尤其用电信息采集系统与户内网络通道的建立，而在整个通信网络里增加其它设备节点，不仅增加了网络规模，加大网络开销，同时也为扩展应用增加了成本风险，网络组织形式也变的更加复杂，同时还要考虑用电信息采集系统与户内网络融合后的网络数据安全问题。

当前整个用电信息采集系统数据采集仅从主站端到电表端进行数据通信，且通信方式自上而下，而目前用电信息采集系统也无法与用户户内设备进行数据交互，信息共享，让用电信息采集数据无法实现对用户有效开放的同时，也无法针对用电信息向用户及时的传达用电缴费情况，无法及时的获取用户在用电过程的需求、问题，而随着新型智能台区的发展，泛在物联网与边缘计算的需求越来越强烈，网络接入及扩展应用通信方面急需解决。

因此，针对目前现有技术应用中存在的上述不便与缺陷，实有必要进行拓展研究，以提供一种更先进的技术方案，解决当前现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供了一种基于高速载波与无线扩频的可读写电表模块及使用方法，以实现电表模块存储数据可被主端设备与附属设备同时读写。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于高速载波与无线扩频的可读写电表模块，包括射频模块和自带MCU的HPLC载波通信模块，所述射频模块与所述HPLC载波通信模块连接，所述HPLC载波通信模块和射频模块分别通过HPLC载波通信网络和RF射频通信与户内附属设备连接，所述HPLC载波通信模块还通过HPLC网络与户外主端设备连接；所述HPLC载波通信模块用于通过HPLC载波通信网络和RF射频通信接收通信应用数据，并判断是否为户外主端设备与户内附属设备交互信息；若不是，则将所述通信应用数据直接发送到电表；若是，则判断交互信息的数据类型并记录其数据类型，若数据类型为存储数据，寻址并判断存储空间是否够，并按类型分类存储；若数据类型为读取数据，则寻址并判断数据是否存在，若存在则读取存储数据并通过所述HPLC载波通信模块发送至电力线，并判断存储数据是否需要删除释放空间，若存储不存在，则直接回复否认。

所述HPLC载波通信模块包括宽带载波芯片、RF无线收发电路、载波接收电路、载波发送电路、FLASH存储电路、保护电路、过零检测电路和电源电路,所述宽带载波芯片通过所述RF无线收发电路与所述射频模块连接。

所述户外主端设备为集中器，所述户内附属设备为智慧家庭交互终端。

所述存储数据的分类包括：户内设备与电表安全认证绑定的设备ID；电表模块维护的软时钟信息；电表模块读取电表的电流、电压、功率及有功能电能示值曲线数据；主站向电表模块写电量阶梯电价、费率电价及计费方式和缴费方式；主站向电表模块发送信息包括电费信息；主站向电表模块发送的广告和信息；户内附属设备向电表模块发送的需求信息。

本发明的另一方面还提供了所述的一种基于高速载波与无线扩频的可读写电表模块的使用方法，其中，电表模块与户内附属设备通过ID安全认证进行绑定，且电表模块支持户内终端设备对电表模块的校时功能；电表模块对网络内主站通过主端设备写入的数据和网络外户内附属设备写入的数据进行分类分区存储，同时响应主端设备和网络外户内附属设备的数据读取请求；电表模块存储数据被网络内主站设备或网络外户内设备读取后，形成记录标志，用于数据写设备查询写入的数据是否已被读取，以进行数据存储空间释放筛选。

其中，电表模块与户内附属设备通过ID安全认证进行绑定的具体方法为：首先由用户信息采集系统主站下发此用户分配的ID并存储表电表模块，户内设备通过配置首次读取电表模块存储的ID及安全认证信息，若信息匹配则进行唯一性绑定，以防止电表模块信息被随意读取及写入。

进一步地，电表模块对网络内主站通过主端设备写入的数据和网络外户内附属设备写入的数据进行分类分区存储，同时响应主端设备和网络外户内附属设备的数据读取请求的具体方法为：

电表模块响应用电信息采集主站将阶梯电价、费率电价、计费方式和缴费方式通过主端设备写入到电表模块，电表模块根据写入数据不同类型进行分类存储，同时支持网络外的户内附属终端设备读取由用电信息采集主站通过主端设备写入的数据，并按照不同的数据类型读取，从而通过电表模块将用电信息采集主站数据发送到网络外端户内设备；

电表模块响应用用电采集主站将用户电费信息写入，并进行分类存储，同时支持网络外户内附属设备读取用电信息采集主站写入的电费数据，通过电表模块将用电信息采集主站给用户发行的电费信息发送到网络外户内附属设备；

电表模块响应用电信息采集平台的下行信息，并根据信息不同类型的数据分类存储，并可分类被网络外户内附属设备查询读取；

电表模块响应并接收网络外的户内附属设备写入的用户信息和需求信息，电表模块在接收到写入信息后立即发送上报功能，直接将网络用户内设备写入的数据上报给主端设备并上报用电信采集主站。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提供了一种基于高速载波与无线扩频的可读写电表模块及使用方法，在基于目前低压电力线高速载波及无线扩频通信技术基础上，增加表计载波模块存储功能，同时既能接收网络内主端设备路由对电表模块数据读取与写入，同时也能响应网络外设备数据读取与写入，并提供了有效的数据通信方法，为提高数据安全性，在网络建立前进行电表模块与户内附属设备ID认证及绑定，解决家庭设备与集抄电表一一对应关系，因此，本发明能有效解决现有通信方案存在的用电信息采集系统无法与用户户内设备进行数据交互，信息共享的技术问题。

附图说明

图1为现有技术中用电信息采集的原理图；

图2为采用本发明实施例提供的一种电表模块进行信息采集时的原理图；

图3为本发明实施例中电表模块内的单片机的工作流程图；

图4为本发明实施例提供的一种电表模块的硬件设备基本原理框图；

图5为本发明实施例中电表模块针对户外主端设备与户内附属设备交互数据存储结构；

图6为本发明实施例提供的一种电表模块对分类存储数据的写入和读取示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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作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。

如图2所示，本发明实施例提供了一种基于高速载波与无线扩频的可读写电表模块，包括射频模块和自带MCU的HPLC载波通信模块，所述射频模块与所述HPLC载波通信模块连接，所述HPLC载波通信模块和射频模块分别通过HPLC载波通信网络和RF射频通信与户内附属设备连接，所述HPLC载波通信模块还通过HPLC网络与户外主端设备连接。

具体地，本实施例中，所述户外主端设备为集中器，所述户内附属设备为智慧家庭交互终端。

如图3所示，所述HPLC载波通信模块中的MCU用于数据处理，具体地，其通过HPLC载波通信网络或RF射频通信方式接收通信应用数据后，判断是否为户外主端设备与户内附属设备交互信息；若不是，则将所述通信应用数据直接发送到电表；若是，则判断交互信息的数据类型并记录其数据类型，若数据类型为存储数据，寻址并判断存储空间是否够，并按类型分类存储；若数据类型为读取数据，则寻址并判断数据是否存在，若存在则读取存储数据并通过所述HPLC载波通信模块发送至电力线，并判断存储数据是否需要删除释放空间，若存储不存在，则直接回复否认。

进一步地，本发明实施例中，如图4所示，所述HPLC载波通信模块包括宽带载波芯片SSC1667、载波接收电路、RF无线收发电路、载波发送电路、FLASH存储电路、保护电路、过零检测电路和电源电路。其中，宽带载波芯片SSC1667通过载波接收电路和载波发送电路从过电力线接收信号和发送信号，射频模块通过所述RF无线收发电路与所述宽带载波芯片SSC1667连接，其中RF无线收发电路，其支持无线信号收发，宽带载波芯片SSC1667还通过RF无线收发电路获取射频模块接收到的户内附属设备发送的RF无线信号，过零检测电路对模块起到保护作用，电源电路用于对模块进行供电，保护电路起到保护模块的作用；此外，所述HPLC载波通信模块还包括接口电路、指示灯电路和Flash存储电路等外围电路。

进一步地，如图5所示，为本发明实施例中，电表模块针对户外主端设备与户内附属设备进行交互的数据存储结构；其中，存储数据data的分类包括：户内设备与电表安全认证绑定的设备ID；电表模块维护的软时钟信息；电表模块读取电表的电流、电压、功率及有功能电能示值曲线数据；主站向电表模块写电量阶梯电价、费率电价及计费方式和缴费方式；主站向电表模块发送信息包括电费信息；主站向电表模块发送的广告和信息；户内附属设备向电表模块发送的需求信息。此外，还可以根据需要设置其它数据类型。

具体地，如图6所示，为本发明实施例提供的一种电表模块对分类存储数据的写入和读取示意图，通过本发明的电表模块，分类存储数据可以通过户内设备写入，也可以通过主端设备写入，此外，主端设备也可以读取电表模块内的分类储存数据，户内设备也可以读取电表模块内的分类储存数据，进而使电力通信系统既能接收网络内主端设备路由对电表模块数据读取与写入，同时也能响应网络外设备数据读取与写入，并提供了有效的数据通信方法，为提高数据安全性，在网络建立前进行电表模块与户内附属设备ID认证及绑定，解决家庭设备与集抄电表一一对应关系。

具体地，本实施例中，载波通信支持四个频段且可自动切换,频段：0：1.953～11.96MHz:；1：2.441～5.615MHz；2：0.781～2.930MHz；3：1.758～2.930MHz；

本发明电表模块支持的协议类型：《DL-T645-2007通信协议》和《QGDW11778—2017面向对象的用电信息数据交换协议》。

此外，本发明实施例还提供了一种所述电表模块的使用方法，其中，电表模块需与户内设备进行ID安全认证有绑定，首先由用户信息采集系统主站下发此用户分配的ID并存储表电表模块，户内设备通过配置首次读取电表模块存储的ID及安全认证信息，若信息匹配则进行唯一性绑定，以防止电表模块信息被随意读取及写入。

本实施例中，电表模块支持户内终端设备对电表模块的校时功能，电表模块自身维护软时钟，为网络数据同步提供时钟基础。电表模块可以读取所在电表数据以自身维护的网络时钟为基础存储数据并形成相应的数据曲线如电压、电流、功率及有功电能示值。电表模块存储的数据曲线，可由户内设备读取。

本实施例中，电表模块通过响应用电信息采集主站将阶梯电价、费率电价、计费方式和缴费方式通过主端设备写入到电表，电表模块根据写入数据不同类型进行分类存储，同时支持网络外户内附属终端设备读取由用电信息采集主站通过主端设备写入的数据，并可按照不同的数据类型读取，从而通过电表模块将用电信息采集主站数据发送到网络外端户内设备。

本实施例中，电表模块响应用用电采集主站将用户电费信息写入，并进行分类存储，同时支持网络外户内设备读取用电信息采集主站写入的电费数据，通过电表模块将用电信息采集主站给用户发行的电费信息发送到网络外户内设备。

本实施例中，电表模块响应用电信息采集平台下行的任意信息如广告，并根据信息不同类型的数据分类存储，并可分类被网络户内终端查询读取。

本实施例中，电表模块可以响应网络外的户内附属设备将用户信息、需求写入，电表模块在收写入信息后立即发送上报功能，直接将网络用户内设备写入的数据上报给主端设备并上报用电信采集主站。

本实施例中，电表模块根据网络内主站通过主端设备写入的数据、网络外户内设备写入的数据分类分区存储，电表模块存储数据被网络内主站设备或网络外户内设备读取后，形成记录标志，以方便数据写设备查询写入的数据是否已被读取，以进行数据存储空间释放筛选。

本实施例提供的一种电表模块的使用方法，电表模块针对不同的应用扩展，功能实现灵活，应用方便，从而在现有高速载波通信加无线扩频通信网络中，实现网络主端设备信息与网络外户内设备信息交换，从而起来承上启下作用，达到整个用电信息采集通信网络内外数据交互、信息共享的目的。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种基于高速载波与无线扩频的可读写电表模块，其特征在于，包括射频模块和自带MCU的HPLC载波通信模块，所述射频模块与所述HPLC载波通信模块连接，所述HPLC载波通信模块和射频模块分别通过HPLC载波通信网络和RF射频通信与户内附属设备连接，所述HPLC载波通信模块还通过HPLC网络与户外主端设备连接；所述HPLC载波通信模块用于通过HPLC载波通信网络和RF射频通信接收通信应用数据，并判断是否为户外主端设备与户内附属设备交互信息；若不是，则将所述通信应用数据直接发送到电表；若是，则判断交互信息的数据类型并记录其数据类型，若数据类型为存储数据，寻址并判断存储空间是否够，并按类型分类存储；若数据类型为读取数据，则寻址并判断数据是否存在，若存在则读取存储数据并通过所述HPLC载波通信模块发送至电力线，并判断存储数据是否需要删除释放空间，若存储不存在，则直接回复否认；

所述户外主端设备为集中器，所述户内附属设备为智慧家庭交互终端。

2.根据权利要求1所述的一种基于高速载波与无线扩频的可读写电表模块，其特征在于，所述HPLC载波通信模块包括宽带载波芯片、RF无线收发电路、载波接收电路、载波发送电路、FLASH存储电路、保护电路、过零检测电路和电源电路,所述宽带载波芯片通过所述RF无线收发电路与所述射频模块连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于高速载波与无线扩频的可读写电表模块，其特征在于，所述存储数据的分类包括：户内设备与电表安全认证绑定的设备ID；电表模块维护的软时钟信息；电表模块读取电表的电流、电压、功率及有功能电能示值曲线数据；主站向电表模块写电量阶梯电价、费率电价及计费方式和缴费方式；主站向电表模块发送信息包括电费信息；主站向电表模块发送的广告和信息；户内附属设备向电表模块发送的需求信息。

4.根据权利要求1所述的一种基于高速载波与无线扩频的可读写电表模块的使用方法，其特征在于，电表模块与户内附属设备通过ID安全认证进行绑定，且电表模块支持户内终端设备对电表模块的校时功能；电表模块对网络内主站通过主端设备写入的数据和网络外户内附属设备写入的数据进行分类分区存储，同时响应主端设备和网络外户内附属设备的数据读取请求；电表模块存储数据被网络内主站设备或网络外户内设备读取后，形成记录标志，用于数据写设备查询写入的数据是否已被读取，以进行数据存储空间释放筛选。

5.根据权利要求4所述的一种基于高速载波与无线扩频的可读写电表模块的使用方法，其特征在于，电表模块与户内附属设备通过ID安全认证进行绑定的具体方法为：首先由用户信息采集系统主站下发此用户分配的ID并存储表电表模块，户内设备通过配置首次读取电表模块存储的ID及安全认证信息，若信息匹配则进行唯一性绑定，以防止电表模块信息被随意读取及写入。

6.根据权利要求4所述的一种基于高速载波与无线扩频的可读写电表模块的使用方法，其特征在于，电表模块对网络内主站通过主端设备写入的数据和网络外户内附属设备写入的数据进行分类分区存储，同时响应主端设备和网络外户内附属设备的数据读取请求的具体方法为：

电表模块响应用电信息采集主站将阶梯电价、费率电价、计费方式和缴费方式通过主端设备写入到电表模块，电表模块根据写入数据不同类型进行分类存储，同时支持网络外的户内附属终端设备读取由用电信息采集主站通过主端设备写入的数据，并按照不同的数据类型读取，从而通过电表模块将用电信息采集主站数据发送到网络外端户内设备；

电表模块响应用用电采集主站将用户电费信息写入，并进行分类存储，同时支持网络外户内附属设备读取用电信息采集主站写入的电费数据，通过电表模块将用电信息采集主站给用户发行的电费信息发送到网络外户内附属设备；

电表模块响应用电信息采集平台的下行信息，并根据信息不同类型的数据分类存储，并可分类被网络外户内附属设备查询读取；

电表模块响应并接收网络外的户内附属设备写入的用户信息和需求信息，电表模块在接收到写入信息后立即发送上报功能，直接将网络用户内设备写入的数据上报给主端设备并上报用电信采集主站。

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