CN111833578A - 用电信息采集系统和NB-IoT通信模块及其通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用电信息采集系统和NB‑IoT通信模块及其通信方法，属于无线通信技术领域，通信方法包括采用一种规约读取电能表通信地址，若读取成功，为该电能表设置规约标志；若读取不成功，采用另一种规约读取电能表通信地址，直到成功读取到电能表通信地址并为该电能表设置规约标志为止；当需要抄读电能表的数据时，读取电能表的规约标志，当该规约标志所属的规约为设定规约时，按照该设定规约将读取的电能表数据上传至主站；当该规约标志所属的规约不为设定规约时，按照该规约标志所属的规约读取电能表数据，并将该电能表数据组帧成设定规约的电能表数据上传至主站，本发明能够保证适用任一规约的电能表数据均能够抄读成功，提高了抄读工作效率。

Description

用电信息采集系统和NB-IoT通信模块及其通信方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及用电信息采集系统和NB-IoT通信模块及其通信方法。
背景技术
现有技术中，公布号为CN107818675A的中国发明专利申请公开了一种用电信息采集系统及NB-IoT微功无线通信装置，解决的是现有NB-IoT微功无线通信装置兼容性差的技术问题，通过采用通过接插件与用电采集系统中的电能表连接，所述接插件与现有的用电采集系统中的电能表的网络接口匹配，所述NB-IoT微功无线通信装置包括MCU模块，与MCU模块连接的上行接口模块及下行接口模块，还包括用于NB-IoT微功无线通信装置供电的电源模块的技术方案，较好的解决了该问题，可用于智能电表的用电信息采集中。
该通信装置的不足之处在于只适用于单一规约(即单一通信协议)的电能表数据的抄读，而目前电能表普遍适用的通信协议为DL/T698.45和DL/T645，当通信装置需要抄读的一部分电能表采用DL/T698.45通信协议，另一部分电能表采用DL/T645通信协议时，上述通信装置只能成功抄读其中一种通信协议的电能表，另一种通信协议的电能表数据则无法抄读，导致电能表的抄读工作无法完成。
发明内容
本发明的目的是提供一种NB-IoT通信模块的通信方法，用于解决现有技术的通信装置由于无法同时抄读两种通信协议的电能表数据，导致部分电能表数据抄读失败的问题；同时，提出一种NB-IoT通信模块，用于解决同时抄读两种通信协议的电能表数据的问题；还提出一种用电信息采集系统，用于解决两种通信协议的电能表数据的抄读和上传问题。
基于上述目的，本发明提出一种NB-IoT通信模块的通信方法的技术方案如下：
1)采用一种规约读取电能表通信地址，若读取成功，为该电能表设置规约标志；若读取不成功，采用另一种规约读取电能表通信地址，直到成功读取到电能表通信地址并为该电能表设置规约标志为止；
2)当需要抄读电能表的数据时，读取电能表的规约标志，当该规约标志所属的规约为设定规约时，按照该设定规约将读取的电能表数据上传至主站；当该规约标志所属的规约不为设定规约时，按照该规约标志所属的规约读取电能表数据，并将该电能表数据进行处理，组帧成设定规约的电能表数据上传至主站。
上述技术方案的有益效果为：
本发明的通信方法为适用某一种规约的电能表设置了相应的规约标志，在需要抄读电能表的数据时，通过读取电能表中已经设置好的规约标志，进而判别电能表的适用规约是否是设定规约，若是设定规约，则根据设定规约读取电能表数据并上传，若不是设定规约，则需要对适用规约的电能表数据进行处理，组帧成设定规约的电能表数据再上传，从而实现同时抄读至少两种通信协议的电能表数据，保证适用任一规约的电能表数据均能够抄读成功，提高了抄读工作效率。
进一步的，由于主站只能读取设定规约的数据，当需要抄读或设置NB-IoT通信模块的参数时，按照所述设定规约进行组帧将抄读参数或设置参数的结果回复主站，从而保证主站读取数据的顺利进行。
进一步的，为了使任一适用规约的电能表均能够读取抄表指令，在读取电能表数据前，当读取的规约标志所属的规约为设定规约时，将抄表指令直接下发至相应电能表；当读取的规约标志所属的规约不为设定规约时，将抄表指令组帧成规约标志所属规约的抄表指令，并下发至相应电能表。
基于上述目的，本发明提出一种NB-IoT通信模块的技术方案如下：
该通信模块包括处理器，处理器分别连接有NB-IoT模组和用于连接电能表的弱电接口，所述处理器用于通过弱电接口采用一种规约读取电能表通信地址，若读取成功，为该电能表设置规约标志；若读取不成功，采用另一种规约读取电能表通信地址，直到成功读取到电能表通信地址并为该电能表设置规约标志为止；
当需要抄读电能表的数据时，读取电能表的规约标志，当该规约标志所属的规约为设定规约时，按照该设定规约将读取的电能表数据通过所述NB-IoT模组上传至主站；当该规约标志所属的规约不为设定规约时，按照该规约标志所属的规约读取电能表数据，并将该电能表数据进行处理，组帧成设定规约的电能表数据通过所述NB-IoT模组上传至主站。
上述技术方案的有益效果为：
本发明的通信模块为适用某一种规约的电能表设置了相应的规约标志，在需要抄读电能表的数据时，通过读取电能表中已经设置好的规约标志，进而判别电能表的适用规约是否是设定规约，若是设定规约，则根据设定规约读取电能表数据并上传，若不是设定规约，则需要对适用规约的电能表数据进行处理，组帧成设定规约的电能表数据再上传，从而实现同时抄读至少两种通信协议的电能表数据，保证适用任一规约的电能表数据均能够抄读成功，提高了通信模块的抄读工作效率。
进一步的，由于主站只能读取设定规约的数据，当需要抄读或设置NB-IoT通信模块的参数时，所述处理器用于按照所述设定规约进行组帧将抄读参数或设置参数的结果通过所述NB-IoT模组回复至主站。
进一步的，为了使任一适用规约的电能表均能够读取抄表指令，在读取电能表数据前，当读取的规约标志所属的规约为设定规约时，所述处理器用于通过弱电接口将抄表指令直接下发至相应电能表；当读取的规约标志所属的规约不为设定规约时，所述处理器用于通过弱电接口将抄表指令组帧成规约标志所属规约的抄表指令，并下发至相应电能表。
基于上述目的，本发明提出一种用电信息采集系统的技术方案如下：
该用电信息采集系统包括主站和NB-IoT通信模块，该通信模块包括处理器，处理器分别连接有NB-IoT模组和弱电接口，弱电接口用于连接电能表，所述处理器用于通过弱电接口采用一种规约读取电能表通信地址，若读取成功，为该电能表设置规约标志；若读取不成功，采用另一种规约读取电能表通信地址，直到成功读取到电能表通信地址并为该电能表设置规约标志为止；
当需要抄读电能表的数据时，读取电能表的规约标志，当该规约标志所属的规约为设定规约时，按照该设定规约将读取的电能表数据通过所述NB-IoT模组上传至主站；当该规约标志所属的规约不为设定规约时，按照该规约标志所属的规约读取电能表数据，并将该电能表数据进行处理，组帧成设定规约的电能表数据通过所述NB-IoT模组上传至主站。
上述技术方案的有益效果为：
本发明的用电信息采集系统通过NB-IoT通信模块能够对适用各种规约的电能表数据进行抄读，具体的，该通信模块为适用某一种规约的电能表设置了相应的规约标志，在需要抄读电能表的数据时，通过读取电能表中已经设置好的规约标志，进而判别电能表的适用规约是否是设定规约，若是设定规约，则根据设定规约读取电能表数据并上传，若不是设定规约，则需要对适用规约的电能表数据进行处理，组帧成设定规约的电能表数据再上传，从而实现同时抄读至少两种通信协议的电能表数据，保证适用任一规约的电能表数据均能够抄读成功，提高了通信模块的抄读工作效率。
进一步的，由于主站只能读取设定规约的数据，当需要抄读或设置NB-IoT通信模块的参数时，所述处理器用于按照所述设定规约进行组帧将抄读参数或设置参数的结果通过所述NB-IoT模组回复至主站。
进一步的，为了使任一适用规约的电能表均能够读取抄表指令，在读取电能表数据前，当读取的规约标志所属的规约为设定规约时，所述处理器用于通过弱电接口将抄表指令直接下发至相应电能表；当读取的规约标志所属的规约不为设定规约时，所述处理器用于通过弱电接口将抄表指令组帧成规约标志所属规约的抄表指令，并下发至相应电能表。
附图说明
图1是本发明的一种NB-IoT通信模块的通信方法流程图；
图2是本发明的一种NB-IoT通信模块示意图；
图3是本发明的一种用电信息采集系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
通信方法实施例：
本实施例提出一种NB-IoT通信模块的通信方法，包括如下步骤：
首先，NB-IoT通信模块(下称通信模块)采用一种规约读取电能表通信地址，若读取成功，为该电能表设置规约标志；若读取不成功，采用另一种规约读取电能表通信地址，直到成功读取到电能表通信地址并为该电能表设置规约标志为止。
当通信模块需要抄读电能表的数据时，读取电能表的规约标志，当该规约标志所属的规约为设定规约(该设定规约为通信模块与主站进行数据通信时采用的规约)时，将抄表指令直接下发至相应电能表，电能表根据抄表指令向通信模块发送相应的电能表数据，通信模块按照该设定规约将读取的电能表数据上传至主站。
当该规约标志所属的规约不为设定规约时，通信模块将抄表指令组帧成规约标志所属规约的抄表指令，并下发至相应电能表，电能表根据该规约标志所属规约的抄表指令向通信模块发送相应的电能表数据，通信模块按照该规约标志所属的规约读取电能表数据，并将该电能表数据进行处理，组帧成设定规约的电能表数据上传至主站。
当通信模块需要抄读或设置通信模块的参数时，按照上述设定规约进行组帧将抄读参数或设置参数的结果回复主站。
以通信模块读取DL/T698.45通信协议、DL/T645通信协议这两种规约的电能表数据为例，具体介绍本发明NB-IoT通信模块的通信流程如图1所示：
步骤01：NB-IoT通信模块上电，进行初始化工作，初始化串行数据接口波特率为9600bps、偶校验等。
步骤02：NB-IoT通信模块向电能表用DL/T698.45规约(即DL/T698.45通信协议)读取电能表通信地址。
步骤03：当用DL/T698.45规约读取电能表通信地址成功后，进行步骤05；当读取电能表通信地址失败后，进行步骤04。
步骤04：NB-IoT向电能表用DL/T645规约(即DL/T645通信协议)读取电能表通信地址。
步骤05：当NB-IoT通信模块用DL/T698.45规约读取电能表通信地址成功后，置电能表的规约标志为Ox55，同时NB-IoT通信模块将自身的地址更改为应答的通信地址，该地址即为数据的目的地址，然后处于工作等待状态。
步骤06：当用DL/T645规约读取电能表通信地址成功后，进行步骤07；当读取电能表通信地址失败后，结束任务。
步骤07：当NB-IoT通信模块用DL/T645规约读取电能表通信地址成功后，置电能表的规约标志为Oxaa，同时NB-IoT通信模块将自身的地址更改为应答的通信地址，该地址即为数据的目的地址，然后处于工作等待状态。
步骤08：当NB-IoT通信模块收到主站发送的数据时，如果是DL/T698.45规约数据，进行步骤09，否则结束任务。
步骤09：NB-IoT通信模块进行抄读电能表数据或处理通信模块数据的判断，如果是抄读电能表数据时，进行步骤11，如果是处理通信模块数据，进行步骤10。
步骤10：当NB-IoT通信模块是处理通信模块数据时，不管是设置NB-IoT通信模块参数还是抄读NB-IoT通信模块参数，按DL/T698.45规约进行组帧操作，然后进行步骤14。
步骤11：当NB-IoT通信模块进行是抄读电能表数据时，要判断抄读的电能表是DL/T698.45规约的电能表还是DL/T645规约的电能表，如果是抄读DL/T698.45规约的电能表时进行步骤13，如果是抄读DL/T645规约的电能表，则进行步骤12。
步骤12：当NB-IoT通信模块抄读的是DL/T645规约电能表时，需要将DL/T698.45规约解析成DL/T645规约的电能表数据帧，通过串口传输给电能表。
步骤13：NB-IoT通信模块处理电能表返回的数据，组帧成DL/T698.45规约后进行步骤14。
步骤14：NB-IoT通信模块按照DL/T698.45规约(即上述设定规约)通过NB-IoT通信信道回复数据至主站。
本发明的通信方法为适用某一种规约的电能表设置了相应的规约标志，在需要抄读电能表的数据时，通过读取电能表中已经设置好的规约标志，进而判别电能表的适用规约是否是设定规约，若是设定规约，则根据设定规约读取电能表数据并上传，若不是设定规约，则需要对适用规约的电能表数据进行处理，组帧成设定规约的电能表数据再上传，从而实现同时抄读至少两种通信协议的电能表数据，保证适用任一规约的电能表数据均能够抄读成功，提高了抄读工作效率。
通信模块实施例：
本实施例提出了一种NB-IoT通信模块，如图2所示，包括：中央处理器(即CPU)、NB-IoT模组和用于连接电能表的弱电接口，该弱电接口还用于为电源管理单元提供工作电压DC12V和UART接口，正常工作时，电源管理单元将DC12V降压后提供稳定的DC3.3V为中央处理器提供工作电压。当停电时，有10F/3V的超级电容提供能量给中央处理器提供90s的工作电压，同时掉电检测电路检测到掉电信号给中央处理器，中央处理器检测到掉电后，立即通过NB-IoT模组将停电信息通过天线发送出去，天线用于接收和发送RF信号(射频信号)。
本实施例中的中央处理器，用于通过弱电接口采用一种规约读取电能表通信地址，若读取成功，为该电能表设置规约标志；若读取不成功，采用另一种规约读取电能表通信地址，直到成功读取到电能表通信地址并为该电能表设置规约标志为止。
当需要抄读电能表的数据时，读取电能表的规约标志，当该规约标志所属的规约为设定规约时，按照该设定规约将读取的电能表数据通过NB-IoT模组上传至主站；当该规约标志所属的规约不为设定规约时，按照该规约标志所属的规约读取电能表数据，并将该电能表数据进行处理，组帧成设定规约的电能表数据通过NB-IoT模组上传至主站。具体的通信流程如图1所示，由于该通信流程已经在通信方法实施例中进行了详细描述，这里不再赘述。
上述中央处理器和NB-IoT模组之间通过异步通信接口(UART接口)相连，当有通信发生时，中央处理器的I/O口线驱动指示灯电路，使其中的LED指示灯闪烁，用于指示有通信发生。
本实施例的中央处理器采用瑞莎公司的R7F0C004M2DFB芯片，进行数据的处理，该芯片具有运行速度高、处理能力强、价格低廉等特点。本实施例的NB-IoT模组采用高新兴物联公司的无线通信芯片ME3616，该芯片具有外围电路简单、功耗低、价格低廉等优点。
系统实施例：
本实施例提出一种采用一段式部署的用电信息采集系统，如图3所示，包括：多个单相NB-IoT通信模块，每个单相NB-IoT通信模块安装在智能单相电能表上，用于抄读单相数据；多个三相NB-IoT通信模块，每个三相表NB-IoT通信模块安装在智能三相电能表上，用于抄读三相数据。单相NB-IoT通信模块、三相NB-IoT通信模块均通过NB-IoT通信信道传输到后台主站系统，该后台主站系统包括前置服务器集群和抄表主站，抄表主站包括磁带库、备份服务器、应用服务器和数据库服务器等。
上电后，单相NB-IoT通信模块主动抄读智能单相电能表的通信地址，三相NB-IoT通信模块主动抄读智能三相电能表的通信地址，且均自适应上述通信方法实施例中DL/T698.45和DL/T645通信协议的电能表，通信成功后设置规约标志，并将通信模块自身的地址更改为应答的通信地址，该地址即为数据的目的地址。。
上电后，单相/三相NB-IoT通信模块(统称为NB-IoT通信模块)可接收后台主站系统发送的指令和数据，通过串口传输给智能单相/三相电能表(统称为电能表)，电能表处理后将数据通过串口回传给NB-IoT通信模块，NB-IoT通信模块将抄读的数椐通过NB-IoT通信信道直接传输到后台主站系统(相当于通信方法实施例、通信装置实施例中的主站)，实现用电信息的采集。
当后台主站系统发送数据后，NB-IoT通信模块会根据接收的数据判断是抄读或设置NB-IoT通信模块数据，还是抄读电能表数据，当是抄读或设置NB-IoT通信模块数据时，NB-IoT通信模块直接处理后，通过NB-IoT通信信道直接传输给后台主站系统；当是抄读电能表数据时，NB-IoT通信模块通过弱电接口将抄读指令透传传输给相关的电能表，电能表处理后应答数据给对应的NB-IoT通信模块，NB-IoT通信模块接收完电能表数据后，直接透传传输给后台主站系统。具体的通信流程如图1所示，由于该通信流程已经在通信方法实施例中进行了详细描述，这里不再赘述。
本实施例的单相NB-IoT通信模块的结构如图2所示，自带超级电容，且不可更换，由于该结构在通信模块实施例中进行了详细描述，这里不再赘述。本实施例的三相NB-IoT通信模块的结构与单相NB-IoT通信模块的结构类似，不同之处在于三相NB-IoT通信模块没有超级电容，但是带有可充电电池，方便外部更换。
NB-IoT通信模块正常工作时通过电能表本体提供的12V接口供电，正常掉电后，由超级电容或电池供电，NB-IoT通信模块能够实时监测自身的12V供电管脚，当电能表停电时，12V电源异常，若NB-IoT通信模块判断为电能表停电，CPU将电能表停电信息主动上报给后台主站系统；当电能表没有停电，NB-IoT通信模块被拔出时，为防止误判，CPU增加额外的I/O口线，根据I/O口线电平，识别NB-IoT通信模块的装入状态，防止NB-IoT通信模块从电能表拆下时，NB-IoT通信模块出现停电事件误报的情况发生。
NB-IoT通信模块可通过NB-IoT通信信道，接收后台主站系统下发的文件传输命令，实现远程升级模块程序功能，NB-IoT通信模块通过自身设置的MiniUSB接口，实现通信参数设置、本地升级模块程序。
本实施例的单相/三相NB-IoT通信模块，具有自动获取所属DL/T698和DL/T645通信协议的电能表地址、参数设置及查询、采集电能表数据、停电信息上报、远程升级、指示灯等功能，通过NB-IoT通信信道建立和后台主站系统的数据连接，通信距离远、穿透能力强，大连接，最大可实现4.8万只电能表的抄读，使用方便等特点。
本实施例的用电信息采集系统在进行数据通信时，单相NB-IoT通信模块、三相NB-IoT通信模块能自适应目前的DL/T698.45或DL/T645通信协议的电能表接口波特率、通信地址等，然后按相应的规约进行参数的设置和数据的抄读，解决具有DL/T698.45或DL/T645通信协议的单一电能表的数据通信问题。
本实施例的用电信息采集系统，实现了低压电力用户用电信息汇聚、传输、交互的一段式通信，较好地解决了目前的用电信息采集系统数据抄收不稳定、实时性差的实际问题，提高了系统通信的实时性和可靠性，具有抗干扰能力强、通信距离远、大连接、使用方便等特点，可实现低压电力用户用电信息汇聚、传输、交互的通信，代替本地和远程的通信。
另外，本实施例中的CPU可以采用其他处理器代替，例如微处理器，如ARM等，或是可编程芯片，如FPGA、DSP等。

Claims (9)

1.一种NB-IoT通信模块的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用一种规约读取电能表通信地址，若读取成功，为该电能表设置规约标志；若读取不成功，采用另一种规约读取电能表通信地址，直到成功读取到电能表通信地址并为该电能表设置规约标志为止；
2)当需要抄读电能表的数据时，读取电能表的规约标志，当该规约标志所属的规约为设定规约时，按照该设定规约将读取的电能表数据上传至主站；当该规约标志所属的规约不为设定规约时，按照该规约标志所属的规约读取电能表数据，并将该电能表数据进行处理，组帧成设定规约的电能表数据上传至主站。
2.根据权利要求1所述的NB-IoT通信模块的通信方法，其特征在于，当需要抄读或设置NB-IoT通信模块的参数时，按照所述设定规约进行组帧将抄读参数或设置参数的结果回复主站。
3.根据权利要求1所述的NB-IoT通信模块的通信方法，其特征在于，在读取电能表数据前，当读取的规约标志所属的规约为设定规约时，将抄表指令直接下发至相应电能表；当读取的规约标志所属的规约不为设定规约时，将抄表指令组帧成规约标志所属规约的抄表指令，并下发至相应电能表。
4.一种NB-IoT通信模块，该通信模块包括处理器，处理器分别连接有NB-IoT模组和用于连接电能表的弱电接口，其特征在于，所述处理器用于通过弱电接口采用一种规约读取电能表通信地址，若读取成功，为该电能表设置规约标志；若读取不成功，采用另一种规约读取电能表通信地址，直到成功读取到电能表通信地址并为该电能表设置规约标志为止；
当需要抄读电能表的数据时，读取电能表的规约标志，当该规约标志所属的规约为设定规约时，按照该设定规约将读取的电能表数据通过所述NB-IoT模组上传至主站；当该规约标志所属的规约不为设定规约时，按照该规约标志所属的规约读取电能表数据，并将该电能表数据进行处理，组帧成设定规约的电能表数据通过所述NB-IoT模组上传至主站。
5.根据权利要求4所述的NB-IoT通信模块，其特征在于，当需要抄读或设置NB-IoT通信模块的参数时，所述处理器用于按照所述设定规约进行组帧将抄读参数或设置参数的结果通过所述NB-IoT模组回复至主站。
6.根据权利要求4所述的NB-IoT通信模块，其特征在于，在读取电能表数据前，当读取的规约标志所属的规约为设定规约时，所述处理器用于通过弱电接口将抄表指令直接下发至相应电能表；当读取的规约标志所属的规约不为设定规约时，所述处理器用于通过弱电接口将抄表指令组帧成规约标志所属规约的抄表指令，并下发至相应电能表。
7.一种用电信息采集系统，包括主站和NB-IoT通信模块，该通信模块包括处理器，处理器分别连接有NB-IoT模组和弱电接口，弱电接口用于连接电能表，其特征在于，所述处理器用于通过弱电接口采用一种规约读取电能表通信地址，若读取成功，为该电能表设置规约标志；若读取不成功，采用另一种规约读取电能表通信地址，直到成功读取到电能表通信地址并为该电能表设置规约标志为止；
当需要抄读电能表的数据时，读取电能表的规约标志，当该规约标志所属的规约为设定规约时，按照该设定规约将读取的电能表数据通过所述NB-IoT模组上传至主站；当该规约标志所属的规约不为设定规约时，按照该规约标志所属的规约读取电能表数据，并将该电能表数据进行处理，组帧成设定规约的电能表数据通过所述NB-IoT模组上传至主站。
8.根据权利要求7所述的用电信息采集系统，其特征在于，当需要抄读或设置NB-IoT通信模块的参数时，所述处理器用于按照所述设定规约进行组帧将抄读参数或设置参数的结果通过所述NB-IoT模组回复至主站。
9.根据权利要求7所述的用电信息采集系统，其特征在于，在读取电能表数据前，当读取的规约标志所属的规约为设定规约时，所述处理器用于通过弱电接口将抄表指令直接下发至相应电能表；当读取的规约标志所属的规约不为设定规约时，所述处理器用于通过弱电接口将抄表指令组帧成规约标志所属规约的抄表指令，并下发至相应电能表。
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