CN113327411A - 一种计量自动化终端通信参数自适应系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种计量自动化终端通信参数自适应系统，将计量自动化终端的通信模块RST引脚与引脚MD‑VDD3.3之间串一个电阻；其中，RST引脚为通信模块复位控制信号，用于控制通信模块的复位；引脚MD‑VDD3.3为逻辑电路电源；同时，将中国移动、中国电信和中国联通三家运营商的通信参数都在计量自动化终端内的存储模块进行置入，当终端识别到通信模块注册的对应网络后，启用相应运营商的通道参数并登录对应主站；还设置网络制式选择模块，网络制式选择模块与通信模块相连，用于计量自动化终端设置通信模块对于网络制式的选择。本发明保证了数据采集的成功率和正确率，降低了人工和时间成本，易于推广应用。
Description
技术领域
本发明属于电网仪器仪表技术领域，具体涉及一种计量自动化终端通信参数自适应系统。
背景技术
近年来，计量自动化终端运用最多的就是采用无线公网作为上行通信方式，与主站进行连接获取数据。随着计量自动化终端通信功能的不断完善和扩展，现有的2G、3G通信已逐步被4G网络取代。但目前各计量自动化终端的生产厂家由于商业利益相互制约，生产出的终端只能配置自己生产的通信模块，针对性极强，导致4G通信模块无法实现互联互通。通过对目前主流生产厂家计量自动化终端通信模块进行测试，从生产厂家对标准的执行状况来分析，有的厂家通信模块上电后会拉低引脚电压，有的厂家AT命令不支持标准格式或者从硬件或软件上做了限制，没有按照协议标准设计，执行相关标准存在较大差异，因此无法实现互联互通，且仅满足一种登陆方式。
加之在实际应用过程中，中国移动、中国电信和中国联通三家运营商的通讯卡业务开卡信息与计量自动化主站、计量自动化终端设置的通信参数不一样。每一台计量自动化终端安装前，都要根据装入终端的通讯卡，由工作人员对应输入主站IP、端口号、APN节点（电信卡还要输入用户名和密码）。由于相关参数设置环节繁琐、设置错误率较高、可控性较差、耗费时间较长，因此这样靠人工手动输入的方式大大拉低了计量自动化终端使用和运维的效率。并且手动输入参数错误时，我们即将面对的风险是系统无法从终端采集抄表数据，影响电量采集和抄表算费，导致电费结算错误，严重影响电力企业的服务质量。因此如何克服现有技术的不足是目前电网仪器仪表技术领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提一种计量自动化终端通信参数自适应系统，通过该系统能实现不同厂家终端通信模块的互联互通和“全网通”、“自适应”功能，同时解决了不同厂家终端通信模块无法实现互联互通和参数设置错误导致终端无法正常登陆主站的难题，保证了数据采集的成功率和正确率，降低了人工和时间成本，易于推广应用，提高了计量自动化终端使用和运维效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种计量自动化终端通信参数自适应系统，包括终端通信模块，具体为：
将计量自动化终端的通信模块RST引脚与引脚MD-VDD3.3之间串一个电阻；其中，RST引脚为通信模块复位控制信号，用于控制通信模块的复位；引脚MD-VDD3.3为逻辑电路电源；
通信模块上电后按照时序启动开机，检测通信模块是否得到逻辑电路电源控制信号响应，当检测结果为否，则返回启动开机步骤；当检测结果为是，则控制通信模块上电至少稳定电源电压100ms后，拉低ON/OFF引脚0.9-1.1s，然后延时15s，之后检测发送AT指令是否超过3次，若是，则返回启动开机步骤；若否，则发送AT指令，之后检测发送AT指令是否得到通信模块开关机控制信号的响应，当是，完成通信模块开机过程；若否，则返回检测发送AT指令是否超过3次步骤；
将中国移动、中国电信和中国联通三家运营商的通信参数都在计量自动化终端内的存储模块进行置入，当终端识别到通信模块注册的对应网络后，启用相应运营商的通道参数并登录对应主站；
设置网络制式选择模块，网络制式选择模块与通信模块相连，用于计量自动化终端设置通信模块对于网络制式的选择。
进一步，优选的是，将计量自动化终端的通信模块RST引脚与引脚MD-VDD3.3之间串一个大小为20k的电阻。
进一步，优选的是，逻辑电路电源参数为3.3V±0.3V，最大电流50mA。
进一步，优选的是，还包括修改通信模块与终端AT指令至兼容被测试终端的指令格式。
进一步，优选的是，通信参数包括主站IP、端口号和APN节点；中国电信的通信参数还包括用户名和密码。
进一步，优选的是，将中国移动、中国电信和中国联通三家运营商的通信参数都在计量自动化终端内的存储模块进行置入，当终端识别到通信模块注册的对应网络后，启用相应运营商的通道参数并登录对应主站；具体的流程为：
检测是否有通信模块，当检测结果为否，则重新进行检测是否有通信模块的步骤；当检测结果为有通信模块，则检测通信模块是否开机，当检测结果为否，则返回至检测是否有通信模块的步骤；当检测结果为开机，则检测是否存在SIM卡，当检测结果为否，则返回至检测是否有通信模块的步骤；当检测结果为存在SIM卡，则检测GSM是否注册，当检测结果为否，则返回至检测是否有通信模块的步骤；当检测结果为是，则通过通信模块检测到的对应通信参数（主站IP、端口号、APN），然后调用相应的通道参数，激活通道并开启服务，通信模块注册到对应的网络服务器，登录对应主站。
进一步，优选的是，网络制式包括4G网络、3G网络、2G网络或自适应；网络制式选择模块选择4G网络、3G网络或2G网络，进行锁定；网络制式选择模块选择自适应后，通信模块按照4G、3G、2G的顺序，选择信号强度最大的网络。
进一步，优选的是，当更换装在计量自动化终端中通讯卡时，若为不同运营商，那么，终端在登录服务器时的主站IP、端口号、APN都不一样，则相应的网络注册信息会发生变化；此时，终端通信模块会在1分钟内重新检测通讯卡信息，并将自动上报网络变化信息至计量自动化终端逻辑电路进行信息识别，并调用相应的通道参数，激活通道并开启服务，登录对应主站。
本发明中拉低ON/OFF引脚1s。通信模块上电后按照时序启动开机，且通信模块复位控制信号（22脚）电压须达到2.4V-3.3V才能保证芯片正常，可见流程图3中“模块上电100ms”，终端本体拉低ON/OFF引脚1s（±10%），目的是将模块启动电源电压稳定100ms后，使控制信号电压达到2.4V-3.3V再执行开机操作。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
目前计量自动化终端多数采用无线公网作为上行通信方式，但由于中国移动、中国电信和中国联通三家运营商的通讯卡业务开卡信息不同，导致终端内需要设置的通信参数也不一样。每一台计量自动化终端拿到现场安装使用前，都要由工作人员根据装入终端的通讯卡对应手动输入主站IP、端口号、APN节点（电信卡还包括用户名和密码）。由于人工设置参数的方式有不确定性与不稳定性，参数一旦设置错误，终端将无法上线，带来通讯中断、数据无法正常抄回的问题，影响电量采集和抄表算费，严重影响电力企业的服务质量。
利用本发明设计方案，可以要求厂家在计量自动化终端出厂前将通信模块按要求设置好并将移动、电信、联通三家运营商的相关参数直接装载入终端。这样出厂的计量自动化终端就可直接带到现场安装，不需要工作人员再次手动输入参数。只需装入通讯卡，终端便会自动识别并匹配相关参数，可以避免参数设置错误带来的终端无法正常采集抄表数据的问题。保证了数据采集的成功率和正确率，降低了运维的人工和时间成本，大大优化了资源的流转，易于推广应用，提高了计量自动化终端使用和运维的效率。
附图说明
图1是计量自动化终端与主站连接关系的系统导图；
图2是调整终端通信模块针脚电路图；
图3是本发明计量自动化终端通信模块上电开机的流程示意图；
图4是本发明计量自动化终端通信模块与终端交互，实现通信模块互联互通和“全网通”、“自适应”功能的流程示意图；
图5是本发明计量自动化终端通信模块“自适应”功能改善后的终端屏显效果图；其中，（a）4G通讯参数配置；（b）电信通道在线情况；（c）联通通道在线情况；d）移动通道在线情况。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，通信模块接口外形几何尺寸的规范化要求是实现不同生产厂家模块互联互通的前提条件，通信模块接口定义需严格按照《Q/CSG11109006-2013终端外形结构规范》里规定的接口定义。规范的技术要求主要从终端通信模块仓和通信模块的长宽高、通信接口的相对位置、模块插拔的方便性、模块与接口单元结合的可靠性、通信模块功能的可扩展性等方面考虑。
在本发明的描述中，需要说明的是，通信模块需严格按照标准的AT指令格式与终端进行通信，不建议增加自定义的AT指令。比如在做终端互联互通测试过程中，发现终端程序部分不符合协议的要求，某些AT命令不支持标准格式（如CIMI：程序每隔一段时间就会对通信参数进行检测，当检测到装入的通信卡发生变化时，逻辑电路会对通信参数反复2至3次确认，并指令修改通信参数，当模块回复912码时，启动复位，而自定义的AT指令不符合终端协议，导致终端不能与主站建立连接）。
本发明为解决计量自动化终端通信模块无法实现互联互通、终端参数设置繁琐的一种模块设计方案，该方案适用于不同厂家的计量自动化终端通信模块，可实现不同厂家终端通信模块的互联互通和“全网通”、“自适应”功能。
注：全网通是指计量自动化终端通讯模块支持移动、联通、电信三家运营商提供的2G、3G、4G制式的专网通讯卡；自适应是指计量自动化终端在处理和分析过程中，根据终端内预置的通信参数，通过终端逻辑电路，自动识别模块内装入的通信卡信息，按照逻辑判断顺序和步骤，获取相应参数进行判别，并自动匹配对应的参数，以取得最佳的处理效果。
需要注意的是，本发明只是对改进部分进行描述，未改进部分按照现有的技术方案进行设计即可。例如，本发明是在现有的通信模块的RST引脚与引脚MD-VDD3.3之间串一个电阻，而对通信模块的其它部分不做改进，其它同理。
一种计量自动化终端通信参数自适应系统，包括终端通信模块，具体为：
将计量自动化终端的通信模块RST引脚与引脚MD-VDD3.3之间串一个电阻；其中，RST引脚为通信模块复位控制信号，用于控制通信模块的复位；引脚MD-VDD3.3为逻辑电路电源；
通信模块上电后按照时序启动开机，检测通信模块是否得到逻辑电路电源控制信号响应，当检测结果为否，则返回启动开机步骤；当检测结果为是，则控制通信模块上电至少稳定电源电压100ms后，拉低ON/OFF引脚0.9-1.1s，然后延时15s，之后检测发送AT指令是否超过3次，若是，则返回启动开机步骤；若否，则发送AT指令，之后检测发送AT指令是否得到通信模块开关机控制信号的响应，当是，完成通信模块开机过程；若否，则返回检测发送AT指令是否超过3次步骤；
将中国移动、中国电信和中国联通三家运营商的通信参数都在计量自动化终端内的存储模块进行置入，当终端识别到通信模块注册的对应网络后，启用相应运营商的通道参数并登录对应主站；
设置网络制式选择模块，网络制式选择模块与通信模块相连，用于计量自动化终端设置通信模块对于网络制式的选择。
优选，将计量自动化终端的通信模块RST引脚与引脚MD-VDD3.3之间串一个大小为20k的电阻。
优选，逻辑电路电源参数为3.3V±0.3V，最大电流50mA。
优选，还包括修改通信模块与终端AT指令至兼容被测试终端的指令格式。
优选，通信参数包括主站IP、端口号和APN节点；中国电信的通信参数还包括用户名和密码。
优选，将中国移动、中国电信和中国联通三家运营商的通信参数都在计量自动化终端内的存储模块进行置入，当终端识别到通信模块注册的对应网络后，启用相应运营商的通道参数并登录对应主站；具体的流程为：
检测是否有通信模块，当检测结果为否，则重新进行检测是否有通信模块的步骤；当检测结果为有通信模块，则检测通信模块是否开机，当检测结果为否，则返回至检测是否有通信模块的步骤；当检测结果为开机，则检测是否存在SIM卡，当检测结果为否，则返回至检测是否有通信模块的步骤；当检测结果为存在SIM卡，则检测GSM是否注册，当检测结果为否，则返回至检测是否有通信模块的步骤；当检测结果为是，则通过通信模块检测到的对应通信参数（主站IP、端口号、APN），然后调用相应的通道参数，激活通道并开启服务，通信模块注册到对应的网络服务器，登录对应主站。
优选，网络制式包括4G网络、3G网络、2G网络或自适应；网络制式选择模块选择4G网络、3G网络或2G网络，进行锁定；网络制式选择模块选择自适应后，通信模块按照4G、3G、2G的顺序，选择信号强度最大的网络。
优选，当更换装在计量自动化终端中通讯卡时，若为不同运营商，那么，终端在登录服务器时的主站IP、端口号、APN都不一样，则相应的网络注册信息会发生变化；此时，终端通信模块会在1分钟内重新检测通讯卡信息，并将自动上报网络变化信息至计量自动化终端逻辑电路进行信息识别，并调用相应的通道参数，激活通道并开启服务，登录对应主站。
应用实例
针对在用的几个主流生产厂家的终端，通过修改终端通信模块接口、针脚定义和程序AT指令，对原终端程序做了升级处理，将终端通信模块更换为测试的通信模块。经过反复测试，均能实现通信模块在不同生产厂家终端上的互联互通和“全网通”、“自适应”功能。
方案为：一是硬件方面：调整终端通信模块针脚；二是流程方面：修改终端通信模块与终端AT指令、优化通信模块开机流程、固化终端与通信模块的交互流程、以及指定终端对网络制式选择模式。
一是硬件方面：
调整终端通信模块针脚：修改测试模块硬件，在模块RST引脚（22脚）与引脚MD-VDD3.3（29脚）之间串一个电阻（R18），连接后自行将RST引脚电平拉高，使RST引脚处于高电平状态，从而使模块启动，电路图可见图2。（注：引脚22-RST为通信模块复位控制信号，用于控制通信模块的复位。引脚29--逻辑电路电源，3.3V±0.3V，最大电流50mA）。
二是流程方面：
1.修改终端通信模块与终端AT指令：修改测试终端程序以兼容被测试终端的指令格式。
2.优化通信模块开机流程：通过终端通讯模块兼容性测试，发现不同生产厂家的终端通信模块兼容性是存在问题的，其中一个终端模块上电后一直将模块的通信模块复位控制信号（22脚）引脚电压拉低，低至1.7V，导致测试模块无法正常开机，通过测试发现正常情况要2.4V-3.3V才能保证芯片电压稳定至维持正常开机状态。因此通信模块上电后按照时序启动开机，至少稳定电源电压100ms后再执行开机操作。终端本体拉低ON/OFF引脚1s（±10%），且通信模块复位控制信号（22脚）电压须达到2.4V-3.3V才能保证芯片正常，流程可见图3。
3.固化终端与通信模块的交互流程：将计量自动化终端通信运营商中国移动、中国电信和中国联通三家运营商的主站IP、端口号、APN节点（电信卡还包括用户名和密码）通信参数都在终端内置入，当终端识别到通信模块注册的对应网络后，自行启用不同运营商的通道参数并登录对应主站，流程可见图4。
4.指定终端对网络制式选择模式：终端可设置通信模块对于网络制式的选择，可锁定模块的4G/3G/2G网络，锁定网络自适应时，模块根据所处环境通信信号强度自行进行网络选择，选择顺序为4G、3G、2G。当网络注册信息发生变化时，要求通信模块在1分钟内自动上报网络的信息变化。
通过对计量自动化终端互联互通和“全网通”、“自适应”功能的完善，统一终端参数设置标准，将中国移动、中国电信和中国联通三家通信运营商的主站IP、端口号、APN节点（电信卡的用户名和密码）进行程序化操作，对之前未能实现“全网通”、“自适应”的测试终端装载重新改进后的4G通信模块，终端均能实现“全网通”、“自适应”功能。终端“自适应”功能改善后效果可见图5。
本发明解决方案已经应用到楚雄供电局局属各单位项目采购技术规范中，对于新采购的计量自动化终端，在出厂前就将移动、联通、电信对应的主站IP、端口号、APN节点（电信卡的用户名和密码）提供给供货商，避免了人工参数设置错误的情况，提升了计量自动化终端数据采集的可靠性和准确性，降低了人工和时间成本。并且取得了一定的经济效益，以一年新采购终端总数8950台，按每台终端参数设置耗时5分钟、人力成本50元/人·小时计算，年累计节支费用约3.71万元（8950台×0.083小时×0.005万元）。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种计量自动化终端通信参数自适应系统，包括终端通信模块，其特征在于：
将计量自动化终端的通信模块RST引脚与引脚MD-VDD3.3之间串一个电阻；其中，RST引脚为通信模块复位控制信号，用于控制通信模块的复位；引脚MD-VDD3.3为逻辑电路电源；
通信模块上电后按照时序启动开机，检测通信模块是否得到逻辑电路电源控制信号响应，当检测结果为否，则返回启动开机步骤；当检测结果为是，则控制通信模块上电至少稳定电源电压100ms后，拉低ON/OFF引脚0.9-1.1s，然后延时15s，之后检测发送AT指令是否超过3次，若是，则返回启动开机步骤；若否，则发送AT指令，之后检测发送AT指令是否得到通信模块开关机控制信号的响应，当是，完成通信模块开机过程；若否，则返回检测发送AT指令是否超过3次步骤；
将中国移动、中国电信和中国联通三家运营商的通信参数都在计量自动化终端内的存储模块进行置入，当终端识别到通信模块注册的对应网络后，启用相应运营商的通道参数并登录对应主站；
设置网络制式选择模块，网络制式选择模块与通信模块相连，用于计量自动化终端设置通信模块对于网络制式的选择。
2.根据权利要求1所述的计量自动化终端通信参数自适应系统，其特征在于，将计量自动化终端的通信模块RST引脚与引脚MD-VDD3.3之间串一个大小为20k的电阻。
3.根据权利要求1所述的计量自动化终端通信参数自适应系统，其特征在于，逻辑电路电源参数为3.3V±0.3V，最大电流50mA。
4.根据权利要求1所述的计量自动化终端通信参数自适应系统，其特征在于，还包括修改通信模块与终端AT指令至兼容被测试终端的指令格式。
5.根据权利要求1所述的计量自动化终端通信参数自适应系统，其特征在于，通信参数包括主站IP、端口号和APN节点；中国电信的通信参数还包括用户名和密码。
6.根据权利要求1所述的计量自动化终端通信参数自适应系统，其特征在于，将中国移动、中国电信和中国联通三家运营商的通信参数都在计量自动化终端内的存储模块进行置入，当终端识别到通信模块注册的对应网络后，启用相应运营商的通道参数并登录对应主站；具体的流程为：
检测是否有通信模块，当检测结果为否，则重新进行检测是否有通信模块的步骤；当检测结果为有通信模块，则检测通信模块是否开机，当检测结果为否，则返回至检测是否有通信模块的步骤；当检测结果为开机，则检测是否存在SIM卡，当检测结果为否，则返回至检测是否有通信模块的步骤；当检测结果为存在SIM卡，则检测GSM是否注册，当检测结果为否，则返回至检测是否有通信模块的步骤；当检测结果为是，则通过通信模块检测到的对应通信参数，然后调用相应的通道参数，激活通道并开启服务，通信模块注册到对应的网络服务器，登录对应主站。
7.根据权利要求1所述的计量自动化终端通信参数自适应系统，其特征在于，网络制式包括4G网络、3G网络、2G网络或自适应；网络制式选择模块选择4G网络、3G网络或2G网络，进行锁定；网络制式选择模块选择自适应后，通信模块按照4G、3G、2G的顺序，选择信号强度最大的网络。
8.根据权利要求7所述的计量自动化终端通信参数自适应系统，其特征在于，当更换装在计量自动化终端中通讯卡时，若为不同运营商，那么，终端在登录服务器时的主站IP、端口号、APN都不一样，则相应的网络注册信息会发生变化；此时，终端通信模块会在1分钟内重新检测通讯卡信息，并将自动上报网络变化信息至计量自动化终端逻辑电路进行信息识别，并调用相应的通道参数，激活通道并开启服务，登录对应主站。
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