CN113866499A - 一种支持北斗短报文通信的电能表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通讯技术领域，且公开了一种支持北斗短报文通信的电能表，包括智能电表终端，智能电表终端通过北斗卫星与中心主站通讯，中心主站包括相互连通的北斗用户终端和数据中心，智能电表终端包括智能电表和北斗通讯板卡，智能电表内包括控制单元、三相电能计量芯片和电源管理模块，控制单元与三相电能计量芯片直接通过接口相互连通，控制单元通过RS232与北斗通信板卡传递通讯信息。本发明中的北斗短报文通信具有安全性高，不受距离限制，也不依赖于地面网络的建设等优点，电能表采用北斗短报文通信技术进行数据远传，可以低成本高可靠地解决移动通信盲区，如偏远山区、大草原等地区的用电信息数据远传问题。

Description

一种支持北斗短报文通信的电能表

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，具体为一种支持北斗短报文通信的电能表。

背景技术

“北斗卫星导航系统”是我国自主研发的卫星系统，拥有完全的自主知识产权，能够提供定位导航、授时、短报文通信三大功能。短报文通信功能是我国北斗卫星导航系统的一大特色，具有安全性高，全天候，不受距离限制，不受公网信号、灾害天气等的限制，也不依赖于地面网络的建设等特点，它为无线通信系统提供了除移动网络之外的另一个安全可靠的信道。

现有电能表的数据传输方式基本采用：1、RS485串口，有线方式；2、电力线载波方式；3、移动网络4G通信。通过RS485串口有线方式，数据要实现远传，需要通过串口线连接第三方远传终端，增加使用成本和维护成本；通过电力线载波方式。因为配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送，传输距离受限；通过移动网络4G通信。移动网络4G通信依赖基站的建设，因此很多山区和大草原成为了移动通信的盲区，电能表无法通过移动网络进行数据传输。基于上述问题，提出了一种支持北斗短报文通信的电能表。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种支持北斗短报文通信的电能表，具备远程通讯，通讯质量奥，且使用和维护成本低等优点，解决了移动通信盲区的电力用户用电信息数据的远距离传输的问题。

(二)技术方案

为实现移动通信盲区电力用户用电信息数据的远距离传输的目的，本发明提供如下技术方案：一种支持北斗短报文通信的电能表，包括智能电表终端，所述智能电表终端通过北斗卫星与中心主站通讯，中心主站包括相互连通的北斗用户终端和数据中心，智能电表终端包括智能电表和北斗通讯板卡，智能电表内包括控制单元、三相电能计量芯片和电源管理模块，控制单元与三相电能计量芯片直接通过接口相互连通，所述控制单元通过RS232与北斗通信板卡传递通讯信息，过程中将电量数据转换成北斗短报文数，并通过北斗卫星将北斗短报文数传递至北斗用户终端，数据中心将北斗短报文数据转换成电量数据，并统一管理，控制单元的输入端连接有键盘、时钟芯片和备用电池输出端相连，并通过I2C总线与FM24C16相连通，控制单元的输入端连接有液晶显示器，所述三相电能计量芯片的输入端与三相电压互感器和三相电流互感器的输出端相连，所述电流管理模块包用于对电流电压的分配。

优选的，所述控制单元为MSP430F149单片机，三相电能计量芯片为低功耗计量芯片MAXQ3180。

优选的，所述北斗通讯板卡为RDl20—2W型板卡，板卡提供SIM卡接口，外接SIM卡卡座。

优选的，所述电流管理模块的供电电路包括变压、整流电路、滤波电路、两个开关型降压稳压器，两个开关型降压稳压器分别为LM2576—5V和LM1117—3.3V。

优选的，所述电流管理模块采用变压器加开关型稳压器的结构，北斗通信板卡RDl20—2W在发射时电流会达到1.8A，选择最大输出电流为3A的开关型降压稳压器LM2576—5V，得到+5V的输出电压供RDl20—2W板卡使用，开关型降压稳压器LM1117—3.3V其输出的3.3V电压供控制单元与三相电能计量芯片使用。

优选的，所述控制单元与三相电能计量芯片为主程序，24h内若接收到申请后，通过北斗通讯板卡发送数据，若没有申请则判断电能值大于0.01KWh，若大于则存入FM24C16中，若不大于，则判断是否有按键，若有责处理按键，若没有则读取电量参数，并轮流显示，并在显示后重复上述流程。

优选的，所述电量参数包括电能、功率、电压、电流。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种支持北斗短报文通信的电能表，具备以下有益效果：

1、本发明中的北斗短报文通信具有安全性高，不受距离限制，也不依赖于地面网络的建设等优点，电能表采用北斗短报文通信技术进行数据远传，可以低成本高可靠地解决移动通信盲区，如偏远山区、大草原等地区的用电信息数据远传问题。

2、本发明中，通过主程序与硬件相配合，能够完成对电能、功率、电压、电流三个电量参数的测量与记录。

3、本发明中，电流管理模块的供电电路可以提供3.3V和5V两种电压，满足电报中不同零部件的供电需要，且通过滤波电路可以降低由开关稳压器产生的谐波噪声，从而避免对三相电能计量芯片测量精度产生影响，保证测量的准确度。

附图说明

图1为本发明提出的一种支持北斗短报文通信的电能表的通讯原理图结构示意图；

图2为本发明提出的一种支持北斗短报文通信的电能表中智能电表终端的系统框图；

图3为本发明提出的一种支持北斗短报文通信的电能表中电源管理模块的供电电路图；

图4为本发明提出的一种支持北斗短报文通信的电能表的北斗通讯板卡硬件电路图；

图5为本发明提出的一种支持北斗短报文通信的电能表的主程序流程图；

图6为本发明提出的一种支持北斗短报文通信的电能表的北斗通信流程图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做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。

请参阅图1-4，一种支持北斗短报文通信的电能表，包括智能电表终端，所述智能电表终端通过北斗卫星与中心主站通讯，中心主站包括相互连通的北斗用户终端和数据中心，智能电表终端包括智能电表和北斗通讯板卡，智能电表内包括控制单元、三相电能计量芯片和电源管理模块，控制单元为MSP430F149单片机，三相电能计量芯片为低功耗计量芯片MAXQ3180，控制单元与三相电能计量芯片直接通过接口相互连通，所述控制单元通过RS232与北斗通信板卡传递通讯信息，过程中将电量数据转换成北斗短报文数，并通过北斗卫星将北斗短报文数传递至北斗用户终端，数据中心将北斗短报文数据转换成电量数据，并统一管理，控制单元的输入端连接有键盘、时钟芯片和备用电池输出端相连，并通过I2C总线与FM24C16相连通，控制单元的输入端连接有液晶显示器，所述三相电能计量芯片的输入端与三相电压互感器和三相电流互感器的输出端相连，所述电流管理模块包用于对电流电压的分配。

参照图4，北斗通讯板卡为RDl20—2W型板卡，板卡提供SIM卡接口，外接SIM卡卡座；支持北斗RDSS的结构模块，模块内部集成了LNA、PA、变频单元(RFIC)、基带处理单元(BBIC)、RS232串口和蓝牙模块，可完整实现RDSS定位、北斗短报文功能。短报文通信一般每次通信最大容量为120个汉字，板卡提供RS232串行输入输出接口，需要电平转换才能与MSP430串口相连，默认波特率为115200b/s；板卡内置LNA，接收信号频率为S波段，实现对天线接收到的信号进行低噪声放大，采用北斗无源收发天线即可。

参照图3，电流管理模块的供电电路包括变压、整流电路、滤波电路、两个开关型降压稳压器，两个开关型降压稳压器分别为LM2576—5V和LM1117—3.3V，电流管理模块采用变压器加开关型稳压器的结构，北斗通信板卡RDl20—2W在发射时电流会达到1.8A，选择最大输出电流为3A的开关型降压稳压器LM2576—5V，得到+5V的输出电压供RDl20—2W板卡使用，开关型降压稳压器LM1117—3.3V其输出的3.3V电压供控制单元与三相电能计量芯片使用；与线性稳压器相比较，开关型降压稳压器分别为LM2576—5V以完全导通或关断的方式工作，具有功耗低，散热少，平均工作效率可达70％～90％的优点，但开关型稳压器产生的谐波噪声会降低计量芯片测量精度，因此需要对计量芯片供电模拟电源和地线进行滤波。

参照图5，控制单元与三相电能计量芯片为主程序，24h内若接收到申请后，通过北斗通讯板卡发送数据，若没有申请则判断电能值大于0.01KWh，若大于则存入FM24C16中，若不大于，则判断是否有按键，若有责处理按键，若没有则读取电量参数，并轮流显示，并在显示后重复上述流程，电量参数包括电能、功率、电压、电流。

本发明中的北斗通信板卡遵守北斗通信规约，在原报文基础上增加北斗传输短报文信息，将采集数据拆解分段组包，发往北斗卫星，北斗卫星根据数据包内地址完成数据传输，主站北斗通信管理机接收卫星传输报文，按照其内置的信息.包括分包的序号、现场北斗卡卡号、北斗主站卡号等分段等信息进行复原拼接后(即解析)，以无线公网的形式将数据转存至主站前置服务器，前置机不需要再对数据进行特别的解析；

系统上电时，首先检测IC卡是否已安装，北斗通讯板卡RDl20—2W首次捕获时间为2s，选择延时5s发送一条确认短信，5s是由于民用北斗卫星SIM卡最快发送频率为30s，在信息发送失败时，延时2min重新发送，再次失败后将数据存入存储器，由于发射功率达到2W，为了降低功耗，采用每24h主动发送和有申请时被动发送的模式，北斗通信程序流程图见图6。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种支持北斗短报文通信的电能表，包括智能电表终端，其特征在于：所述智能电表终端通过北斗卫星与中心主站通讯，中心主站包括相互连通的北斗用户终端和数据中心，智能电表终端包括智能电表和北斗通讯板卡，智能电表内包括控制单元、三相电能计量芯片和电源管理模块，控制单元与三相电能计量芯片直接通过接口相互连通，所述控制单元通过RS232与北斗通信板卡传递通讯信息，过程中将电量数据转换成北斗短报文数，并通过北斗卫星将北斗短报文数传递至北斗用户终端，数据中心将北斗短报文数据转换成电量数据，并统一管理，控制单元的输入端连接有键盘、时钟芯片和备用电池输出端相连，并通过I2C总线与FM24C16相连通，控制单元的输入端连接有液晶显示器，所述三相电能计量芯片的输入端与三相电压互感器和三相电流互感器的输出端相连，所述电流管理模块包用于对电流电压的分配。

2.根据权利要求1所述的一种支持北斗短报文通信的电能表，其特征在于：所述控制单元为MSP430F149单片机，三相电能计量芯片为低功耗计量芯片MAXQ3180。

3.根据权利要求1所述的一种支持北斗短报文通信的电能表，其特征在于：所述北斗通讯板卡为RDl20—2W型板卡，板卡提供SIM卡接口，外接SIM卡卡座。

4.根据权利要求1所述的一种支持北斗短报文通信的电能表，其特征在于：所述电流管理模块的供电电路包括变压、整流电路、滤波电路、两个开关型降压稳压器，两个开关型降压稳压器分别为LM2576—5V和LM1117—3.3V。

5.根据权利要求4所述的一种支持北斗短报文通信的电能表，其特征在于：所述电流管理模块采用变压器加开关型稳压器的结构，北斗通信板卡RDl20—2W在发射时电流会达到1.8A，选择最大输出电流为3A的开关型降压稳压器LM2576—5V，得到+5V的输出电压供RDl20—2W板卡使用，开关型降压稳压器LM1117—3.3V其输出的3.3V电压供控制单元与三相电能计量芯片使用。

6.根据权利要求1所述的一种支持北斗短报文通信的电能表，其特征在于：所述控制单元与三相电能计量芯片为主程序，24h内若接收到申请后，通过北斗通讯板卡发送数据，若没有申请则判断电能值大于0.01KWh，若大于则存入FM24C16中，若不大于，则判断是否有按键，若有责处理按键，若没有则读取电量参数，并轮流显示，并在显示后重复上述流程。

7.根据权利要求6所述的一种支持北斗短报文通信的电能表，其特征在于：所述电量参数包括电能、功率、电压、电流。

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