CN114189760A - 电能参数远程采集监控系统、方法、终端及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供电能参数远程采集监控系统、方法、终端及介质，实现了电能表远程抄表和监控系统，系统地分析了该电能表的计量算法、软硬件设计和远程监控系统的具体功能。该电表采用双CPU结构对数据进行处理，数据信号处理器(DSP)主要计算电表的功率、电能等数据，电能管理CPU的主要作用是与用户进行人机交互并通过4G通信技术对数据进行传输。远程监控系统主要是将接收到的数据进行存储和分析。该系统能够实时监控电表情况，采用自动抄表的方式大大地减少了人力资源的浪费，提高了数据的准确率。但该系统只能对电表数据进行采集，不能对水表、燃气表等其它表进行数据采集和分析。
Description
技术领域
本发明涉及电能监测技术领域，特别是涉及电能参数远程采集监控系统、方法、终端及介质。
背景技术
电力是人们生活中必不可少的物品，随着科技的发展智能产品增加，人们对电能的需求越来越大。传统的机械表计量和人工抄表方式导致电能的损耗量大，计量精确度低；人工抄表的方式需要浪费大量的人力资源，抄表效率低、错误率高，不利于对数据进行分析。随着物联网和数字化信息技术的发展，传统的机械表计量和人工抄表的方式逐渐被高精度的智能表和自动抄表系统所替代。由于电能表的分布范围广，所以采用远程无线抄表的方式对电能表的数据进行采集，这种方式只需要在有无线网络覆盖的地方就可以进行数据的自动采集，这样既避免了布线所带来的麻烦，也大大节约了经济成本。
为实现对电能表的自动抄表，减少资源浪费、提高工作效率。刘鹍等人提出了一种RS485通信方式，该方法虽然操作简单，便于抄表，但是需要专门布线连接，大范围布线经济需求高，且容易受外界干扰，因此不太实用。Adiono T等人提出了一种依靠ZigBee等无线通信技术的通信方式，该方法虽然能在一定程度上减少布线成本，但是其通信距离短，且功率损耗大，所以不适合远距离的数据通信。陈向群等人采用RFID通信技术实现对电能表数据的采集，该方法虽然提高了人工抄表的效率，但仍需要人工手持RFID读写设备对电表数据进行采集，无法实行电表的自动采集。谭铭钊采用OFDM窄带载波的通信方式，该方法通信方式较为复杂，各厂家之间的电能表不能相互通信，而且低压抄表带来的误差较大。汪超采用GSM、GPRS无线传输技术，虽然能够远距离精准安全传输信息，但该方法需要的硬件环境较高，维护成本高，不利于大范围使用。李佳莹等人采用新型计量溯源的方法对电量进行计量，并通过移动网络进行传输，该方法容易受到温度和电磁的干扰。邹敏采用4G通讯和TCP/IP协议完成对采集到的电量数据的传输，该方法虽然传输效率高距离远，但TCP/IP协议需要大量的IP地址。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供电能参数远程采集监控系统、方法、终端及介质，用于解决现有技术中各种电能监测手段都不够完善的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明的第一方面提供一种电能测量装置，包括：数据采集模块，用于采集用电设备的用电参数；数据处理模块，连接所述数据采集模块；通信模块，连接所述数据处理模块；其中，所述数据处理模块包括由主处理单元和从处理单元所构成的双处理系统；所述从处理单元从所述数据采集模块处接收用电参数，并据以计算电能数据；所述主处理单元将所述从处理单元计算得到的电能数据对外展示和/或通过所述通信模块向外传输。
于本发明的第一方面的一些实施例中，所述电能测量装置还包括：人机交互模块，连接所述数据处理模块中的主处理单元；所述人机交互模块包括显示单元和按键单元；所述显示单元用于显示电能数据；所述按键单元供按压后进行信息交互。
于本发明的第一方面的一些实施例中，所述电能测量装置还包括：数据存储模块，连接所述数据处理模块；所述数据存储模块包括所述从处理单元内的静态随机存取存储器及外挂的串行随机存储器；其中，所述静态随机存取存储器用于存储采集到的用电参数；所述串行随机存储器用于提供掉电保护。
于本发明的第一方面的一些实施例中，所述通信模块包括EC200S-CN模块；所述EC200S-CN模块内置MQTT协议栈；主处理单元通过AT指令对所述EC200S-CN模块进行配置，并采用MQTT协议连接到云服务器；在所述EC200S-CN模块与云服务器连接成功后，将数据以JSON格式进行打包并上传至云服务器，所述云服务器对接收到的数据进行解析并存入数据库中。
于本发明的第一方面的一些实施例中，所述从处理单元计算电能数据的过程包括：采样一个周期内若干个采样点的瞬时电压和瞬时电流，据以计算所述采样点所对应的瞬时功率；按照计算所得的所述瞬时功率的正、负分别累加得到对应的正累加和与负累加和，以计算得到一个周期内的有功功率和无功功率；根据计算所得的一个周期内的有功功率和无功功率，计算功率因数和单个周期波内的电能。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明的第二方面提供一种电能参数远程采集监控系统，包括：设备层，包括集中器、采集器及电能测量装置；其中，所述采集器连接若干个电能测量装置，所述集中器连接若干个采集器；传输层，包括通信模块和通信基站；应用层，包括远程监控系统和数据库；其中，所述电能测量装置连接并采集待测对象的用电参数，据以计算对应的电能数据，将电能数据传输至采集器，并由所述采集器传输至集中器；所述集中器将电能数据传输至传输层，通过通信模块和通信基站再传输至应用层；应用层中的数据库用以存储电能数据，所述远程监控系统用以对电能数据进行处理和分析。
于本发明的第二方面的一些实施例中，所述远程监控系统用于执行如下任一种或多种远程任务：任务1)对电能数据进行处理与分析，包括电量分析和/或付费率计费分析；任务2)根据电能数据计算输入输出电量、线损率，并将用电量图示化；任务3)在更改费率或用户欠费时，对电能测量装置进行远程升级并控制其停止供电；任务4)在发生用电异常情况时发出警报信息；任务5)集中管理电能测量装置，管理方式包括增加、删除或修改。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明的第三方面提供一种电能参数远程采集监控方法，应用于电能测量装置，包括：采集用电设备的用电参数；根据所述用电参数计算相应的电能数据；将所述电能数据对外展示和/或向外传输；其中，所述电能数据的计算过程包括：采样一个周期内若干个采样点的瞬时电压和瞬时电流，据以计算所述采样点所对应的瞬时功率；按照计算所得的所述瞬时功率的正、负分别累加得到对应的正累加和与负累加和，以计算得到一个周期内的有功功率和无功功率；根据计算所得的一个周期内的有功功率和无功功率，计算功率因数和单个周期波内的电能。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明的第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述电能参数远程采集监控方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明的第四方面提供一种电子终端，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行所述电能参数远程采集监控方法。
如上所述，本发明的电能参数远程采集监控系统、方法、终端及介质，具有以下有益效果：本发明提供的智能电能表，实现了电能表远程抄表和监控系统，系统地分析了该电能表的计量算法、软硬件设计和远程监控系统的具体功能。该电表采用双CPU结构对数据进行处理，数据信号处理器(DSP)主要对计算电表的功率、电能等数据，电能管理CPU的主要作用是与用户进行人机交互并通过4G通信技术对数据进行传输。远程监控系统主要是将接收到的数据进行存储和分析。该系统能够实时监控电表情况，采用自动抄表的方式大大地减少了人力资源的浪费，提高了数据的准确率。但该系统只能对电表数据进行采集，不能对水表、燃气表等其它表进行数据采集和分析。
附图说明
图1显示为本发明一实施例中电能参数远程采集监控系统的结构示意图。
图2显示为本发明一实施例中电能测量装置的硬件结构示意图。
图3显示为本发明一实施例中采样模数转换芯片AD7386的电路结构示意图。
图4显示为本发明一实施例中电能测量装置的数据处理模块的电路结构示意图。
图5显示为本发明一实施例中电能参数远程采集监控系统的软件架构图。
图6显示为本发明一实施例中电能参数远程采集监控方法的流程示意图。
图7显示为本发明一实施例中电子终端的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本发明的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本发明的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本发明的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本发明。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
为了解决上述背景技术中的问题，本发明提出基于4G模块和DSP技术的电能参数远程采集监控系统方案，采用4G无线通信的方式配合A/D采样技术，实现电能数据的实时采集。本发明具有数据准确率高、传输距离远、低功耗等优点，只需在有4G信号的地方都可以进行数据传输。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附图，对本发明实施例中的技术方案的进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
如图1所示，展示了本发明在一实施例中的电能参数远程采集监控系统的结构示意图。本实施例中的电能参数远程采集监控系统包括应用层、传输层和设备层，所述设备层连接所述传输层，所述传输层还连接所述应用层。
所述设备层主要包括电能测量装置、数据采集器和集中器，所述采集器连接若干个电能测量装置，所述集中器连接若干个采集器。电能测量装置连接待测对象，将采集到的电流、电压等各类用电参数经过A/D转换为数字信号后，采用DSP技术计算得到所述待测对象所使用的电能，并将电能数据传输至采集器，由采集器传输至集中器，最后通过RS485接口传输至传输层。所述传输层包括蜂窝移动通信模块和基站，用于将待测对象的电能数据传输至应用层。其中，所述蜂窝移动通信模块包括但不限于3G/4G/5G通信模块，以4G通信模块为例，4G通信模块接收到待测对象的电能数据后，通过移动互联网基站，将该电能数据传输到应用层。所述应用层包括数据库和远程监控系统，数据库用于存储电能数据，并对数据进行处理和分析。
在一些示例中，所述电能测量装置的硬件结构如图2所示，主要由数据采集模块21、数据处理模块22、人机交互模块23、电源模块24、通信模块25、数据存储模块26等部分组成。下文，将对电能测量装置中的各个模块做进一步的解释说明。
所述数据采集模块21包括A/D采样电路、信号调理电路和模数转换电路，A/D采样电路连接所述信号调理电路，信号调理电路连接所述模数转换电路。A/D采样电路用于采样电压或电流等参数；信号调理模块用于去除噪声信号；模数转换电路用于将模拟信号转换成数字信号。
具体而言，考虑到为求得有功功率和无功功率，在对电流电压采样时必须使用精度高的A/D采样芯片对其进行同步采样。为尽可能减少测量误差，在采样芯片选取时应尽可能满足采样频率自动同步电网频率、A/D转换器的位数尽可能大、基准电压稳定、芯片内部具有一定的滤波和相位补偿功能等条件。有鉴于此，本发明选用4通道、16位高速双路同步采样模数转换芯片AD7386，详细的电路图如图3所示。该芯片的所有通道都能对电流电压进行采样，其吞吐率高达4MSPS。该芯片具有片内时序控制器和集成片内过采样模块，可改善动态范围并在更低宽带下降低噪声，芯片内置2.5V缓冲基准电压源VREF，转换过程和数据采集过程均采用标准输入，可与微处理器或数字信号处理器(DSP)相连接。为保证数据传输的准确性，提高接口的鲁棒性，SPI接口在进行读取操作和写入操作时可采用CRC校验和模式。为更好地减小在采用时引起的量化误差，该芯片可采用分辨率增强模式，当CONFIGURATION1寄存器中的RES位设置为逻辑1，并AD7386处于有效过采样模式时，AD7386的转换结果大小为18位。
信号调理电路包括去耦电容，在电路图设计时使用合适的去耦电容，将REG和REF引脚去耦。通过抗混叠RC滤波器，去除由数字接口所产生噪声的影响，在SDOA和SDOB引脚上串联一个100Ω电阻，以降低AD7386数字接口耦合的噪声。
模数转换电路包括但不限于逐次逼近型模数转换器、积分型模数转换器、并行比较模数转换器等，本实施例不作限定。
如图4所示，展示了本发明中电能测量装置的数据处理模块的电路结构示意图。数据处理模块主要采用主从式的双CPU结构，以电能管理CPU处理器作为主CPU，并以DSP处理器作为从CPU，主CPU与从CPU之间采用SPI进行通信。主从式的双CPU结构利用数字信号处理器(DSP)中集成的硬件乘法累加器和对数据处理速度快的特点实现相关算法的计算，并利用电能管理CPU来完成与云平台进行数据通信、显示控制等功能。在电力系统中电流电压信号经信号采集模块后，将输出的模拟信号经过A/D采样后将模拟量转化为数字量输入DSP处理器中，在DSP处理器中计算出电流电压的平均值、有功功率、无功功率和电能量，电能管理CPU自动采集电能上传到数据库中，并在监控系统中展示。
在一些示例中，从CPU可选用DSP芯片ADSP-BF532，该芯片时钟高达600MHz，具有148K的片上存储器，16位数据总线和20位地址总线接口，SPI、URAT等多个串行接口以及多个32位定时器等功能。DSP处理器能够高效的计算出电流电压有效值、相位差等参数，由此计算出有功功率和功率因素，从而计算出电能。
在一些示例中，主CPU可选用型号为STM32F103ZET6的芯片作为微处理器，该芯片具有32位MCU，具有丰富的I/O口，256K的FLASH存储器，13个通信接口，支持I2C接口、USART接口、SPI接口、CAN接口、USB2.0接口、SDIO接口。它主要负责将用户所用电量展示在显示器上，用户能够通过按键来查看历史用电量以及剩余电量，对DSP处理器计算出的结果进行采集，完成自动抄表，并实现对数据的远程传输等功能。
需说明的是，本实施例采用电能管理芯片STM32F103对电能表显示和键盘部分进行控制。当用户通过按键来查询电能表数据时，主控芯片能够通过按键程序和显示程序完成用户的需求。电能结算程序是对电能表设定固定的电能结算的时间，当电能表到达设定的时间时，电能表将进行跨月结算，结算完成后把上月的数据存储于FM24CL64B芯片内。数据传输程序是主控芯片采用特定的协议将采集到的电能数据通过4G模块传输到远程服务器中，管理人员能够通过远程监控系统分析和查看电能使用情况。
在上述数据处理模块中，作为从CPU的DSP处理器将计算得到的数据通过SPI接口传输给主CPU，主CPU得到电压电流、功率、电量等参数后，通过通信模块将数据远程传送到数据监控中心。在本实施例中，优选采用4G通信模块进行远程传输，例如选用型号为EC200S-CN的4G通信模块作为远程通信的主控芯片，该芯片的最大传输速率为10Mbps，集成多个工业标准接口如SIM接口、NETLIGHT接口、SDIO接口等，内置丰富的网络协议，如TCP、UDP、FTP、HTTP、MQTT等协议，采用AT指令与主CPU进行通信。
数据通信的软件流程如下：首先初始化主控芯片，由于EC200S-CN模块中内置有MQTT协议栈，主控芯片可通过AT指令对EC200S-CN模块进行配置，采用MQTT协议连接到云服务器。该协议为低带宽和不稳定的网络环境中的物联网设备提供可靠的网络服务，有非常完善的QoS机制，同时支持TLS(TCP+SSL)协议，由于所有的数据都经过云端，安全性较高。当EC200S-CN模块与阿里云服务器连接成功时，将数据以JSON数据格式的形式进行打包，然后自动上传到服务器中，当服务器接收到数据后对数据进行解析并将数据存入MySQL数据库中。
数据存储模块26包括作为从CPU的DSP处理器内部的SRAM存储器，用于存储电能运算过程中所阐述的临时数据，例如：采样电流电压、有功功率、无功功率等计算数据。数据存储模块26还包括非串行随机非易失存储器，用于为各项数据提供掉电保护；可在ADSP-BF532上外挂一个串行随机存取存储器FM24CL64B；FM24CL64B是非易失存储器，内存大小为64Kbit。该芯片与串行EEPROM相似，它提供了151年的可靠数据保留，消除了EEPROM引起的复杂性、开销和系统可靠性问题。与EEPROM不同的是FM24CL64B以总线速度执行写操作，不会产生写入延迟，每个各字节成功传输到器件后，数据会立即写入存储器阵列，支持100万亿读写周期。数据存储模块的主要作用是保证用电量、脉冲数等重要数据在停电的情况下不会丢失，即为数据存储提供掉电保护。
上文，对电能测量装置的硬件做了详尽的解释；下文，将对电能测量装置的软件也做出相应的说明。
电能表的软件系统主要由电流电压采样与电能量计算、数据采集、数据通信、显示和键盘等子程序组成，其中最主要的子程序是电流电压采样和电能量计算，电能的计算方法如下：
在正弦系统中，当只考虑基波情况下，设定电压u(t)和电流i(t)分别为：
u(t)＝umsin(ωt)；式(1)
i(t)＝imsin(ωt-θ)；式(2)
因此，瞬时功率为：
p＝2UIsin(ωt)sin(ωt-θ)＝P(1-cos2ωt)+Qsin2ωt＝p(t)+q(t)；式(3)
由式(3)可知，瞬时功率分为瞬时有功功率p(t)和瞬时无功功率q(t)。在实际测量中，通过采样得到一个周期内瞬时电压u(t)和电流i(t)，并将瞬时电压和电流离散成256个采样点，计算出各采样点对应的瞬时功率为p(n)＝u(n)i(n)。判断瞬时功率的正负符号，并按其正、负分别累加得到累加和，即∑p+(n)和∑p-(n)；然后根据(3)式可以得出一个周期波内的有功功率与无功功率为：
由此可得出，功率因数和单个周期波内的电能为：
W＝KP△t；式(7)
其中，K是电压、电流互感器比例系数之乘积，即KV*KI。
具体而言，首先对芯片进行初始化，然后在每次电流电压采样中断发生后，DSP处理器从AD采集芯片AD7386中读取电压u(n)、电流i(n)的值，并将电压、电流相乘后，得到瞬时功率p(n)，并通过对瞬时功率的符号进行判断，然后分别将符号相同的数值进行累加得到∑p+(n)﹑∑p-(n)，并存储在DSP处理器ADSP-BF532的内部SRAM中。
当一个周期波内间隔采样完256个点，并得到一周期波内的∑p+(n)和∑p-(n)后。利用公式(4)和公式(5)可以得到一个周期波内的有功功率P和无功功率Q，并把DSP处理器内部SRAM中的∑p+(n)和∑p-(n)值清零。再利用(7)式求出这一周期波内所消耗的电能W，把数值存储在DSP处理器的SRAM中，并将处理器SRAM中的有功功率P和无功功率Q清零。通过上述计算就能得到一个周期内用户所消耗的电能量，按照这种不断循环的乘累加与存储可以得到用户所消耗的总电能。
在上述示例中，基于4G通信技术的远程监控系统采用STM32F103系列嵌入式系统对电能表节点数据进行采集，运用4G通信技术使得抄表系统能够实现无线采集。采用云平台以及客户端等方式对采集到的电力数据进行可视化呈现，并对电能使用过程中出现的问题进行实时监控，最终实现一个实时、高效的物联网电能表监控系统。
在一些示例中，应用层中的远程监控系统的主要功能如下：第一，监控中心定时对电能表进行数据采集与存储，并能够对指定数据进行分析，如用电量分析、付费率计费分析等；第二，通过计算能够迅速得到输入输出电量、线损率等，并将用电量用柱状图显示出来，能够及时的监控电表计量的异常情况；第三，当需要更改费率或者用户欠费时，管理人员通过监控中心能够对电表系统进行远程控制，例如远程升级和控制电表停止供电；第四，当发现偷电、漏电等情况时，能够及时的发出警报信号，并发信息通知电网管理人员及时处理；第五，能够对电表进行集中管理，如实现电表的增加、删除、修改等功能。具体系统软件架构如图5所示。
云平台作为该系统的信息枢纽，将硬件设备层与应用层连接起来，具有承上启下的作用。以阿里云平台作为系统的展示和管理平台为例，使得开发更方便、高效，该平台具有丰富的API接口，支持MQTT协议、HTTP协议等通信协议。远程监控端采用B/S架构进行数据交互，该架构可以直接放在广域网上，通过一定的权限控制实现多个客户访问，交互性强等优点。监控系统采用Spring Boot框架进行搭建，前端采用Thymeleaf作为模板引擎，采用JavaScript编程语言对数据进行可视化分析和网页界面的设计。后端由Spring MVC、Sping和MyBatis组成的SSM框架搭建，利用Java编程语言实现对数据的分析与交互，并通过Ajax技术实现前后端数据的实时交互，使得网页能够实时更新。云计算采用阿里云ECS(ElasticCompute Service)服务器，该服务器性能稳定可靠，实现计算资源的弹性伸缩。采用IDEA2020编程软件编写Java项目并将编译好的项目打包部署到Tomcat服务器上。用户能够通过浏览器访问监控系统，监控界面主要包括用户的登录与注册、电能表的监控与报警、电量和电费的查询、后台管理等功能。
如图6所示，展示了本发明一实施例中电能参数远程采集监控方法的流程示意图。本实施例的电能参数远程采集监控方法应用于上文中的电能测量装置，所述方法主要包括如下各步骤。
步骤S61：采集用电设备的用电参数。
步骤S62：根据所述用电参数计算相应的电能数据。
步骤S63：将所述电能数据对外展示和/或向外传输。
其中，采样一个周期内若干个采样点的瞬时电压和瞬时电流，据以计算所述采样点所对应的瞬时功率；按照计算所得的所述瞬时功率的正、负分别累加得到对应的正累加和与负累加和，以计算得到一个周期内的有功功率和无功功率；根据计算所得的一个周期内的有功功率和无功功率，计算功率因数和单个周期波内的电能。
需说明的是，因本实施例的电能参数远程采集监控方法的实施过程及原理与上文的类似，因此不再赘述。
如图7所示，展示了本发明在一实施例中的电子终端的结构示意图。本实例提供的电子终端，包括：处理器71、存储器72、通信器73；存储器72通过系统总线与处理器71和通信器73连接并完成相互间的通信，存储器72用于存储计算机程序，通信器73用于和其他设备进行通信，处理器71用于运行计算机程序，使电子终端执行如上电能参数远程采集监控方法的各个步骤。
上述提到的系统总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称EISA)总线等。该系统总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。通信接口用于实现数据库访问装置与其他设备(例如客户端、读写库和只读库)之间的通信。存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述电能参数远程采集监控方法。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
于本发明提供的实施例中，所述计算机可读写存储介质可以包括只读存储器、随机存取存储器、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁存储设备、闪存、U盘、移动硬盘、或者能够用于存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机进行存取的任何其它介质。另外，任何连接都可以适当地称为计算机可读介质。例如，如果指令是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字订户线(DSL)或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术，从网站、服务器或其它远程源发送的，则所述同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术包括在所述介质的定义中。然而，应当理解的是，计算机可读写存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或者其它暂时性介质，而是旨在针对于非暂时性、有形的存储介质。如申请中所使用的磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中，磁盘通常磁性地复制数据，而光盘则用激光来光学地复制数据。
综上所述，本发明提供电能参数远程采集监控系统、方法、终端及介质，实现了电能表远程抄表和监控系统，系统地分析了该电能表的计量算法、软硬件设计和远程监控系统的具体功能。该电表采用双CPU结构对数据进行处理，数据信号处理器(DSP)主要对计算电表的功率、电能等数据，电能管理CPU的主要作用是与用户进行人机交互并通过4G通信技术对数据进行传输。远程监控系统主要是将接收到的数据进行存储和分析。该系统能够实时监控电表情况，采用自动抄表的方式大大地减少了人力资源的浪费，提高了数据的准确率。但该系统只能对电表数据进行采集，不能对水表、燃气表等其它表进行数据采集和分析。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种电能测量装置，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于采集用电设备的用电参数；
数据处理模块，连接所述数据采集模块；
通信模块，连接所述数据处理模块；
其中，所述数据处理模块包括由主处理单元和从处理单元所构成的双处理系统；所述从处理单元从所述数据采集模块处接收用电参数，并据以计算电能数据；所述主处理单元将所述从处理单元计算得到的电能数据对外展示和/或通过所述通信模块向外传输。
2.根据权利要求1所述的电能测量装置，其特征在于，所述电能测量装置还包括：
人机交互模块，连接所述数据处理模块中的主处理单元；所述人机交互模块包括显示单元和按键单元；所述显示单元用于显示电能数据；所述按键单元供按压后进行信息交互。
3.根据权利要求1所述的电能测量装置，其特征在于，所述电能测量装置还包括：
数据存储模块，连接所述数据处理模块；所述数据存储模块包括所述从处理单元内的静态随机存取存储器及外挂的串行随机存储器；其中，所述静态随机存取存储器用于存储采集到的用电参数；所述串行随机存储器用于提供掉电保护。
4.根据权利要求1所述的电能测量装置，其特征在于，所述通信模块包括EC200S-CN模块；所述EC200S-CN模块内置MQTT协议栈；主处理单元通过AT指令对所述EC200S-CN模块进行配置，并采用MQTT协议连接到云服务器；在所述EC200S-CN模块与云服务器连接成功后，将数据以JSON格式进行打包并上传至云服务器，所述云服务器对接收到的数据进行解析并存入数据库中。
5.根据权利要求1所述的电能测量装置，其特征在于，所述从处理单元计算电能数据的过程包括：
采样一个周期内若干个采样点的瞬时电压和瞬时电流，据以计算所述采样点所对应的瞬时功率；
按照计算所得的所述瞬时功率的正、负分别累加得到对应的正累加和与负累加和，以计算得到一个周期内的有功功率和无功功率；
根据计算所得的一个周期内的有功功率和无功功率，计算功率因数和单个周期波内的电能。
6.一种电能参数远程采集监控系统，其特征在于，包括：
设备层，包括集中器、采集器及权利要求1～5中任一项所述的电能测量装置；其中，所述采集器连接若干个电能测量装置，所述集中器连接若干个采集器；
传输层，包括通信模块和通信基站；
应用层，包括远程监控系统和数据库；
其中，所述电能测量装置连接并采集待测对象的用电参数，据以计算对应的电能数据，将电能数据传输至采集器，并由所述采集器传输至集中器；所述集中器将电能数据传输至传输层，通过通信模块和通信基站再传输至应用层；应用层中的数据库用以存储电能数据，所述远程监控系统用以对电能数据进行处理和分析。
7.根据权利要求6所述的电能参数远程采集监控系统，其特征在于，所述远程监控系统用于执行如下任一种或多种远程任务：
任务1)对电能数据进行处理与分析，包括电量分析和/或付费率计费分析；
任务2)根据电能数据计算输入输出电量、线损率，并将用电量图示化；
任务3)在更改费率或用户欠费时，对电能测量装置进行远程升级并控制其停止供电；
任务4)在发生用电异常情况时发出警报信息；
任务5)集中管理电能测量装置，管理方式包括增加、删除或修改。
8.一种电能参数远程采集监控方法，其特征在于，应用于电能测量装置，所述方法包括：
采集用电设备的用电参数；
根据所述用电参数计算相应的电能数据；
将所述电能数据对外展示和/或向外传输；
其中，所述电能数据的计算过程包括：采样一个周期内若干个采样点的瞬时电压和瞬时电流，据以计算所述采样点所对应的瞬时功率；按照计算所得的所述瞬时功率的正、负分别累加得到对应的正累加和与负累加和，以计算得到一个周期内的有功功率和无功功率；根据计算所得的一个周期内的有功功率和无功功率，计算功率因数和单个周期波内的电能。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求8所述的电能参数远程采集监控方法。
10.一种电子终端，其特征在于，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行如权利要求8所述的电能参数远程采集监控方法。
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