CN115190378A - 一种基于wi-sun通信方式的数据采集终端 - Google Patents

一种基于wi-sun通信方式的数据采集终端 Download PDF

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吴义文
甘季伟
钱亮
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陈建强
戴鹏翔
程鑫
王钰
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Abstract

本发明公开了一种基于WI‑SUN通信方式的数据采集终端，涉及采集终端领域。本发明包括电源模块、计量逻辑控制模块、时钟模块、存储模块、加密模块、WI‑SUN通讯模块；数据采集终端通过WI‑SUN通讯协议连接多种采集器子设备；计量逻辑控制模块内部设置有MCU；存储模块通过SPI/I2C接口与MCU连接；加密模块通过7816接口与MCU连接；WI‑SUN通讯模块通过UART接口与MCU连接。本发明通过WI‑SUN通信模块实现该采集终端下所有设备的通讯交互，使用WI‑SUN网状网络协议通信方式采集数据，使得网络中的每个设备都可以与相邻设备通信，讯息可以在网络中的每个节点之间进行长距离的跳转，保证了采集数据的安全性，远距离传输性，以及低功耗性。

Description

一种基于WI-SUN通信方式的数据采集终端
技术领域
本发明属于采集终端领域，特别是涉及一种基于WI-SUN通信方式的数据采集终端，具有WI-SUN通信模块，WI-SUN通讯协议的运用能适应不同的电网环境。
背景技术
在无线射频技术与电力线载波技术出现之后，就有人开始对两种技术相结合的方案进行研究，但是研究并没有得到推广和普及，一是由于早期的研究基础薄弱，研究成效不佳；二是将两种技术相结合开发产品需要较高的成本。随着无线射频技术与电力线载波技术的飞速发展，研究成效日益明显，研发成本大大降低，应用功能越来越齐全，关于无线射频技术与电力线载波技术相结合的研究逐渐成为了业内焦点。
但现有的不足：HPLC通信信道强衰减、信道时变性高、干扰噪声多、通信速率不高、抄读成功率不高，通信效果难以达到应用要求，难以满足目前市场的要求。
为了解决上述问题，本发明提供一种基于WI-SUN通信方式的数据采集终端，采用WI-SUN通信，共享路由，彼此互补。WI-SUN的自组网技术具有网络覆盖率高、结构灵活、可靠性高的特点。现场实施过程中，路由单元首先自动启动网络建立任务，进行周期性侦听，碰撞回避，同步维护，自适应侦听。在网络建立完成后，路由会按照建立的网络结构进行优化处理。当网络出现堵塞和局部失效时，自动启动自适应侦听修复网络。当整个网络出现中心节点移动或更换，网络自动重新构建，从而实现信道的自动切换，改善孤岛现象，大大降低重新查找路由的次数，保持路由的稳定性，提升抄读成功率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于WI-SUN通信方式的数据采集终端，通过WI-SUN通信模块实现该采集终端下所有设备的通讯交互，使用WI-SUN 网状网络协议通信方式采集数据，使得网络中的每个设备都可以与相邻设备通信，讯息可以在网络中的每个节点之间进行长距离的跳转，解决了现有的采集数据安全性不足、成本高、能耗高的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种基于WI-SUN通信方式的数据采集终端，包括电源模块、计量逻辑控制模块、时钟模块、存储模块、加密模块、WI-SUN通讯模块，所述数据采集终端通过WI-SUN通讯协议连接多种采集器子设备；所述计量逻辑控制模块内部设置有MCU；所述存储模块通过SPI/I2C接口与MCU连接；所述加密模块通过7816接口与MCU连接；所述WI-SUN通讯模块通过UART 接口与MCU连接；所述电源模块依次对逻辑控制模块、存储模块、加密模块、WI-SUN通讯模块进行供电。
作为一种优选的技术方案，所述采集器子设备包括但不限于智能电表、集中器、能源控制器、碳采集器、湿度采集器、温度采集器。
作为一种优选的技术方案，所述WI-SUN支持mesh组网，采集器设备支持网络侧自动注册；末端所述采集器D1～D8任何一个节点离网，均可通过彼此间mesh网络或与上级C1～C4间的mesh网络，找到与主站A的连接路径。
作为一种优选的技术方案，单个所述节点离网，则自动寻找最佳路径重新入网；单个所述节点故障，则该节点可自动寻找附近节点入网。
作为一种优选的技术方案，所述采集终端向台区下所有采集器发送带校验码的指令报文；所述采集器收到报文并解析后，执行相应指令并返回带校验码的报文；所述采集器对校验码进行校验后，则可以判定该采集终端下采集器的执行情况。
作为一种优选的技术方案，所述采集器收集的报文带有控制指令；当采集器通过遵循WI-SUN协议获取到报文后，根据报文的格式进行解析。
作为一种优选的技术方案，所述报文传输采用异步传输；所述报文传输帧格式为起始字符、长度L、控制域C、地址域A、链路用户数据、校验码CS和结束字符；
所述长度L包括协议标识和用户数据长度，由2字节组成；
所述控制域C表示报文传输方向和所提供的传输服务类型的信息；
所述地址域A由行政区划码、终端地址、主站地址和组地址标志组成；
所述校验码CS是用户数据区所有字节的八位位组算术和；
所述用户数据区包括控制域、地址域和链路用户数据三部分。
作为一种优选的技术方案，采集器接收到报文，解析出链路用户数据，执行完相应的指令之后，产生一个状态值，将状态值带入返回报文格式中，生成校验码，判断执行指令的状态是否成功；同时通过地址域解析出发送报文的采集器地址，同样通过WI-SUN协议将报文进行返回。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过WI-SUN通信模块实现该采集终端下所有设备的通讯交互，使用WI-SUN网状网络协议通信方式采集数据，使得网络中的每个设备都可以与相邻设备通信，讯息可以在网络中的每个节点之间进行长距离的跳转，保证了采集数据的安全性，远距离传输性，以及低功耗性，而且WI-SUN技术也有利于打造广域大规模物联网。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种基于WI-SUN通信方式的数据采集终端；
图2为实施例一中的拓扑结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种基于WI-SUN通信方式的数据采集终端，包括电源模块、计量逻辑控制模块、时钟模块、存储模块、加密模块、WI-SUN 通讯模块，数据采集终端通过WI-SUN通讯协议连接多种采集器子设备；计量逻辑控制模块内部设置有MCU；存储模块通过SPI/I2C接口与MCU连接；加密模块通过7816接口与MCU连接；WI-SUN通讯模块通过UART接口与MCU 连接；电源模块依次对逻辑控制模块、存储模块、加密模块、WI-SUN通讯模块进行供电。
采集器子设备包括但不限于智能电表、集中器、能源控制器、碳采集器、湿度采集器、温度采集器等等。
WI-SUN支持mesh组网，具备自组网、自修复特性，设备支持网络侧自动注册，采集器设备支持网络侧自动注册；末端采集器D1～D8任何一个节点离网，均可通过彼此间mesh网络或与上级C1～C4间的mesh网络，找到与主站A的连接路径。
单个节点离网，则自动寻找最佳路径重新入网；单个节点故障，则该节点可自动寻找附近节点入网。采集终端向台区下所有采集器发送带校验码的指令报文；采集器收到报文并解析后，执行相应指令并返回带校验码的报文；采集器对校验码进行校验后，则可以判定该采集终端下采集器的执行情况。
采集器收集的报文带有控制指令；当采集器通过遵循WI-SUN协议获取到报文后，根据报文的格式进行解析。报文传输采用异步传输；报文传输帧格式为起始字符、长度L、控制域C、地址域A、链路用户数据、校验码 CS和结束字符；长度L包括协议标识和用户数据长度，由2字节组成；控制域C表示报文传输方向和所提供的传输服务类型的信息；地址域A由行政区划码、终端地址、主站地址和组地址标志组成；校验码CS是用户数据区所有字节的八位位组算术和；用户数据区包括控制域、地址域和链路用户数据三部分。
采集器接收到报文，解析出链路用户数据，执行完相应的指令之后，产生一个状态值，将状态值带入返回报文格式中，生成校验码，判断执行指令的状态是否成功；同时通过地址域解析出发送报文的采集器地址，同样通过WI-SUN协议将报文进行返回。
实施例一
采集终端通过WI-SUN通讯协议连接该台区下所有采集设备，通讯交互。 Wi-SUN支持mesh组网，具备自组网、自修复特性，设备支持网络侧自动注册。单节点离网，自动寻找最佳路径重新入网。单节点故障，该节点可自动寻找附近节点入网。采集终端向台区下所有采集器发送带校验码的指令报文。采集器收到报文并解析后，执行相应指令并返回带校验码的报文。对校验码进行校验后，可判定该采集终端下采集器的执行情况。
如图2所示的拓扑结构中，末端采集器D1～D8任何一个节点离网，均可通过彼此间的mesh网络或与上级C1～C4间的mesh网络，找到与主站A 的连接路径，对于C1～C4节点，也是同样的方式。
采集器本身就是节点，具备数据采集功能，同时其通讯模块可进行 wisun通讯。通过wisun协议进行数据传输，将数据层层传输之后传递到主站，比如D1采集到数据之后，将选择最近的通道(如D1-C1-B1-A)传递到 A上，如果遇到节点信号不好，就会选择其他通道(如B1节点信号不好，可选择D1-C1-C2-C3-B2-A)进行传输。
采集器收集的报文是带有控制指令的，当采集器通过遵循wisun协议获取到报文之后，根据报文的格式进行解析。本发明所述报文采用如下表所示的异步式传输帧格式：
起始字符(68H)
长度L
控制域C
地址域A
链路用户数据
校验码CS
结束字符(16H)
长度L包括协议标识和用户数据长度，由2字节组成；
控制域C表示报文传输方向和所提供的传输服务类型的信息；
地址域A由行政区划码、终端地址、主站地址和组地址标志组成；
校验码CS是用户数据区所有字节的八位位组算术和，不考虑溢出位。用户数据区包括控制域、地址域、链路用户数据(应用层)三部分。
采集器接收到报文，解析出链路用户数据，执行完相应的指令之后，产生一个状态值，这个值带入返回报文格式中，生成校验码，表明执行指令的状态是否成功。同时通过地址域解析出发送报文的采集器地址，同样通过wisun协议将报文进行返回。
加密模块可以通过一定的算法，将报文明文数据进行算法加密，生成密文数据，算法可以采用des加密或者3des加密等。
实施例二
本实施例设计的一种基于WI-SUN通信方式的采集终端，通过WI-SUN 通讯协议连接子设备，即连接4个采集终端。
采集终端通过WI-SUN通讯协议连接该台区下所有4台碳采集器。 Wi-SUN支持mesh组网，具备自组网、自修复特性，设备支持网络侧自动注册。单节点离网，自动寻找最佳路径重新入网。单节点故障，该节点可自动寻找附近节点入网。采集终端向台区下所有采集器发送带校验码的指令报文。采集器收到报文并解析后，执行相应指令并返回带校验码的报文。对校验码进行校验后，可判定该采集终端下采集器的执行情况。
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种基于WI-SUN通信方式的数据采集终端，包括电源模块、计量逻辑控制模块、时钟模块、存储模块、加密模块、WI-SUN通讯模块，其特征在于：
所述数据采集终端通过WI-SUN通讯协议连接多种采集器子设备；
所述计量逻辑控制模块内部设置有MCU；
所述存储模块通过SPI/I2C接口与MCU连接；所述加密模块通过7816接口与MCU连接；所述WI-SUN通讯模块通过UART接口与MCU连接；
所述电源模块依次对逻辑控制模块、存储模块、加密模块、WI-SUN通讯模块进行供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于WI-SUN通信方式的数据采集终端，其特征在于，所述采集器子设备包括但不限于智能电表、集中器、能源控制器、碳采集器、湿度采集器、温度采集器。
3.根据权利要求1所述的一种基于WI-SUN通信方式的数据采集终端，其特征在于，所述WI-SUN支持mesh组网，采集器设备支持网络侧自动注册；末端所述采集器D1～D8任何一个节点离网，均可通过彼此间mesh网络或与上级C1～C4间的mesh网络，找到与主站A的连接路径。
4.根据权利要求4所述的一种基于WI-SUN通信方式的数据采集终端，其特征在于，单个所述节点离网，则自动寻找最佳路径重新入网；单个所述节点故障，则该节点可自动寻找附近节点入网。
5.根据权利要求1所述的一种基于WI-SUN通信方式的数据采集终端，其特征在于，所述采集终端向台区下所有采集器发送带校验码的指令报文；所述采集器收到报文并解析后，执行相应指令并返回带校验码的报文；所述采集器对校验码进行校验后，则可以判定该采集终端下采集器的执行情况。
6.根据权利要求5所述的一种基于WI-SUN通信方式的数据采集终端，其特征在于，所述采集器收集的报文带有控制指令；当采集器通过遵循WI-SUN协议获取到报文后，根据报文的格式进行解析。
7.根据权利要求6所述的一种基于WI-SUN通信方式的数据采集终端，其特征在于，所述报文传输采用异步传输；所述报文传输帧格式为起始字符、长度L、控制域C、地址域A、链路用户数据、校验码CS和结束字符；
所述长度L包括协议标识和用户数据长度，由2字节组成；
所述控制域C表示报文传输方向和所提供的传输服务类型的信息；
所述地址域A由行政区划码、终端地址、主站地址和组地址标志组成；
所述校验码CS是用户数据区所有字节的八位位组算术和；
所述用户数据区包括控制域、地址域和链路用户数据三部分。
8.根据权利要求6所述的一种基于WI-SUN通信方式的数据采集终端，其特征在于，所述采集器接收到报文，解析出链路用户数据，执行完相应的指令之后，产生一个状态值，将状态值带入返回报文格式中，生成校验码，判断执行指令的状态是否成功；同时通过地址域解析出发送报文的采集器地址，同样通过WI-SUN协议将报文进行返回。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115866084A (zh) * 2022-11-23 2023-03-28 安徽南瑞中天电力电子有限公司 一种基于智能物联表的可切换通信方法、通信方法及系统
CN116886730A (zh) * 2023-08-07 2023-10-13 广东龙泉科技有限公司 一种物联网数据采集方法
CN118118820A (zh) * 2024-05-06 2024-05-31 天津哈威克科技有限公司 一种应用wi-sun技术的内燃机车打温用数据监控系统

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