CN201378753Y - 电力无线网络区域管理集中器 - Google Patents

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刘珺
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Abstract

本实用新型提供了一种电力无线网络区域管理集中器，包括壳体1和与壳体连接的保险2、天线3、天线10，壳体1中装载有两层电路板，上层电路板17(利用多个压敏电阻做了专门的防雷击设计)用于管理和协调短距离无线网络；下层电路板18拥有一个网络通信模块16和一个GPRS模块11，两种方式任意配置一种用于与远端主站进行双向数据交流。通过低功耗的短距离无线传输模块与小区域内的所有采集器组成一个网状网络，通过多跳传输控制一个区域内的所有采集器的日常工作，并将采集的数据通过远距离传输(GPRS网络或者有线Internet网络)至主站，从而架构一个完整的自动化采集电力数据的系统。

Description

电力无线网络区域管理集中器
技术领域
本实用新型涉及一种电力数据集中器，尤其涉及到无线网络电力数据采集与管理系统的区域管理集中器。
背景技术
电力无线网络集中器受命于管理中心计算机，负责管理中心计算机和采集终端之间的联系，一方面接收来自管理中心计算机的各种操作命令并下传采集终端；另一方面，将采集终端的各种信息回传管理中心计算机，同时还存储所辖表计的数据和有关参数，并具有定时和实时抄收采集终端(或智能表)数据，实时监视采集终端(或智能表)的工作状态等功能。因此其稳定性和安全可靠性往往成为了一个电力数据采集系统能否成功运行的关键因素。目前无线抄表方式大多运用2.4G的高频载波传输，其固有缺陷是传输穿透能力差，不适用于多楼多阻挡的城市环境下的稳定传输，同时其短距离传输的网络协议也多是利用国外通讯模块提供商的内嵌协议栈，其通用协议没有考虑到抄表应用中需要高稳定高安全等一些特殊应用要求，而且不具备真正的核心网络路由协议技术的拥有权，这些都导致了现有的无线抄表系统难以大规模的应用于实际生活。
公知的电力无线网络集中器采用的都是GPRS接入方式，而GRPS作为一种移动公网，其数据上传时会产生一定的阻碍，影响上传速度，从而对电力的实时控制产生影响，因此，这种通用的集中器存在着稳定性和安全性不高的缺陷，并且实时控制性程度不高
实用新型内容
本实用新型目的在于：针对上述不足，本实用新型通过自主研发的网络协议提供一种运行稳定、选择方式多样化的电力无线网络区域管理集中器，通过低功耗的短距离无线传输模块与小区域内的所有采集器组成一个网状网络，通过多跳传输控制一个区域内的所有采集器的日常工作，并将采集的数据通过远距离传输(GPRS网络或者有线Internet网络)至主站，从而架构一个完整的自动化采集电力数据的系统。
为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：一种电力无线网络区域管理集中器，包括壳体(1)和与壳体连接的保险(2)、天线(3)、天线(10)，壳体(1)中装载有两层电路板，上层电路板(17)用于管理和协调短距离无线网络；下层电路板(18)拥有一个网络通信模块(16)和一个GPRS模块(11)。上层电路板(17)装有上微处理器(5)、短距离无线通信模块(4)、电源控制模块(8)、USART通信接口(9)、数据储存器(6)，上微处理器(5)解析命令后通过地址存储器(7)查询到达相应采集器终端的路径，并组成带路由的命令包，通过短距离无线模块(4)将命令包发送至相应采集器终端；下层电路板(18)装有下微处理器(12)、GPRS模块(11)、网络通信模块(16)、外部存储器(15)、地址存储器(14)、数据储存器(13)，下微处理器(12)将统一转换格式后的数据通过GPRS模块(11)或者网络通信模块(16)上传至远端主站。
本实用新型主要工作过程如下：
(1)接受远端主站命令：集中器通过GPRS通信模块11或者网络通信模块16从远端主站获取控制命令并存储至下微处理器12中；下微处理器12根据控制协议通过USART通信模块9将命令传送给上微处理器5；上微处理器5解析命令后再通过地址存储器查询到达相应采集器终端的路径，并组成带路由的命令包，最后通过短距离无线模块4将命令包发送至相应采集器终端
(2)上传采集器终端的电力数据：短距离无线通信模块4接收到辖区内采集器终端上传的数据后验证合法性，同时将数据暂存进片内数据存储器6；上微处理器5将所有数据集中整理并统一格式后通过USART通信接口9传送至下微处理器12中；下微处理器12将数据组包并转化为长距离网络传输规定的格式，然后对数据流进行软件压缩加密处理，最后通过GPRS通信模块11或者网络通信模块16上传数据至远端主站。
(3)在短距离无线网络中的路由功能：邻近的采集终端请求该集中器转发数据包，数据包被暂存进数据存储器6；上微处理器5鉴别该数据包的合法性，通过验证后将数据包路由至下一跳；没有通过权限认证的数据包将被丢弃，事件被记录进数据存储器6。
(4)管理新增采集器的入网功能：新增采集器向集中器发出入网信息，集中器检查采集器的合法性，如果合法，则发信息通知其入网被通过；新增采集器将其邻居节点表上传至集中器的上微处理器5，上微处理器5将表信息传给下微处理器12，下微处理器12审核通过后将信息加入地址存储器14。新增采集器入网成功。
本实用新型的优点：
(1)传输方式多样。下行传输可以在一个区域范围内利用低功耗的短距离无线传输模块将采集器终端数据快速稳定的采集到，上行传输过程中利用了软件压缩加密技术，传输稳定安全。短距离无线通信模块内嵌自主设计的网络协议栈，因而能构建一个更适合电力应用的特殊网络。上行传输方式多样，可以采用GPRS网络、有线Internet网络、专有中长距离的无线网络，方式完全可配置，因此可以广泛适用于多种类型的远端接入模式。区域集中器上下层电路板的微处理器均是采用的性价比极高的ARM核系列产品，因此在成本可控的情况下，其处理性能以及扩展性能比现有的同类产品更优越，更适应多变复杂的电力数据采集系统扩展应用的要求。
(2)降低成本，实现真正意义上的全自动采集与控制。一个区域集中器可以管理255个采集器终端，每个采集器终端可以最多连接32块表计，因此一个集中器可以最多管理255×32＝9160块电表(任何形式的电能表)，从而大大的节省了信息化改造所需的成本。区域集中器下行网络采集到的电力数据可以经有效的加密压缩转换后安全的上传至远端主站软件，而每个主站软件下可以设置多个集中器，这样就可以将一个电力局下所有的电子表(台区总表以及专变、公变表计)用高速传输网络连接起来，构建一个电力数据采集与管理的高速网络平台，真正做到电力数据从下至上的全自动采集与控制。
附图说明：
图1是本实用新型的系统结构图。
图2是本实用新型的一个实施例的电路原理图。
图3是本实用新型的外形图。
图4是本实用新型在一个电力数据采集与管理系统中的工作原理框图
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型做进一步说明。
例一：结合图1，数据存储器6与地址存储器7都是片上存储器，由于上微处理器5采用的是具有ARM7内核的MCU，因此其处理能力要远强于现在常用的单片机系统。下层电路板的核心作用是利用短距离无线通信模块4与其管辖下的采集器终端进行数据交流，并对该短距离无线网络进行协调和管理。
下层电路板中的下微处理器12采用的是具有ARM920T内核的MCU，可以裁剪并装载常用的几种嵌入式操作系统，其主要是用于协调和管理下行的短距离无线网络与上行的中长距离网络，因为有独立的操作系统支持，因此可以定制和扩展相应的外围电路达到扩展功能的目的。外部存储器15主要是记录和掉电保存系统运行的参数。上微处理器5获取数据后传至下微处理器12，下微处理器12将统一转换格式后的数据通过GPRS模块11或者网络通信模块16上传至远端主站。
例二：结合图2，该实施例分为以下六个部分：
1、电源部分。
电源分为两个部分，一个部分是采用专业厂家提供的开关电源，输入：85V～265V，输出：5V/3A，电源内置AC/DC模块，用于电源监控芯片、网络通信模块、USART模块供电；电源输出的电压经过LM1117芯片，输入：5V，输出3.3V/100mA，用于无线通信模块、GPRS模块、上下层主板供电。
另一个部分是电池(圆形纽扣电池)供电，主要是用于掉电时重要数据的完整保存以及系统内部时钟的供电。
2、短距离无线射频模块。
利用专业厂商的无线通信芯片自主研发的无线射频模块，其中控制模块的网络通信协议栈是专门针对电力应用中的特殊环境进行自主设计研发的，并借鉴了WSN的设计思想做了特殊的低功耗处理。射频模块通过公共无线信道，经过多跳路由与其管辖下的各个采集器终端进行通信。
3、上层主板。
上层主板的MCU采用的是ATMEL公司的AT91SAM32，具有32K片内高速FLASH存储器以及16K字节的片内高速SRAM，不仅能减少外扩存储器的成本，而且能够保证程序多次升级而不需更换MCU。高速读写的FLASH能力，10年的数据保存时限，保证了掉电后数据可以稳定长期的保存。32个可编程复用的I/O口可以支持多外设接入，同时微处理器支持的USB2.0高速总线可外接液晶屏、SPI总线用于控制短距离无线通信模块4、USART总线用于与下层主板的下微处理器12进行通信的总线接口。
4、GPRS通信模块
从专业的GPRS模块提供商订购模块，模块用标准的AT命令接口控制，通过5V电源供电，利用移动运营商的无线信道与远端主站通信。
5、网络通信模块
模块是通过ISA总线与具有ARM920T内核的下微处理器通信的，模块选用的是CS8900A-IQZ的芯片，该芯片供电电源为5V/55mA，具有工业级温度范围(-40℃～85℃)，具有片上RAM，AUI端口支持10BASE2、10BASE5、10BASE-F，可以支持全双工操作。
6、下层主板。
下层主板的MCU采用的是具有ARM920T内核的微处理器，3.3V的外部供电，具有16KB ICache/16KB DCache，独立的MMU支持WinCE、EPOC 32、Linux等嵌入式操作系统(本实用新型采用的是自主移植的Linux操作系统)，多种总线(ISA，USB2.0，UART，I2C，SDI等)适应未来任何需要的扩展应用(根据成本定制)的要求。微处理器外接有独立的数据存储器，下层电路板上有专门的电源监控电路(监控随时发生的电压异常变化)，可以在突然掉电的情况下将系统大量的运行参数及时的保存到数据存储器中，以待电压恢复后系统继续正常运行，这就保证了电力数据采集系统需要长时间高负荷运行时的稳定可靠性。
本实施例具有时钟准确对时、查询及设置采集器终端地址、控制采集器实时抄表、控制采集器定时冻结抄表、记录采集器终端理由信息、将采集器组网以及活动状态信息上报远端主站软件、控制采集器实时负控、异常状态记录、设备状态信息发布等功能。
例三：结合图4。图中集中器框图即是表示本实用新型，其下最多管辖255×32＝9160块各式电能表，集中器采集到辖区内的采集器终端的电力数据后进行压缩加密，然后通过远距离传输方式(GPRS网络或者有线Internet网络)将数据上传至主站软件。集中器从GPRS通信模块或者网络通信模块中获取到主站软件的命令后识别命令的合法性，然后从地址存储器中获取相应采集终端的路由信息，最后将带路由的控制命令发往相应的采集器终端，以达到完全自动控制的目的。

Claims (3)

1、一种电力无线网络区域管理集中器，包括壳体(1)和与壳体连接的保险(2)、天线(3)，其特征在于：壳体(1)中装载有两层电路板，上层电路板(17)用于管理和协调短距离无线网络；下层电路板(18)拥有一个网络通信模块(16)和一个GPRS模块(11)。
2、根据权利要求1所述的电力无线网络区域管理集中器，其特征在于：上层电路板(17)装有上微处理器(5)、短距离无线通信模块(4)、电源控制模块(8)、USART通信接口(9)、数据储存器(6)，上微处理器(5)解析命令后通过地址存储器(7)查询到达相应采集器终端的路径，并组成带路由的命令包，通过短距离无线模块(4)将命令包发送至相应采集器终端。
3、根据权利要求1所述的电力无线网络区域管理集中器，其特征在于：下层电路板(18)装有下微处理器(12)、GPRS模块(11)、网络通信模块(16)、外部存储器(15)、地址存储器(14)、数据储存器(13)，下微处理器(12)将统一转换格式后的数据通过GPRS模块(11)或者网络通信模块(16)上传至远端主站。
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