CN201444166U - 基于低功耗短距离无线传输的混合电能表采集器 - Google Patents

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戴辉
刘珺
丁亚伟
郭璞
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

基于低功耗短距离无线传输的混合电能表采集器，包括壳体(1)、保险(2)、天线(11)、脉冲表计接线柱(14)，采集器内装载有上层电路板(10)和下层电路板(9)，上层电路板(10)装有短距离无线通信模块(3)、485通信接口(4)、数据存储器(5)、地址存储器(6)、微处理器(7)、电源控制模块(8)，上层电路板外置天线(11)，上层电路板(10)利用了多个压敏电阻做了专门的防雷击设计。下层电路板(9)装有单片机微处理器(12)和脉冲通信模块(13)，脉冲通信模块(13)用于采集表计脉冲数的。实现了接受抄表命令、接受负控电能表的命令、在短距离无线网络中的路由功能、新增采集器自动加入网络的功能。

Description

基于低功耗短距离无线传输的混合电能表采集器
技术领域
本实用新型涉及无线数据采集器，尤其涉及到一种基于低功耗短距离无线传输的混合电能表采集器，具体地说是一种对数字式电能表和脉冲式电能表皆顾的混合表数据远程采集终端。
背景技术
数据采集器是电力自动抄表系统中的核心设备，具有定时实时采集、数据处理、数据存储以及数据上传等功能。目前在电力自动抄表系统中，采集器主要采用电力载波通讯、图像读取处理、GSM/CDMA方式、GPRS、PSTN、WSN网络等多种方式来实现数据采集和传输功能，但上述方式都存有一定的缺陷：
一、电力载波系统的采集器数据传输速率只能达到600bps，其传输速率太慢，而我国电力用电复杂，电力线负载很不均衡，无法保证长时间稳定可靠传输，因此不适合未来更高实时性的应用，改造后的网络基本只能局限在现有的应用中。况且目前电力载波的方式只能依靠特殊的载波电表支持，因此只能大规模更换已经安装的表计，造成极大的改造浪费。
二、图像处理方式的采集器可以解决一些老式的机械表的抄表问题，但是这种运用图像处理的方法本身并没有经过计量认证，其数据读取的准确可靠性无法得到保证。
三、GSM/CDMA方式、GPRS、PSTN等方式的采集器都是在不多的电表数据采集后就利用公网将数据上传，其运行费用比较高，而且依赖公网的程度比较大，数据安全性无法达到绝对的保证。
四、WSN网络等一些方式的采集器大多运用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，且不具备真正的核心网络路由协议技术的拥有权。
五、现在国内大多数公知的采集器并没有考虑低功耗的设计，设备在长期运行中耗费了更多的电力资源，没有能很好的支持国家节能的设备设计要求。
由于我国城乡小区建设的差异性和复杂性，单纯的数字式电能表采集器或者脉冲式电能表采集器不能满足复杂的电网环境中对电能表采集的需求，特别是一些混合有脉冲式电表以及数字式电表的地方，单存的某一类采集器都不能完全满足要求。
实用新型内容
针对上述缺陷，本实用新型提供一种基于低功耗短距离无线传输的混合电能表采集器，在公知数子式电能表采集器的基础上，增加了对脉冲式电能表数据采集功能。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种基于低功耗短距离无线传输的混合电能表采集器，包括壳体(1)和与壳体连接的保险(2)、天线(11)、脉冲表计接线柱(14)，其特征为：采集器内装载有上层电路板(10)和下层电路板(9)，上层电路板(10)装有短距离无线通信模块(3)、485通信接口(4)、数据存储器(5)、地址存储器(6)、微处理器(7)、电源控制模块(8)，上层电路板外置有天线(11)，上层电路板(10)利用了多个压敏电阻做了专门的防雷击设计。下层电路板(9)装有单片微处理器(12)和脉冲通信模块(13)，脉冲通信模块(13)用于采集表计脉冲数的，由于有专门的单片机系统采集脉冲，因此可以将多个GB规约兼容进单片机系统，掉电时脉冲数据将会自动存入单片机系统的片内FLASH中。这样就保证了供电恢复后继续正常记录相应表计的脉冲数，并实现了接受抄表命令、接受负控电能表的命令、在短距离无线网络中的路由功能、新增采集器自动加入网络的功能。
所述接受抄表命令指：采集终端通过485通信接口(4)将命令中规定需要采集的电子式电能表的数据采集存储至数据存储器(5)中，微处理器(7)将单片微处理器(12)中保存的脉冲表数据读取至数据存储器(5)中，微处理器(7)将当次采集的所有混合电表数据统一格式后组包压缩，压缩后的数据包根据自主设计的网络协议，利用短距离无线通信模块(3)，分包发送至该区域集中器。
所述接受负控电能表的命令指：采集终端通过天线(11)，经过短距离无线通信模块(3)的解包将相应的命令发送给微处理器(7)，微处理器(7)接受命令，再通过485通信接口(4)控制相应的电能表合闸和开闸，并将最近操作的结果记录进数据存储器(5中。
所述在短距离无线网络中的路由功能指：邻近的采集终端请求该采集终端转发数据包，数据包被暂存进数据存储器(5)，微处理器(7)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(5)。
所述新增采集器自动加入网络功能指：新增采集器一开始运行就向最近的区域管理集中器发出申请，请求进入该网络申请被通过后，新增采集器向周围采集器发出已入网通知，并收集邻居采集器信息，新增采集器将邻居采集器信息上传给区域管理集中器报备，并正式入网运行。
本实用新型的有益效果：
1、既能采集数字式电能表数据，又能采集脉冲式电能表数据，功能全面。
2、传输过程中运用软件加密技术，传输稳定安全。
3、设备完全兼容电力部门规定的多个数据采集规约(国标)。
4、一个采集器可以最多管理32块电子式电能表，降低系统信息化改造的成本。
5、采集器具有独立路由功能且通信传输速率高(最大可达200Kbps)。
6、新增采集器自动加入网络。
附图说明
图1是本实用新型的模块结构图。
图2是本实用新型的一个实施例的电路原理图。
图3是本实用新型的外观图。
图例说明：
1、壳体  2、保险  3、短距离无线通信模块  4、485通信接口
5、数据存储器  6、地址存储器  7、微处理器  8、电源控制模块
9、下层电路板  10、上层电路板  11、天线  12、单片机微处理器
13、脉冲通信模块  14、脉冲表计接线柱
具体实施方式
下面结合阳图对本实用新型做进一步详细说明。
例1：数据存储器(5)与地址存储器(6)是片上存储器，上层电路板(10)中的微处理器(7)采用的是具有ARM7内核的MCU，其处理能力要远强于当前应用的单片机系统。本实用新型上层电路板选择的MCU存储容量大，外设接口丰富，可以根据不同地域对成本的不同要求任意的扩展外围电路，从而获得如外接液晶显示屏、外接控制设备等更丰富的功能，外接设备的可定制性可以完全适应未来电力信息系统功能扩展的需求。下层电路板(9)中，对脉冲电表的采集是利用单片机微处理器(12)控制，这样就能将脉冲采集协议栈与短距离无线通信协议栈分放在不同的微处理器中，形成特殊的双核结构，使系统层次结构、功能划分更加清晰，在成本可控的情况下为未来的功能扩展预留系统接口。485通信接口(4)以及脉冲通信模块(13)接口是通过有线与各式电能表连接。短距离无线通信模块(3)是利用SPI总线与微处理器(7)进行全双工数据交流。为了满足一些电力部门需要采集台区总表的要求，采集器可以装载到台区总表的电能表上，然后申请进入最邻近的某个合法无线网络中进行数据通信。
例2：根据图2对本实用新型作进一步说明，该实施例分为以下四个部分：
1、电源控制模块(8)部分，输入：85V～265V，输出：5V/600mA，电源内置AC/DC模块，用于MAX485芯片供电；电源输出的电压经过LM1117芯片，输入：5V，输出3.3V/100mA，用于无线通信模块以及上、下两层主板供电。2、短距离无线射频模块：利用无线通信芯片自主研发无线射频模块，其网络通信协议栈也是针对电力应用中的特殊环境进行自主设计研发的，借鉴WSN的设计思想做低功耗处理。射频模块通过公共无线信道，经过多跳路由与区域管理集中器通信。3、上层电路板(10)：上层电路板的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、能够保证程序多次升级而不需更换MCU、有高速读写的FLASH能力、而且能保证掉电后数据可以稳定长期(10年)的保存。32个可编程复用的I/O接口可支持多外设接入，同时微处理器支持的USB2.0高速总线可外接液晶屏、SPI总线，用于控制无线通信模块，RS485总线用于与电表通信的总线接口。4、下层电路板(9)：处理器采用单片机STC89C51，具有4K字节的FLASH存储器以及512字节的RAM空间，用以存放最多32路脉冲计数值。当掉电时，掉电保护电路能将脉冲计数值保存进FLASH存储器(数据有最长10年的保存时限)，恢复供电后数据能继续正常计数，同时片内存储器还兼容了模拟的GB规约。该款单片机微处理器同时具有加密性强、高抗静电、能克服2KV/4KV的快速脉冲干扰、宽电压，不怕电源抖动、I/O端口多、工业级的工作温度范围(-40℃～85℃)广的性能特点。

Claims (2)

1.基于低功耗短距离无线传输的混合电能表采集器，包括壳体(1)和与壳体连接的保险(2)、天线(11)、脉冲表计接线柱(14)，其特征在于：采集器内装载有上层电路板(10)和下层电路板(9)，上层电路板(10)装有短距离无线通信模块(3)、485通信接口(4)、数据存储器(5)、地址存储器(6)、微处理器(7)、电源控制模块(8)，上层电路板外置有天线(11)，上层电路板(10)利用了多个压敏电阻做了专门的防雷击设计。
2.根据权利要求1所述的基于低功耗短距离无线传输的混合电能表采集器，其特征在于：下层电路板(9)装有单片机微处理器(12)和脉冲通信模块(13)，脉冲通信模块(13)用于采集表计脉冲数的。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102711102A (zh) * 2012-06-12 2012-10-03 上海市电力公司 一种无线抄表系统
CN103021340A (zh) * 2012-12-28 2013-04-03 西安诺瓦电子科技有限公司 一种led显示屏控制装置

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