CN203573481U - 一种基于ZigBee技术的无线抄表系统 - Google Patents

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曾军英
甘俊英
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胡文文
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Abstract

本实用新型公开了一种基于ZigBee技术的无线抄表系统，包括数据采集层、数据传输层、数据应用层；所述数据采集层包括多个电表以及至少一个用于连接多个电表的采集器；所述数据传输层包括至少一个中继器和一个集中器；所述数据应用层包括网络服务器、上位控制主机和数据库。本无线抄表系统在ZigBee短距离无线网络技术的基础上结合CDMA/GPRS远距离无线网络技术，实现无线抄表网络的自组网功能，可根据抄表用户的不同分布，灵活地构建抄表的无线网络，集中抄表范围广，而且便于安装和维护，可大大降低系统的建设成本，提高无线抄表系统的自动化程度。

Description

一种基于ZigBee技术的无线抄表系统
技术领域
本实用新型涉及一种无线抄表系统，特别是涉及一种基于ZigBee技术的无线抄表系统。
背景技术
随着经济社会的快速发展，居民用电和工业用电的数量与范围不断扩展，用电量也随之快速上涨。如何准确、及时、方便地对用户电表电量进行抄读与管理，实现电力抄表的自动化、网络化和规范化，是供电管理部门所面临的新挑战。传统的抄表方式是依靠抄表员定期到各家各户抄读用电数据，由于劳动强度大、工作量大等原因，往往会造成抄表不及时、抄表数据出错等问题。同时抄表员在抄表过程中可能存在随意性，造成用户实际用电量与结算电量存在较大的误差。这些不足之处都会给供电管理部门造成难以对用户用电情况进行有效监管的不利局面。随着峰谷计费、预付费等便民新业务的开展，这种高成本、低效率、出错率高的抄表方式已不适应现代抄表系统的发展。正是这种背景下，自动抄表技术应运而生，并在实际的应用中不断地完善、发展。
现有的抄表系统和技术方法中主要包括有线抄表系统、掌上抄表系统和无线抄表系统，其中有线抄表系统增加了综合布线的费用和难度，降低了系统的应用灵活性，因此有线抄表系统已难以广泛的推广和应用；掌上抄表系统需抄表部门用掌上抄表器抄取数据，抄取数据不易管理且只能抄取少量数据，其自动化程度低，限制了应用范围；现有的无线抄表系统虽然采用无线收发设备传输数据，不需要专门架线，系统结构简单，可节省人力和物力，相对有线抄表系统和掌上抄表系统更有应用优势，但是其制备成本高，抄表范围小。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于ZigBee技术的无线抄表系统，可实现远距离、大范围无线抄表，进而提高抄表系统的自动化程度。
本实用新型采用的技术方案是：
一种基于ZigBee技术的无线抄表系统，包括数据采集层、数据传输层、数据应用层；
所述数据采集层包括多个电表以及至少一个用于连接多个电表的采集器，所述电表内置有用于将电表的转动信号转换为电脉冲信号的霍尔传感器，以及用于对电脉冲信号进行调制的信号调理电路；所述采集器内置有用于对电脉冲信号进行存储和处理操作的微处理器模块和用于将电表数据上传至数据传输层的ZigBee通信模块；
所述数据传输层包括至少一个中继器和一个集中器，所述中继器设置有用于数据的路由中继转发的ZigBee通信模块，所述集中器包括用于汇聚所有电表的电表数据的ZigBee通信模块、用于进行ZigBee无线网络与远程无线网络数据转换的主控制器、用于通过远程无线网络将电表数据上传至数据应用层的无线数据传输装置，所述集中器、中继器、采集器通过其各自的ZigBee通信模块进行无线数据通讯；
所述数据应用层包括网络服务器、上位控制主机和数据库，所述网络服务器通过远程无线网络连接无线数据传输装置并接收无线数据传输装置上传的数据，所述网络服务器分别与上位控制主机、数据库连接。
进一步，所述采集器设置有采用RS485标准的串行通信接口，所述串行通信接口通过RS485总线与多个电表连接。
进一步，所述主控制器设有暂时存储数据的Flash储存器和备份电表数据的SD卡。
进一步，所述无线数据传输装置为GPRS通信模块或CDMA通信模块。
本实用新型的有益效果是：本实用新型采用的一种基于ZigBee技术的无线抄表系统，在ZigBee短距离无线网络技术的基础上结合CDMA/GPRS远距离无线网络技术，实现无线抄表网络的自组网功能，可根据抄表用户的不同分布，灵活地构建抄表的无线网络，集中抄表范围广，而且便于安装和维护，可大大降低系统的建设成本，提高无线抄表系统的自动化程度。
附图说明
以下结合附图和实例对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的整体结构原理框图；
图2是本实用新型所述电表与采集器的连接方式示意图；
图3是本实用新型所述集中器的内部结构示意图。
具体实施方式
参照图1至图3，本实用新型的一种基于ZigBee技术的无线抄表系统，包括数据采集层、数据传输层、数据应用层。
所述数据采集层包括多个电表1以及至少一个用于连接多个电表1的采集器2，所述电表1内置有用于将电表1的转动信号转换为电脉冲信号的霍尔传感器8，以及用于对电脉冲信号进行调制的信号调理电路15；所述采集器2内置有用于对电脉冲信号进行存储和处理操作的微处理器模块9和用于将电表数据上传至数据传输层的ZigBee通信模块10。本实用新型的无线抄表系统只需在普通的机械式电表上加装霍尔传感器8以及信号调理电路15，即能达到智能电表的效果，改装成本低廉，从而降低系统的成本。其中霍尔传感器8根据电表铝盘的转动圈数，将转动信号转化为电脉冲信号，信号调理电路15对此电脉冲信号进行放大、滤波、整流处理以提高数据处理的精度，并把数据传输至采集器进行运算处理。所述采集器2设置有采用RS485标准的串行通信接口，所述串行通信接口通过RS485总线与多个电表1物理连接。采集器2内置的微处理器模块9为内带Flash存储的单片机STC89C52，微处理器模块9对采集到的电表的电脉冲信号进行处理以及电量计量，得到的电表数据暂存在微处理器模块9的Flash存储器中，当接收到集中器4的上传命令后，通过ZigBee通信模块10把电表数据上传至数据传输层，该采集器2的ZigBee通信模块10按照ZigBee通信协议对电表数据进行协议转换，ZigBee数据传输中的帧结构为帧头、地址码、数据和帧尾。
所述数据传输层包括至少一个中继器3和一个集中器4，所述中继器3设置有用于数据的路由中继转发的ZigBee通信模块10，所述集中器4包括用于汇聚所有电表的电表数据ZigBee通信模块10、用于进行ZigBee无线网络与远程无线网络数据转换的主控制器11、用于通过远程无线网络将电表数据上传至数据应用层的无线数据传输装置12，所述主控制器11设有暂时存储数据的Flash储存器13和备份电表数据的SD卡14；所述无线数据传输装置12为GPRS通信模块或CDMA通信模块，集中器4通过GPRS/CDMA网络把数据上传至数据应用层；所述集中器4、中继器3、采集器2通过其各自的ZigBee通信模块10进行无线数据通讯。所述中继器3主要实现网络深度的拓展及子节点的管理，以保证采集器2数据能够顺畅地传送到集中器4上；集中器4是ZigBee网络与GPRS/CDMA网络的接口，进行ZigBee网络与GPRS/CDMA网络的数据转换。
所述数据应用层包括网络服务器5、上位控制主机6和数据库7，所述网络服务器5通过远程无线网络连接无线数据传输装置12并接收无线数据传输装置12上传的数据，所述网络服务器5分别与上位控制主机6、数据库7连接。所述上位控制主机6为用户提供访问ZigBee自动抄表网络中数据的界面，并将所有数据保存在数据库7中，为用户提供数据查询、分析、报表生成等服务。
本实用新型在实际应用中，居民楼的每一楼层均安装有采集器2，每个采集器2通过RS485总线连接楼层内的多个居民电表1，用以暂存并无线上传楼层的电表数据以及接收设定参数。每一栋居民楼设置有一个中继器3，用于对楼栋内各楼层采集器2采集的电表数据进行中继和转发，保证无线抄表网络稳定畅通。所述集中器4设置在小区的电力管理中心，其与小区内的中继器3进行直接通信，用于汇聚整个小区无线抄表网络中所有仪表的数据，并将这些数据通过GPRS/CDMA无线网络输送到集抄中心。集抄中心通过网络服务器5接收集中器4上传的电表数据，上位控制主机6对电表数据进行集中管理和综合应用，并将数据保存在数据库7中。
以上所述，只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于ZigBee技术的无线抄表系统，其特征在于，包括数据采集层、数据传输层、数据应用层；
所述数据采集层包括多个电表（1）以及至少一个用于连接多个电表（1）的采集器（2），所述电表（1）内置有用于将电表（1）的转动信号转换为电脉冲信号的霍尔传感器（8），以及用于对电脉冲信号进行调制的信号调理电路（15）；所述采集器（2）内置有用于对电脉冲信号进行存储和处理操作的微处理器模块（9）和用于将电表数据上传至数据传输层的ZigBee通信模块（10）；
所述数据传输层包括至少一个中继器（3）和一个集中器（4），所述中继器（3）设置有用于数据的路由中继转发的ZigBee通信模块（10），所述集中器（4）包括用于汇聚所有电表的电表数据的ZigBee通信模块（10）、用于进行ZigBee无线网络与远程无线网络数据转换的主控制器（11）、用于通过远程无线网络将电表数据上传至数据应用层的无线数据传输装置（12），所述集中器（4）、中继器（3）、采集器（2）通过其各自的ZigBee通信模块（10）进行无线数据通讯；
所述数据应用层包括网络服务器（5）、上位控制主机（6）和数据库（7），所述网络服务器（5）通过远程无线网络连接无线数据传输装置（12）并接收无线数据传输装置（12）上传的数据，所述网络服务器（5）分别与上位控制主机（6）、数据库（5）连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee技术的无线抄表系统，其特征在于：所述采集器（2）设置有采用RS485标准的串行通信接口，所述串行通信接口通过RS485总线与多个电表（1）连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee技术的无线抄表系统，其特征在于：所述主控制器（11）设有暂时存储数据的Flash储存器（13）和备份电表数据的SD卡（14）。
4.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee技术的无线抄表系统，其特征在于：所述无线数据传输装置（12）为GPRS通信模块或CDMA通信模块。
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