CN207518633U

CN207518633U - 支持dlms/cosem协议的电表数据采集终端

Info

Publication number: CN207518633U
Application number: CN201721540168.7U
Authority: CN
Inventors: 徐法格; 吴凯; 刘亮; 王栋; 赵静
Original assignee: Integrated Electronic Systems Lab Co Ltd
Current assignee: Integrated Electronic Systems Lab Co Ltd
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2018-06-19
Anticipated expiration: 2027-11-16

Abstract

本实用新型涉及支持DLMS/COSEM协议的电表数据采集终端，嵌入LINUX系统，包括电源模块和主板，主板包括核心板、串口通信模块，核心板包括CPU，CPU内置有支持DLMS/COSEM协议的抄表模块，所述的串口通信模块设置有RS‑485自动收发电路和GPRS上传模块，RS‑485自动收发电路设置有信号转换电路和保护电路。本实用新型的主控核心CPU处理能力更强，适用报文规约更多，现场安装维护更便捷；可支持水电气热表的同时采集；RS‑485自动收发电路可节省IO空间，无需单独增加程序来控制485芯片的收发转换，同时增加瞬态抑制二极管及PTC来保护485芯片不受外部大电压大电流的冲击；具有良好的人机交互接口，便于现场的安装和维护。

Description

支持DLMS/COSEM协议的电表数据采集终端

技术领域

本实用新型属于智能电网的用电信息采集技术领域，具体涉及一种支持DLMS/COSEM协议的电表数据采集终端。

背景技术

用电信息采集终端(electric energy data acquire terminal)是从属于智能电网用电信息采集系统、对各信息采集点用电信息采集的设备，也称为电表数据采集终端，可以实现电能表数据的采集、数据管理、数据双向传输以及转发或执行控制命令。电表数据采集终端按应用场所分为专变采集终端、集中抄表终端(包括集中器、采集器)、分布式能源监控终端等类型。本实用新型涉及的电表数据采集终端为集中抄表终端。

海外电表采集终端采用的协议报文规范为DLMS/COSEM，有别于国内常用的多功能电能表通信协议(DL/T 645-2007及DL/T 645-1997规约)。DLMS/COSEM协议已在多国现场应用，其具有优秀的互操作性和可扩展性。为了使电表数据采集终端拥有更大的市场及通用性，国内的电表数据采集终端有必要支持包括DLMS/COSEM在内的更多的抄表协议。

另外，现有的电表数据采集终端，通常都用单独的程序来控制485芯片的收发转换，而且485芯片容易受外部大电压大电流的冲击。

发明内容

为克服现有的电表数据采集终端兼容性不高、协议扩展性差、485芯片占用资源多且易受外部大电压大电流冲击的不足，本实用新型基于嵌入式LINUX技术，提供一种可同时支持海外DLMS/COSEM协议、国内电表协议的电表数据采集终端，改进了RS485收发电路以实现RS485数据的自动收发，增加了支持DLMS/COSEM协议的抄表模块以支持海外电表、以及水电气热表计的同步采集，使采集终端具有优秀的互操作性和可扩展性。

本实用新型所采用的技术方案如下：

支持DLMS/COSEM协议的电表数据采集终端，嵌入LINUX系统，包括电源模块和主板，所述的主板包括核心板、串口通信模块，所述的核心板包括CPU，所述的CPU内置有支持DLMS/COSEM协议的抄表模块，所述的串口通信模块设置有RS-485自动收发电路和GPRS上传模块。

所述的RS-485自动收发电路设置有信号转换电路和保护电路。所述的信号转换电路的电路结构为：发送信号TXD通过电阻R30接入三极管Q1基极，5V电源通过电阻R29与三极管Q1集电极相连，485收发芯片与三极管Q1集电极连接，三极管Q1发射极接地；所述的保护电路的电路结构为：485芯片U2输出AB侧，分别通过R28上拉到5V、R31下拉到地，AB引脚分别通过瞬态抑制管TVS2、TVS3连接到地，AB之间通过瞬态抑制管TVS1连接。

电表数据采集终端通过CPU中内置的支持DLMS/COSEM协议的抄表模块，利用RS-485自动收发电路定时抄读支持DLMS/COSEM协议的电表数据，将抄读的数据进行解析、处理、存储，定时通过GPRS上传模块将电表数据采集终端自身的状态数据信息、以及抄读的电表数据上传给主站。

RS-485自动收发电路中，核心板将需要发送的数据传输给信号转换电路及TXD发送引脚，发送数据通过信号转换电路后会切换485芯片的工作模式，无需单独增加程序来控制485芯片的收发转换，节省IO空间；在485芯片的AB引脚外新增保护电路，保护芯片不受外部大电流大电压的冲击。

优选地，所述的核心板主要包括电源管理电路、NAND Flash、SDRAM。电源管理电路根据外接电源的存在情况及采集终端通讯状态，分别使采集终端进入低功耗状态和有效地管理GPRS上传模块、液晶模块等的供电。NAND Flash用于存储核心板的运行程序、数据等；SDRAM用于保存终端各种重要参数及历史数据。

优选地，所述的主板包括人机交互模块，所述的人机交互模块包括液晶屏、按键、指示灯。采集终端将自身状态数据信息、测量点数据信息通过液晶屏进行显示，通过按键进行翻页、选择及在线调试，指示灯可以实时显示电表数据采集终端的工作状态。

优选地，所述的主板包括网口、I/O口、SPI总线、I2C总线。用户可以通过网口及USB接口对电表数据采集终端进行现场维护。

优选地，所述的电源模块设置有载波模块。电源模块输出两路不同的隔离信号，为核心板、主板、液晶模块、GPRS上传模块等提供电源。采集终端获取供电侧的交流电信号，可实现交流采样及检测功能；根据应用场景的不同，采集终端还可以通过载波模块与电能表通信，抄读电能表数据信息及事件记录等。

本实用新型的有益效果：

1)本实用新型的主控核心CPU处理能力更强，适用报文规约更多，现场安装维护更便捷，有助于电力行业里复杂应用场景(如海外DLMS电表及国内协议电表混用)的电表数据远程自动采集。

2)在本实用新型的基础上进行扩展，可支持水电气热表的同时采集，有助于未来建筑中多表合一的推广。

3)本实用新型的RS-485自动收发电路可节省IO空间，无需单独增加程序来控制485芯片的收发转换，同时增加瞬态抑制二极管及PTC来保护485芯片不受外部大电压大电流的冲击。

4)电表数据采集终端具有良好的人机交互接口，便于现场的安装和维护。

附图说明：

图1是本实用新型实施例的系统架构示意图；

图2是本实用新型实施例的结构示意图；

图3是本实用新型的RS-485自动收发电路的电路示意图；

图4是本实用新型的RS-485自动收发电路的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本实用新型的实施方式。

如图1所示，是本实用新型的系统架构示意图，包括主站系统，与主站系统通过GPRS相连的电表数据采集终端，与电表数据采集终端通过RS-485接口或者电力载波模块相连的电能表。电表数据采集终端定时抄读支持DLMS/COSEM协议的电能表数据，将抄读的数据进行解析、处理、存储，定时通过GPRS上传模块将电表数据采集终端自身的状态数据信息及抄读的电表数据上传给主站。

如图2所示，是本实用新型的结构示意图。支持DLMS/COSEM协议的电表数据采集终端，嵌入LINUX系统，包括电源模块和主板，所述的主板包括核心板、串口通信模块，所述的核心板包括CPU、电源管理电路、NAND Flash、SDRAM，本实施例中采用ATMEL公司的ARM芯片作为主控CPU，嵌入LINUX系统，所述的CPU内置有支持DLMS/COSEM协议的抄表模块，所述的串口通信模块设置有RS-485自动收发电路和GPRS上传模块。

如图3所示，所述的RS-485自动收发电路设置有信号转换电路和保护电路。如图4所示，所述的信号转换电路的电路结构为：发送信号TXD通过电阻R30接入三极管Q1基极，5V电源通过电阻R29与三极管Q1集电极相连，485收发芯片与三极管Q1集电极连接，三极管Q1发射极接地；所述的保护电路的电路结构为：485芯片U2输出AB侧，分别通过R28上拉到5V、R31下拉到地，AB引脚分别通过瞬态抑制管TVS2、TVS3连接到地，AB之间通过瞬态抑制管TVS1连接。

所述的主板包括人机交互模块，所述的人机交互模块包括液晶屏、按键、指示灯。所述的主板包括网口、I/O口、SPI总线、I2C总线。所述的电源模块设置有载波模块。核心板与主板的其他功能模块通讯方式有：SPI总线、I2C总线和串口等，接口均设置在主板上。

本实施例中，通过改进后的RS-485自动收发电路对连接的支持DLMS/COSEM协议的电能表抄读，采集终端的抄表模块将抄表及解读数据帧算法分为三层模型，分别为：应用层(Application Layer)、数据链路层(Data Link Layer)和物理层(Physical Layer)。采集终端与电能表通信采用Client-Server结构，数据请求端为Client，数据提供端(电能表)为Server。电表数据采集终端采集并上传电能表数据的过程如下：

1)建立物理层连接：物理层位于通讯模型的最底层，DLMS/COSEM协议建立于多种物理层之上，物理层的作用主要是对底层通讯硬件的操作，PSTN MODEM的初始化、打开、关闭等。

2)建立链路层连接：物理层链接建立之后，数据通讯的第一步是建立链路层的连接，链路层主要负责数据传输的可靠性，包括地址校验、帧长校验、数据CRC校验、长数据帧的拆包组包及向应用层提供链路传输的服务。

3)建立应用层连接：链路层连接建立后，在DLMS/COSEM协议中还要建立应用层连接，才可进行数据通讯，此过程称为Negotiation，旨在为数据通讯提供一些配置参数，应用层连接请求由Client端发起，Client端发送AARQ帧，Server端响应AARE帧。

4)进行数据通讯。

5)数据通讯结束，释放链路，解除连接。

6)解除物理层连接。

整个通讯过程的算法实现均由内置在核心板上的支持DLMS/COSEM协议的抄表模块来实现。

另外，本实用新型采用的DLMS/COSEM协议标准引入了对象标识系统(OBIS)，此系统区别于国家电网公司的数据标识系统(Data ID)，解决了不同类型表计的标识码的冲突问题，为各种表计同时被抄读提供了足够的标识支撑，冗余度更高。可囊括电能表中的所有数据，包括测量值和抽象数据，都提供一个统一的、独一无二的标识码，在IEC62056-61标准文档中，给出了这些标识码的详尽列表和命名规则，各厂商可以根据OBIS为自己的电能表数据构造标识码。OBIS码是一个由六个数码组成的组合编码(A、B、C、D、E、F)，A定义了所要标识的数据项，B用于定义通道号，C定义了与信息来源相关的抽象或物理数据项，D用于定义类型或何种处理算法，E对前面几组分类的特殊处理，F用于定义A-E标识的不同计费周期的数据存储。部分标识码所对应的电能表的数据如下表所示：

A	B	C	D	E	F	功能
							0	0	61	61	0	ff	错误信息
0	0	1	0	0	ff	时钟
							0	0	0d	0	0	ff	有效日历
0	0	0b	0	0	ff	特殊日表
							0	0	14	0	0	ff	IEC光口参数
A	B	C	D	E	F	功能
							0	0	14	0	1	ff	IEC电口参数
0	0	16	0	0	ff	IECHDLC参数--通道0
							A	B	C	D	E	F	功能
0	1	16	0	0	ff	IECHDLC参数--通道1
							0	0	28	0	0	ff	SN连接对象
0	0	29	0	0	ff	SAP分配对象
							1	0	63	62	0	ff	事件日志--电气相关
1	0	63	1	0	ff	负载曲线--周期
							0	0	62	1	0	7e	事件日志--通用
1	1	1	8	1	ff	正向有功电能---费率1
							1	1	1	8	2	ff	正向有功电能---费率2
1	1	1	8	3	ff	正向有功电能---费率3
							1	1	1	8	4	ff	正向有功电能---费率4
1	1	2	8	1	ff	反向有功电能---费率1
							1	1	2	8	2	ff	反向有功电能---费率2
1	1	2	8	3	ff	反向有功电能---费率3
							1	1	2	8	4	ff	反向有功电能---费率4

Claims

1.支持DLMS/COSEM协议的电表数据采集终端，嵌入LINUX系统，包括电源模块和主板，其特征在于：

所述的主板包括核心板、串口通信模块，所述的核心板包括CPU，所述的CPU内置有支持DLMS/COSEM协议的抄表模块，所述的串口通信模块设置有RS-485自动收发电路和GPRS上传模块；

所述的RS-485自动收发电路设置有信号转换电路和保护电路；

所述的信号转换电路的电路结构为：发送信号TXD通过电阻R30接入三极管Q1基极，5V电源通过电阻R29与三极管Q1集电极相连，485收发芯片与三极管Q1集电极连接，三极管Q1发射极接地；

所述的保护电路的电路结构为：485芯片U2输出AB侧，分别通过R28上拉到5V、R31下拉到地，AB引脚分别通过瞬态抑制管TVS2、TVS3连接到地，AB之间通过瞬态抑制管TVS1连接。

2.根据权利要求1所述的支持DLMS/COSEM协议的电表数据采集终端，其特征在于，所述的核心板包括电源管理电路、NAND Flash、SDRAM。

3.根据权利要求1所述的支持DLMS/COSEM协议的电表数据采集终端，其特征在于，所述的主板包括人机交互模块，所述的人机交互模块包括液晶屏、按键、指示灯。

4.根据权利要求1所述的支持DLMS/COSEM协议的电表数据采集终端，其特征在于，所述的主板包括网口、I/O口、SPI总线、I2C总线。

5.根据权利要求1－4任一项所述的支持DLMS/COSEM协议的电表数据采集终端，其特征在于，所述的电源模块设置有载波模块。