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

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CN207518633U CN201721540168.7U CN201721540168U CN207518633U CN 207518633 U CN207518633 U CN 207518633U CN 201721540168 U CN201721540168 U CN 201721540168U CN 207518633 U CN207518633 U CN 207518633U
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徐法格
吴凯
刘亮
王栋
赵静
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Integrated Electronic Systems Lab Co Ltd
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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
[0001] 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
[0002] 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。
[0003] 海外电表采集终端采用的协议报文规范为DLMS/C0SEM,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)JLMS/C0SEM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。
[0004] 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
[0005] 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。
[0006] 本实用新型所采用的技术方案如下:
[0007] 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。
[0008] 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Ql基极,5V电源通过电阻R29与三极 管Ql集电极相连,485收发芯片与三极管Ql集电极连接,三极管Ql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TVSl连接。
[0009] 电表数据采集终端通过CHJ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。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 优选地,所述的主板包括网口、I/O 口、SPI总线、12C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。
[0014] 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。
[0015] 本实用新型的有益效果:
[0016] 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 远程自动米集。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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:
[0020] 图1是本实用新型实施例的系统架构示意图;
[0021] 图2是本实用新型实施例的结构示意图;
[0022] 图3是本实用新型的RS-485自动收发电路的电路示意图;
[0023] 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
[0024] 下面结合附图,具体说明本实用新型的实施方式。
[0025] 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。
[0026] 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/⑶SEM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。
[0027] 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Ql基极,5V 电源通过电阻R29与三极管Ql集电极相连,485收发芯片与三极管Ql集电极连接,三极管Ql 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 TVSl连接。
[0028] 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。
[0029] 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)。米集 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:
[0030] 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。
[0031] 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。
[0032] 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,Cli ent端发送AARQ桢,Server端响应AARE桢。
[0033] 4)进行数据通讯。
[0034] 5)数据通讯结束,释放链路,解除连接。
[0035] 6)解除物理层连接。
[0036] 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。
[0037] 另外,本实用新型采用的DLMS/⑶SEM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: 「00381
Figure CN207518633UD00061

Claims (5)

1. 支持DLMS/⑶SEM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 丰旲块; 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Ql基极,5V 电源通过电阻R29与三极管Ql集电极相连,485收发芯片与三极管Ql集电极连接,三极管Ql 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TVSl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 一 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。
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CN109660524A (zh) * 2018-12-04 2019-04-19 贵州电网有限责任公司 一种基于Linux内核的epoll大并发数据通信接系统

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