CN208636990U - 基于LoRa集群组网的电力集抄系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子信息技术领域的基于LoRa集群组网的电力集抄系统，包括电表、集中器和用户管理器，电表与集中器通过LoRa无线网络连接，集中器与用户管理器通过LoRa无线网络连接。LoRa集群组网采用星型网络架构，具有延迟低、结构简单的特点。LoRa集群型组网运行控制协议与表端计量功能均已经集成在组网模块之中，即插即用，通讯稳定，计量可靠性非常高，用户无需再进行复杂的协议开发与计量设定，极大降低了智能表实施成本。

Description

基于LoRa集群组网的电力集抄系统

技术领域

本实用新型涉及电子信息技术领域，具体涉及一种基于LoRa集群组网的电力集抄系统。

背景技术

智能电表是智能电网的智能终端，而电度表作为电费收取的计量依据,涉及到一个抄表通信问题。

目前市场上智能电表的传统的抄表技术有无线抄表技术和移动蜂窝网抄表两类。如WiFi、蓝牙、ZigBee等无线抄表技术的覆盖能力有限，抗干扰能力不足，终端功耗较大，无法长时间使用。而移动蜂窝网抄表技术无论是2G、3G还是4G的物联网终端仍然存在模块成本高与电池使用寿命短的问题。而且对于视业务安全保密和网络稳定可靠为其关键因素的行业用户来说，这些基于授权频谱的网络安全性不佳。

实用新型内容

本实用新型目的在提供于一种基于LoRa集群组网的电力集抄系统，以解决现有技术中存在的技术缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于LoRa集群组网的电力集抄系统，包括电表、集中器和用户管理器，电表与集中器通过LoRa无线网络连接，集中器于用户管理器通过LoRa无线网络连接。

优选地，电表包括控制单元、计量单元、LoRa通信单元和电源单元，电源单元分别与计量单元和控制单元连接，控制单元分别与计量单元和LoRa通信单元连接，计量单元还与外部电路连接以对外部电路数据进行采样。

优选地，电表还包括存储单元，存储单元与控制单元连接以存储计量单元采集的外部电路数据。

优选地，电表还包括显示单元，显示单元与控制单元连接以显示计量单元采集的外部电路数据。

优选地，显示单元包括芯片D3、滑动变阻器R27和电阻R26，芯片D3的第一引脚和第三引脚接地，第二引脚与电源VCC连接；电阻R26一端与芯片D3的第十五引脚连接，另一端与电源VDD连接；滑动变阻器R27的第一接线端与电源VCC连接，第二接线端接地，滑动端与芯片D3的第三引脚连接。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型的电力集抄系统的LoRa集群型组网运行控制协议与表端计量功能均已经集成在组网模块之中，即插即用，通讯稳定，计量可靠性非常高，用户无需再进行复杂的协议开发与计量设定，极大降低了智能表实施成本。

2、本实用新型通过LoRa网络系统，可将集群式智能电表采集的电力系统数据实时传递到各级的集中监控中心，以实现对电力监测设备的统一监控和分布式管理。

下面将参照附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例的电力集抄系统结构图；

图2是本实用新型优选实施例的电表系统结构图；

图3是本实用新型优选实施例的LoRa通信单元的电路示意图；

图4是本实用新型优选实施例的控制单元的电路示意图；

图5是本实用新型优选实施例的显示单元的电路示意图。

图中，1、用户管理器；2、集中器；3、电表；31、控制单元；32、计量单元；33、通信单元；34、电源单元；35、存储单元；36、显示单元。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

为实现上述目的，本实用新型提供了基于LoRa集群组网的电力集抄系统，参见图1，包括电表3、集中器2和用户管理器1，电表3与集中器2通过LoRa无线网络连接，集中器2于用户管理器1通过LoRa无线网络连接。

所有设备连接后进行初始化，保证各个电表3节点和集中器2节点均成功加入网络完成组网。新的网络组成后，网络拓扑结构存储于用户管理器1中。在进行抄表时，用户管理器1通过LoRa通信专网传送抄表命令到集中器2，集中器2收到命令后，根据建立的网络拓扑，向每个对应电表3发送抄表命令。电表3通过LoRa网络收到来自集中器2的抄表命令后，读取电表3数据并通过LoRa网络将数据发送给集中器2，再由集中器2通过LoRa通信专网传送给用户管理器1。用户管理器1采用LoRa网络专线与集中器2相连，提供历史事件数据记录、数据加解密、数据包纠错、数据备份存储服务。由于专线可提供较高的带宽，当电表3数据采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。LoRa集群组网采用星型网络架构，与网状网络架构相比，它是具有最低延迟、最简单的网络结构。LoRa集群型组网运行控制协议与表端计量功能均已经集成在组网模块之中，即插即用，通讯稳定，计量可靠性非常高，用户无需再进行复杂的协议开发与计量设定，极大降低了智能表实施成本。

用户管理部门运用用户管理器1通过LoRa专网先广播该电表3的电表号和请求命令；当集中器2接收到下行数据包时，集中器2通过LoRa无线射频模块将用户管理器1发送的指令传给对应表号的电表3的控制模块，对应表号的电表3根据命令发送回复帧，非该表号的电表3不予回应；当集中器2接收到上行数据包时，通过LoRa通信专网将采集到的电表3数据实时传送到用户管理器1以供用电管理部门获取数据。

优选地，参见图2，电表3包括控制单元31、计量单元32、通信单元33和电源单元34，电源单元34分别与计量单元32和控制单元31连接，控制单元31分别与计量单元32和通信单元33连接，计量单元32还与外部电路连接以对外部电路数据进行采样。

参见图3和图4，控制单元31使用意法半导体(ST)公司的STM8L151G芯片，计量单元32采用RN8209C芯片，通信单元33为LoRa通信单元，采用Semtech公司的SX1278芯片，显示单元36采用LED1602芯片。控制单元31按照预先设定的控制程序逐次通过内部集成的URAT外设计算得到各个计量单元32采集到的各户电量数据，实时累加存储，同时控制包括LED灯状态、LCD显示屏数据的状态，同时实现SX1278射频模块将数据定时上传至集中器2，实现无线抄表。上电后控制单元31开始执行程序，完成自身初始化。然后通过URAT接口对SX1278进行初始化，设置其通信频率、带宽等重要参数，并将SX1278设置为接收状态并休眠，此时控制单元31也进入休眠状态。在休眠期间，控制单元31内部时钟中断即唤醒控制单元31，查询SX1278是否检测到有效前导码，若检测到有数据要接受，则立即接收并处理。当控制单元31接收到上端集中器2下传的欠费断电信号，控制相应用户的继电器，切断电源供应。同样，当控制单元31收到缴费、实时抄送等信号时，会进行供电、实时抄表上报等行为，并能监测电表3运行参数，记录各种事件以及对用户用电数据信息进行存储备份等。RN8209C芯片提供三路ADC的瞬时采样值，两路电流和一路电压有效值测量，对采样的数据计算后存储到相应的寄存器，然后通过芯片内置串行接口URAT与控制单元31进行数据传输，在硬件上确保了计量参数数据信息的传递，然后由控制单元31配合外围芯片完成电表3的存储、显示及远程通信等功能。SX1278芯片与外围收发电路一起组成了LoRa无线收发器模块。该模块使用的是LoRa远程调制解调器，适合远距离通讯，具有很强的抗干扰性，功耗低，灵敏度极高。方案中SX1278射频模块将采集到的电能数据进行上传，同时接收上端的报文命令。数据通过LoRa无线数传模块发送到集中器2，集中器2汇聚该区域所有的用户的电量使用情况数据，后将数据发送到通信服务器，并通过LoRa专网发送到用户管理器1。

优选地，电表3还包括存储单元35，存储单元35与控制单元31连接以存储计量单元32采集的外部电路数据。控制单元31可以进行外围芯片的扩展，由控制单元31配合外围存储芯片完成数据存储的功能。

优选地，电表3还包括显示单元36，显示单元36与控制单元31连接以显示计量单元32采集的外部电路数据。控制单元31可以进行外围芯片的扩展，由控制单元31配合外围显示模块完成数据显示的功能。

优选地，参见图5，显示单元36包括芯片D3、滑动变阻器R27和电阻R26，芯片D3的第一引脚和第三引脚接地，第二引脚与电源VCC连接；电阻R26一端与芯片D3的第十五引脚连接，另一端与电源VDD连接；滑动变阻器R27的第一接线端与电源VCC连接，第二接线端接地，滑动端与芯片D3的第三引脚连接。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于LoRa集群组网的电力集抄系统，其特征在于，包括电表(3)、集中器(2)和用户管理器(1)，所述电表(3)与所述集中器(2)通过LoRa无线网络连接，所述集中器(2)与所述用户管理器(1)通过无线网络或者有线网络连接，所述电表(3)包括控制单元(31)、计量单元(32)、通信单元(33)和电源单元(34)，所述电源单元(34)分别与所述计量单元(32)和所述控制单元(31)连接，所述控制单元(31)分别与所述计量单元(32)和所述通信单元(33)连接，所述计量单元(32)还与外部电路连接以对外部电路数据进行采样，所述电表(3)还包括显示单元(36)，所述显示单元(36)与所述控制单元(31)连接以显示计量单元(32)采集的外部电路数据，所述显示单元(36)包括芯片D3、滑动变阻器R27和电阻R26，芯片D3的第一引脚和第三引脚接地，第二引脚与电源VCC连接；电阻R26一端与芯片D3的第十五引脚连接，另一端与电源VDD连接；滑动变阻器R27的第一接线端与电源VCC连接，第二接线端接地，滑动端与芯片D3的第三引脚连接。

2.根据权利要求1所述的基于LoRa集群组网的电力集抄系统，其特征在于，所述集中器(2)与所述用户管理器(1)通过LoRa无线网络连接。

3.根据权利要求1所述的基于LoRa集群组网的电力集抄系统，其特征在于，所述电表(3)还包括存储单元(35)，所述存储单元(35)与所述控制单元(31)连接以存储计量单元(32)采集的外部电路数据。