CN210667150U - 电力信息传输装置及系统 - Google Patents

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李启龙
郭浩
陈德宏
李季洋
杨涛
何庆余
王宏宇
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Abstract

本实用新型涉及一种电力信息传输装置及系统。该电力信息传输装置包括:第一LoRa传输单元,其包括第一MCU以及分别与所述第一MCU连接的第一LoRa通信模块和电力集中器接口,所述第一LoRa通信模块用于发送和接收LoRa数据,所述电力集中器接口用于与所述电力集中器连接;第二LoRa传输单元,其包括第二MCU以及分别与所述第二MCU连接的第二LoRa通信模块和远程通信模块,所述第二LoRa通信模块与所述第一LoRa通信模块通信连接,所述远程通信模块用于与主站服务器通信连接。本实用新型可以实现用户用电信息的采集远传,有效解决了运营商网络信号弱或无运营商网络信号的地方用电信息的远程传输问题。

Description

电力信息传输装置及系统
技术领域
本实用新型涉及用电信息采集技术领域,具体涉及一种电力信息传输装置及系统。
背景技术
电能是社会生产和生活中不可缺少的重要组成部分,如何实现电能的科学有效的监测是电力行业关注的焦点。随着科学技术的不断发展,特别是物联网技术的发展,许多新技术应用到电能监测的领域。宽带窄带电力载波技术、230MHZ无线电力专网等解决了本地用电信息的采集,wifi、GPRS、3G、4G等运营商网络解决了采集信息远传到服务器的问题。
目前,这些技术的应用有效的解决了用电信息的采集和传输问题,实现了电力系统大规模、远距离抄表问题。但是在实施中仍然存在一些问题,例如,在一些城市,有些电力集中器布设在小区、商场等场所的地下负1层或负2层等,这些区域运营商网络(例如GPRS、3G、 4G网络)往往没有信号或是信号质量不好,无法实现电力集中器用电信息的远程传输。另外,在一些县级市等偏远地区运营商网络覆盖不好,也无法通过运营商网络实现电力集中器用电信息的远程传输。如果采用230MHZ电力专网或铺设光纤采用有线传输都会大大增加投入成本,增加人力的投入。
实用新型内容
鉴于现有技术存在的上述问题,本实用新型的目的在于提供一种电力信息传输装置,至少解决现有技术中存在的上述问题之一。
为了实现上述目的,本实用新型实施例提供了一种用于电力集中器与主站服务器之间的电力信息传输,所述电力信息传输装置包括:
第一LoRa传输单元,其包括第一MCU以及分别与所述第一MCU连接的第一LoRa通信模块和电力集中器接口,所述第一LoRa通信模块用于发送和接收LoRa数据,所述电力集中器接口用于与所述电力集中器连接;
第二LoRa传输单元,其包括第二MCU以及分别与所述第二MCU连接的第二LoRa通信模块和远程通信模块,所述第二LoRa通信模块与所述第一LoRa通信模块通信连接,所述远程通信模块用于与所述主站服务器通信连接。
在一些实施例中,所述第一MCU和所述第二MCU均为 STM32F103RET6芯片。
在一些实施例中,所述第一LoRa通信模块和所述第二LoRa通信模块均为ZM433SX-M模块。
在一些实施例中,所述第一LoRa传输单元还包括第一电源模块,所述第一电源模块的输入端与所述电力集中器接口电性连接,所述第一电源模块的输出端分别与所述第一MCU和所述第一LoRa通信模块电性连接;所述第二LoRa传输单元还包括第二电源模块,所述第二电源模块的输出端分别与所述第二MCU、所述第二LoRa通信模块和所述远程通信模块电性连接。
在一些实施例中,所述第一LoRa传输单元还包括与所述第一MCU 连接的第一LED指示灯,所述第一LED指示灯包括电源指示灯、接收指示灯、发送指示灯以及运行指示灯;所述第二LoRa传输单元还包括与所述第二MCU连接的第二LED指示灯,所述第二LED指示灯包括电源指示灯、接收指示灯、发送指示灯以及运行指示灯。
在一些实施例中,所述第一LoRa传输单元还包括与所述第一MCU 连接的第一红外接收模块,所述第二LoRa传输单元还包括与所述第二 MCU连接的第二红外接收模块。
在一些实施例中,所述远程通信模块通过GPRS、3G、4G或5G网络与所述主站服务器通信连接。
在一些实施例中,所述电力信息传输装置还包括设置在所述第一 LoRa传输单元和所述第二LoRa传输单元之间的LoRa中继器,所述LoRa 中继器分别与所述第一LoRa传输单元和所述第二LoRa传输单元通信连接。
在一些实施例中,所述LoRa中继器包括第三MCU以及与所述第三 MCU连接的第三LoRa通信模块,所述第三LoRa通信模块分别与所述第一LoRa传输单元和所述第二LoRa通信模块通信连接。
本实用新型实施例提供的电力信息传输装置通过在电力集中器与主站服务器之间设置基于LoRa无线通信的电力信息传输装置,利用 LoRa无线网络可以将运营商网络信号不好地方的电力集中器传输至运营商网络信号好的地方,再通过运营商提供的无线网络(例如3G、4G、 5G网络)传输至主站服务器,实现用户用电信息的采集远传,有效解决了运营商网络信号弱或无运营商网络信号的地方用电信息的远程传输问题。另外,采用LoRa无线通信可以避免有线通信带来的施工不便和人力成本的增加,也可以减少布设电力专网和增加运营商网络基站带来的高成本投入,且电力信息传输装置施工简单,运营维护方便。
本实用新型实施例还提供了一种电力信息传输系统,包括电力集中器、主站服务器以及上述的电力信息传输装置,所述电力信息传输装置设置在所述电力集中器与所述主站服务器之间,所述电力信息传输装置的第一LoRa传输单元与所述电力集中器通过串口连接,所述电力信息传输装置的第二LoRa传输单元与所述主站服务器通信连接。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中,相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例,并且与说明书以及权利要求书一起用于对所实用新型的实施例进行说明。在适当的时候,在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的,而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
图1为本实用新型实施例的电力信息传输系统的结构示意图;
图2为本实用新型实施例的第一LoRa传输单元的结构框图;
图3为本实用新型实施例的第二LoRa传输单元的结构框图;
图4为本实用新型实施例的LoRa中继器的结构框图;
图5为本实用新型实施例的第一LoRa传输单元的电路图;
图6为本实用新型实施例的第二LoRa传输单元的电路图;
图7为本实用新型实施例的LoRa中继器的电路图。
附图标记:
10-电力信息传输装置、20-电力集中器、30-主站服务器;
1-第一LoRa传输单元、11-第一MCU、12-第一LoRa通信模块、13- 电力集中器接口、14-第一电源模块、15-第一LED指示灯、16-第一红外接收模块;
2-第二LoRa传输单元、21-第二MCU、22-第二LoRa通信模块、23- 远程通信模块、24-第二电源模块、25-第二LED指示灯、26-第二红外接收模块;
3-LoRa中继器、31-第三MCU、32-第三LoRa通信模块、33-第三电源模块、34-第三LED指示灯、35-第三红外接收模块。
具体实施方式
为了使得本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例的附图,对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。
除非另外定义,本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。
为了保持本实用新型实施例的以下说明清楚且简明,本实用新型省略了已知功能和已知部件的详细说明。
图1至图7示出了本实用新型实施例的电力信息传输装置的结构示意图。如图1至图7所示,本实用新型实施例提供了一种电力信息传输装置10,用于电力集中器20与主站服务器30之间的电力信息传输,主站服务器30用于在预定的主站位置接收电力集中器20发送的用电信息,并向电力集中器20发送用电指令。
本实用新型实施例提供的电力信息传输装置10包括:
第一LoRa传输单元1,其包括第一MCU11以及分别与第一MCU11 连接的第一LoRa通信模块12和电力集中器接口13,第一LoRa通信模块12用于发送和接收LoRa数据,电力集中器接口13用于与电力集中器20连接;
第二LoRa传输单元2,其包括第二MCU21以及分别与第二MCU21 连接的第二LoRa通信模块22和远程通信模块23,第二LoRa通信模块 22与第一LoRa通信模块12通信连接,远程通信模块23用于与主站服务器30通信连接。
具体来说,第一LoRa传输单元1通过电力集中器接口13与电力集中器20连接,按照《电力用户用电信息采集系统通信协议》使用串口与电力集中器20进行通信。第一LoRa传输单元1使用LoRa无线扩频通信技术与第二LoRa传输单元2进行无线通信,第一LoRa传输单元1用于将电力集中器20采集的用户用电信息传输至第二LoRa传输单元2,以及接收第二LoRa传输单元2传输的主站服务器30的指令信息。第二LoRa传输单元2安装在运营商网络信号覆盖较好的地方,例如楼顶。第二LoRa传输单元2按照《电力用户用电信息采集系统通信协议》通过设置在第二LoRa传输单元2上的远程通信模块23与主站服务器30进行通信。第二LoRa传输单元2用于将第一LoRa传输单元 1传输的用电信息通过无线网络传输至主站服务器30,以及将主站服务器30的指令信息传输至电力集中器20。
本实用新型实施例提供的电力信息传输装置10通过在电力集中器 20与主站服务器30之间设置基于LoRa无线通信的电力信息传输装置10,利用LoRa无线网络可以将运营商网络信号不好地方的电力集中器 20传输至运营商网络信号好的地方,再通过运营商提供的无线网络(例如3G、4G、5G网络)传输至主站服务器30,实现用户用电信息的采集远传,有效解决了运营商网络信号弱或无运营商网络信号的地方用电信息的远程传输问题。另外,采用LoRa无线通信可以避免有线通信带来的施工不便和人力成本的增加,也可以减少布设电力专网和增加运营商网络基站带来的高成本投入,且电力信息传输装置10施工简单,运营维护方便。
在一些实施例中,如图2和图5所示,第一MCU11为第一LoRa传输单元1的主控芯片,用于控制第一LoRa传输单元1的运行,并实现数据通讯和数据运算处理功能。第一MCU11采用STM32F103RET6芯片,包括32位ARM处理器,能够实现安全低功耗和最佳性能。
第一LoRa通信模块12与第一MCU 11通过SPI接口连接,用于传输LoRa数据。第一LoRa通信模块12采用ZM433SX-M模块,ZM433SX-M 模块集成有+20dBm的可调功率放大器,并可获得超过-148dBm的接收灵敏度,以提高传输效果。
电力集中器接口13为2.54mm间距的双排针结构,用于与电力集中器20连接,实现与电力集中器20的有线通信。电力集中器接口13 通过串口接口与第一MCU11连接,或者,电力集中器接口13通过GPIO 接口与第一MCU11连接,实现电力集中器接口13和第二MCU 21之间的通信。
第一LoRa传输单元1还包括第一电源模块14,第一电源模块14 的输入端与电力集中器接口13电性连接,电力集中器20通过电力集中器接口13能够为第一LoRa传输单元1提供电源输入,电源输入为 DC3.8V~DC4.2V,经过第一电源模块14的电压转换后,电源输出为 DC3.3V,为整个第一LoRa传输单元1提供电源。第一电源模块14的输出端分别与第一MCU11和第一LoRa通信模块12电性连接。第一电源模块14采用LDO芯片CAT6219-330TD,其可以提供DC 3.3V,500mA 的电源。
第一LoRa传输单元1还包括用于显示其工作状态的第一LED指示灯15,第一LED指示灯15通过GPIO接口与第一MCU 11连接。第一 LED指示灯15包括电源指示灯、接收指示灯、发送指示灯以及运行指示灯,以分别显示第一LoRa传输单元1的不同工作状态。第一MCU 11控制相应的指示灯发亮或闪烁,接通电源时,电源指示灯发亮,接收 LoRa数据时,接收指示灯发亮或闪烁;发送LoRa数据时,发送指示灯发亮或闪烁;第一LoRa传输单元1运行工作时,运行指示灯发亮或闪烁。如图5所示,第一LED指示灯15(D1至D4)均为0805的贴片LED,低热量、高亮度、且坚固耐用。
第一LoRa传输单元1还包括第一红外接收模块16,第一红外接收模块16通过GPIO接口与第一MCU 11连接,用于安装、维护人员通过手持机等设备以红外通信的方式近距离无线配置第一LoRa通信模块12 的通信参数。第一红外接收模块16的接收头采用高灵敏度的红外线接收头,红外穿透性良好、接收灵敏度高;同时,采用带铁壳的接收头可以减少信号干扰。
如图3和图6所示,第二MCU21为第二LoRa传输单元2的主控芯片,第二MCU21采用与第一MCU11的型号相同的芯片,即采用 STM32F103RET6芯片。
第二LoRa通信模块22与第二MCU 21通过SPI接口连接,第二LoRa 通信模块22同样采用ZM433SX-M模块以提高传输效果。
远程通信模块23为2.54mm间距的双排针结构,用于通过GPRS、 3G、4G、5G等无线通信网络与主站服务器30通信连接。远程通信模块 23通过串口接口与第二MCU 21连接,或者,远程通信模块23通过GPIO 接口与第二MCU 21连接,实现远程通信模块23和第二MCU 21之间的通信。
第二LoRa传输单元2还包括第二电源模块24,第二电源模块24 由AC 220V提供电源输入,经过第二电源模块24的电压转换为第二LoRa 传输单元2所需的DC3.3V和DC4V电源输出。第二电源模块24的输出端分别与第二MCU21、第二LoRa通信模块22和远程通信模块23电性连接。第二电源模块24采用MIC29302AWU可以为远程通信模块23提供DC4V电源,同时采用LDO芯片CAT6219-330TD以提供DC3.3V,500mA 的电源。
第二LoRa传输单元2还包括第二LED指示灯25,第二LED指示灯 25通过GPIO接口与第二MCU21连接。第二LED指示灯25包括电源指示灯、接收指示灯、发送指示灯和运行指示灯,以分别显示第二LoRa 传输单元2的不同工作状态。第二LED指示灯25的结构与第一LED指示灯15类似,在此不再赘述。
第二LoRa传输单元2还包括第二红外接收模块26,第二红外接收模块26通过GPIO接口连接与第二MCU21,用于安装、维护人员通过手持机等设备以红外通信的方式近距离无线配置第二LoRa通信模块22 的通信参数。
在一些实施例中,电力信息传输装置10还包括设置在第一LoRa 传输单元1和第二LoRa传输单元2之间的LoRa中继器3,LoRa中继器3用于LoRa数据信号的重新发送或者转发,以扩大LoRa网络传输的距离。
当第一LoRa传输单元1和第二LoRa传输单元2之间由于障碍物较多等因素无法实现有效通信时,通过加入LoRa中继器3可以延长 LoRa无线通信距离,实现第一LoRa传输单元1和第二LoRa传输单元 2之间的可靠有效通信。LoRa中继器3的具体安装位置可以根据第一 LoRa传输单元1和第二LoRa传输单元2的安装位置确定,本实用新型不具体限定。
LoRa中继器3接收到第一LoRa传输单元1和第二LoRa传输单元 2传输的信息后,以中继器的地址为目标地址进行发送,判断目标地址是否为本地网络地址,如果不是,LoRa中继器3对信息进行转发起到中继的作用。
如图4和图7所示,LoRa中继器3包括第三MCU31与第三MCU31 连接的第三LoRa通信模块32,第三MCU31采用STM32F103RET6芯片,用于信息的接收、处理和转发工作。第三LoRa通信模块32与第三MCU31 之间通过SPI接口连接,第三LoRa通信模块32采用ZM433SX-M模块以提高传输效果。
LoRa中继器3还包括第三电源模块33,第三电源模块33采用 AC220-DC5V,2A的电源适配器和LDO芯片CAT6219-330TD的组合以提供DC3.3V,500mA的电源。第三电源模块33由AC 220V提供电源输入,经过第三电源模块33的电压转换提供LoRa中继器3所需的DC 3.3V电源输出。
LoRa中继器3还包括第三LED指示灯34,第三LED指示灯34包括电源指示灯、接收指示灯、发送指示灯和运行指示灯。第三LED指示灯34通过GPIO接口与第三MCU31连接,第三MCU31控制相应的指示灯闪烁,以对LoRa中继器3的工作状态进行监测。
LoRa中继器3还包括第三红外接收模块35,第三红外接收模块35 通过GPIO接口与第三MCU31连接,用于安装、维护人员通过手持机等设备以红外通信的方式近距离无线配置第三LoRa通信模块32的通信参数。
本实用新型实施例提供的电力信息传输装置10采用的LoRa无线扩频通信技术相较于与传统的调制技术,在抑制同频干扰方面性能明显。LoRa通信模块采用ZM433SX-M模块,可获得-148dBm的接收灵敏度,接收灵敏。同时,电力信息传输装置10引入LoRa中继器3大大提高了无线通信的距离,特别适用于复杂环境下的无线传输,适用范围广。
本实用新型实施例还提供了一种电力信息传输系统,包括电力集中器20、主站服务器30以及上述的电力信息传输装置10,电力信息传输装置10设置在电力集中器20与主站服务器30之间,电力信息传输装置10的第一LoRa传输单元1与电力集中器20通过串口连接,电力信息传输装置10的第二LoRa传输单元2与主站服务器30通信连接。
以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例,不用于限制本实用新型,本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内,对本实用新型做出各种修改或等同替换,这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围。内。

Claims (10)

1.一种电力信息传输装置,用于电力集中器与主站服务器之间的电力信息传输,其特征在于,所述电力信息传输装置包括:
第一LoRa传输单元,其包括第一MCU以及分别与所述第一MCU连接的第一LoRa通信模块和电力集中器接口,所述第一LoRa通信模块用于发送和接收LoRa数据,所述电力集中器接口用于与所述电力集中器连接;
第二LoRa传输单元,其包括第二MCU以及分别与所述第二MCU连接的第二LoRa通信模块和远程通信模块,所述第二LoRa通信模块与所述第一LoRa通信模块通信连接,所述远程通信模块用于与所述主站服务器通信连接。
2.根据权利要求1所述的电力信息传输装置,其特征在于,所述第一MCU和所述第二MCU均为STM32F103RET6芯片。
3.根据权利要求1所述的电力信息传输装置,其特征在于,所述第一LoRa通信模块和所述第二LoRa通信模块均为ZM433SX-M模块。
4.根据权利要求1所述的电力信息传输装置,其特征在于,所述第一LoRa传输单元还包括第一电源模块,所述第一电源模块的输入端与所述电力集中器接口电性连接,所述第一电源模块的输出端分别与所述第一MCU和所述第一LoRa通信模块电性连接;所述第二LoRa传输单元还包括第二电源模块,所述第二电源模块的输出端分别与所述第二MCU、所述第二LoRa通信模块和所述远程通信模块电性连接。
5.根据权利要求1所述的电力信息传输装置,其特征在于,所述第一LoRa传输单元还包括与所述第一MCU连接的第一LED指示灯,所述第一LED指示灯包括电源指示灯、接收指示灯、发送指示灯以及运行指示灯;所述第二LoRa传输单元还包括与所述第二MCU连接的第二LED指示灯,所述第二LED指示灯包括电源指示灯、接收指示灯、发送指示灯以及运行指示灯。
6.根据权利要求1所述的电力信息传输装置,其特征在于,所述第一LoRa传输单元还包括与所述第一MCU连接的第一红外接收模块,所述第二LoRa传输单元还包括与所述第二MCU连接的第二红外接收模块。
7.根据权利要求1所述的电力信息传输装置,其特征在于,所述远程通信模块通过GPRS、3G、4G或5G网络与所述主站服务器通信连接。
8.根据权利要求1所述的电力信息传输装置,其特征在于,所述电力信息传输装置还包括设置在所述第一LoRa传输单元和所述第二LoRa传输单元之间的LoRa中继器,所述LoRa中继器分别与所述第一LoRa传输单元和所述第二LoRa传输单元通信连接。
9.根据权利要求8所述的电力信息传输装置,其特征在于,所述LoRa中继器包括第三MCU以及与所述第三MCU连接的第三LoRa通信模块,所述第三LoRa通信模块分别与所述第一LoRa传输单元和所述第二LoRa通信模块通信连接。
10.一种电力信息传输系统,其特征在于,包括电力集中器、主站服务器以及根据权利要求1至9中任一项所述的电力信息传输装置,所述电力信息传输装置设置在所述电力集中器与所述主站服务器之间,所述电力信息传输装置的第一LoRa传输单元与所述电力集中器通过串口连接,所述电力信息传输装置的第二LoRa传输单元与所述主站服务器通信连接。
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