CN218550071U - 一种基于lora通信的低压集抄中继转发装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于LORA通信的低压集抄中继转发装置，包括：状态IO识别组件用于获取采集终端中公网通信模块的状态识别信号；状态IO模拟输出组件用于模拟输出公网通信模块的状态识别信号；UART信号捕捉组件用于获取采集终端或公网通信模块的信号波形数据；UART通信组件用于与采集终端或公网通信模块进行数据交互；LORA通信组件将采集终端的交互数据转换为LORA无线信号，并与相邻低压集抄中继转发装置的LORA通信组件进行数据交互；数据处理组件用于解析状态识别信号，用于模拟输出状态识别信号，用于解析信号波形数据并获取当前的波特率信息，用于控制LORA通信组件进行数据交互。

Description

一种基于LORA通信的低压集抄中继转发装置

技术领域

本实用新型涉及电力通信技术领域，特别涉及一种基于LORA通信的低压集抄中继转发装置。

背景技术

近年来，各地逐步推进智能型电网以及电能计量体系建设，计量管理水平稳步提升；随着用电信息采集系统建设的快速推进，计量现场监测工作正面临着更高的要求与挑战。各地电力系统现有本地下行通信信道(面向表计进行抄表)以微功率475Mhz、高速载波HPLC、RS-485通讯线为主，但上行信道(面向采集主站进行数据上传)受限于三大运营商的4G/3G/2G公网信号覆盖，公网信号覆盖较弱的地区(地下站室或配电室)或无公网信号覆盖的地区会出现抄表结束后采集终端因网络信号问题而无法将数据上报至采集主站的情况，从而导致采集系统无数据的状态。

由图1可知，数据的通信方向是电能表-》采集器-》集中器(一种采集终端)-》主站，集中器负责汇总整体台区的所有电能表的数据，而每个台区包含少则几个，多则上千的电能表，这意味着一旦集中器与主站的通道失去联系，就会导致整个台区数据的丢失，凸显了集中器与主站之间通道的重要性。由图2可知，目前大部分地区的集中器与主站之前是通过三大运营商的4G/3G/GPRS等无线方式进行通信的，虽然三大运营商的技术已经较为成熟，但据统计仍有约5％～10％的台区处在该通道断开的情况，这些台区的集中器大部分安装在较深层的地下室，或与基站距离较远的偏僻地区，往往因为最后的“1公里”距离内有较强的衰减特性或超出信号强度范围，使4G/3G/GPRS等信号无法穿透或覆盖到，从而导致采集电能量无法传输，严重影响计量自动化系统运行稳定性和覆盖性。

为解决上述问题，现有技术中多采用如下技术方案：一是协调运营商更改当地基站的设置，或增加配套的信号放大器装置以提高接收和发射性能，从而增加其工作的有效范围；二是通过优化4G/3G/2G通信模块的原理或提高发射性能，从而增加其工作的有效范围；三是如图3所示，通过局域以太网通信的方式实现数据的转发，以实现传递范围的延伸。其中各中继装置之间是通过实线网线线缆进行连接的，在使用前需要进行人员配置相应的以太网络相关信息；四是如图4,所示，通过AC220V电力线的上HPLC载波方式实现数据的转发，以实现传递范围的延伸。

但上述方案中，技术方案1中变动性较大，涉及施工单位较多，同时一个基站牵扯的区域用户较多，不易轻易实施，同时也具有一定的增强极限，提升空间较小；技术方案2中需要通信模块厂家对模块进行优化设计进行更换替代，同时也具有一定的增强极限，提升空间较小；技术方案3中设备安装需要通过实际网线进行连接，对于需延伸距离较长、或空间复杂的环境里如多个房间之间不方便进行线缆布线铺设，且在使用前还需要配置相关局域网络的IP等配置参数，操作较麻烦；技术方案4中是占用了HPLC电力线载波的通道，但是在低压集抄系统中，采集终端抄读电能表的数据也是通过HPLC电力线载波通道，这样同时工作时，载波信号之间就会存在互相干扰的情况，从而影响双方的通信质量。

发明内容

本实用新型实施例的目的是提供一种基于LORA通信的低压集抄中继转发装置，通过LORA通信方式实现采集终端在公网信号弱时借由相邻采集终端传递数据实现该采集终端与采集主站之间的数据交互，具有数据无线传递距离远、数据接收灵敏度高、可实现多级级联传输数据，大大提高了信号无线传输范围，克服了公网通信信号弱或覆盖范围小等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例的第一方面提供了一种基于LORA通信的低压集抄中继转发装置，用于电力系统中采集终端与采集主站的数据交互，包括：数据处理组件及分别与其连接的状态IO识别组件、状态IO模拟输出组件、UART信号捕捉组件、UART通信组件和LORA通信组件；

所述状态IO识别组件用于获取所述采集终端中公网通信模块的状态识别信号；

所述状态IO模拟输出组件用于模拟输出所述公网通信模块的状态识别信号；

所述UART信号捕捉组件用于获取所述采集终端或所述公网通信模块的信号波形数据；

所述UART通信组件用于与所述采集终端或所述公网通信模块进行数据交互；

所述LORA通信组件将所述采集终端的交互数据转换为LORA无线信号，并与相邻所述低压集抄中继转发装置的所述LORA通信组件进行数据交互；

所述数据处理组件用于解析所述公网通信模块的所述状态识别信号，用于控制所述状态IO模拟输出组件模拟输出所述状态识别信号，用于解析所述UART信号捕捉组件的所述信号波形数据并获取当前的波特率信息，用于控制所述LORA通信组件进行数据交互。

进一步地，所述LORA通信组件与相邻所述低压集抄中继转发装置中的所述LORA通信组件两两之间对应绑定。

进一步地，所述公网通信模块通过4G/3G/2G进行数据通信。

相应地，本实用新型实施例的第二方面提供了一种基于LORA通信的低压集抄中继转发装置数据检测方法，通过上述基于LORA通信的低压集抄中继转发装置进行数据检测，包括如下步骤：

基于UART信号捕捉组件获取采集终端的信号波形数据；

基于数据处理组件对所述信号波形数据进行解析，获取其时间信息；

获取所述时间信息中相邻时间差的最小值；

依据所述相邻时间差的最小值的倒数与若干个波特率标准值进行比较，与所述相邻时间差的最小值的倒数最接近的所述波特率标准值为当前使用波特率值。

进一步地，所述依据所述相邻时间差的最小值的倒数与若干个波特率标准值进行比较之后，还包括：

判断下一帧所述信号波形数据是否存在预设字符串；

如是，则判定所述当前使用波特率值识别正确；

如否，则重新获取所述采集终端的所述信号波形数据。

相应地，本实用新型实施例的第三方面提供了一种采集终端，包括上述基于LORA通信的低压集抄中继转发装置；

所述采集终端可通过其所述低压集抄中继转发装置与相邻所述采集终端的所述低压集抄中继转发装置以LORA通信方式进行数据交互。

相应地，本实用新型实施例的第四方面提供了一种电力通信系统，包括：若干个采集终端、采集主站；

所述采集终端在其公网通信模块信号较弱时与相邻所述采集终端通过级联LORA通信方式进行数据交互，通过相邻所述采集终端的所述公网通信模块与所述采集主站进行数据交互。

进一步地，所述采集终端中的低压集抄中继转发装置与相邻所述采集终端中的所述低压集抄中继转发装置两两之间对应绑定。

相应地，本实用新型实施例的第五方面提供了一种电力通信方法，用于控制上述电力通信系统进行数据交互，包括如下步骤：

获取采集终端的公网通信模块的信号强度信号；

在所述信号强度信号低于预设阈值时，通过所述采集终端的低压集抄中继转发装置与相邻所述采集终端的所述低压集抄中继转发装置以LORA通信方式进行数据交互；

通过相邻所述采集终端的公网通信模块，将本所述采集终端的数据与采集主站的数据进行交互。

进一步地，所述获取采集终端的公网通信模块的信号强度信号前，还包括：

采集终端通过其低压集抄中继转发装置的状态IO模拟输出组件获取模块识别信号；

在接收到所述模块识别信号后，通过UART通信组件与所述低压集抄中继转发装置进行数据交互。

本实用新型实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过LORA通信方式实现采集终端在公网信号弱时借由相邻采集终端传递数据实现该采集终端与采集主站之间的数据交互，具有数据无线传递距离远、数据接收灵敏度高、可实现多级级联传输数据，大大提高了信号无线传输范围，克服了公网通信信号弱或覆盖范围小等问题。

附图说明

图1是现有的低压集抄采集系统简略图；

图2是现有的信号盲区故障；

图3是现有的局域以太网通信原理示意图；

图4是现有的HPLC载波通信原理示意图；

图5是本实用新型实施例的基于LORA通信的低压集抄中继转发装置数据转发示意图；

图6是本实用新型实施例的基于LORA通信的低压集抄中继转发装置原理示意图；

图7是本实用新型实施例的信号波形数据示意图；

图8是本实用新型实施例的采集终端数据交互示意图；

图9是本实用新型实施例的电力通信系统数据交互流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

请参照图5、图6，本实用新型实施例的第一方面提供了一种基于LORA通信的低压集抄中继转发装置，用于电力系统中采集终端与采集主站的数据交互，包括：数据处理组件及分别与其连接的状态IO识别组件、状态IO模拟输出组件、UART信号捕捉组件、UART通信组件和LORA通信组件；状态IO识别组件用于获取采集终端中公网通信模块的状态识别信号；状态IO模拟输出组件用于模拟输出公网通信模块的状态识别信号；UART信号捕捉组件用于获取采集终端或公网通信模块的信号波形数据；UART通信组件用于与采集终端或公网通信模块进行数据交互；LORA通信组件将采集终端的交互数据转换为LORA无线信号，并与相邻低压集抄中继转发装置的LORA通信组件进行数据交互；数据处理组件用于解析公网通信模块的状态识别信号，用于控制状态IO模拟输出组件模拟输出状态识别信号，用于解析UART信号捕捉组件的信号波形数据并获取当前的波特率信息，用于控制LORA通信组件进行数据交互。

基于LORA通信的低压集抄中继转发装置，LORA技术最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍，在空旷的环境中，有效通信距离可到2～3公里。该装置的发射功率可以最大设置为30dBm，接收灵敏度-117dBm，并可支持多级级联的方式，多设备之间自动组网通信，通过多个设备之间的多级增强，可以将信号范围大大增加。同时LORA是一种微功率无线技术，通过电磁波空中传输，不需要实线连接，这样就没有了线缆布线的限制。另外，也不会占用AC220电力线以致于对原系统中的HPLC载波通信产生影响。

此外，状态自动识别组件，可以自动识别原采集终端、4G/3G/2G通信模块的一些基本状态，如IO管脚状态，UART通信波特率等，无需人为手工设置，无需更改原系统参数配置，减少操作步骤，即插即用，简单方便。LORA无线通信之间，采用自身唯一信息ID、CSMA/CD算法等机制消除同型号设备之间的干扰影响，从而保证数据传输的稳定性。

进一步地，LORA通信组件与相邻低压集抄中继转发装置中的LORA通信组件两两之间对应绑定。

进一步地，公网通信模块通过4G/3G/2G进行数据通信。

相应地，本实用新型实施例的第二方面提供了一种基于LORA通信的低压集抄中继转发装置数据检测方法，通过上述基于LORA通信的低压集抄中继转发装置进行数据检测，包括如下步骤：

S110，基于UART信号捕捉组件获取采集终端的信号波形数据。

S120，基于数据处理组件对信号波形数据进行解析，获取其时间信息。

S130，获取时间信息中相邻时间差的最小值。

S140，依据相邻时间差的最小值的倒数与若干个波特率标准值进行比较，与相邻时间差的最小值的倒数最接近的波特率标准值为当前使用波特率值。

在一个具体实施方式中，如图7所示，通过信号波形实现UART通信波特率识别的流程，举例如下是通过UART信号捕捉组件采集到一段信号波形，处理组件通过解析可获知以下时间信息t1～t8，则每个波形的保持时间为2个相邻时间之差，如(t2-t1),这里我们计算这一段的所有的相邻时间之差，并比较求出其中的最小值，假设(t2-t1)是最小值，从而计算出波特率为1/(t2-t1)，再与标准的波特率(9600，19200，38400，115200)比较，最接近的值即可认定为当前使用的波特率值。

上述装置中，通过状态IO自动识别和模拟输出功能，可自动识别和模拟各模块之间的IO状态，减少人为干预和操作。基于LORA微功率无线的技术特点，实现了低功耗和远距离的统一，大大提供信号延长的范围，无需实际布线，减少安装难度，同时也不会对现有的抄表系统中的HPLC载波信道形成干扰，比现有的其他技术方案更具有优势性、普遍性和可实施性。

进一步地，步骤S140中，依据相邻时间差的最小值的倒数与若干个波特率标准值进行比较之后，还包括：

S151，判断下一帧信号波形数据是否存在预设字符串。

S152，如是，则判定当前使用波特率值识别正确。

S153，如否，则重新获取采集终端的信号波形数据。

具体的，设定当前波特率后，对接收到的下一帧数据内容进行判断，是否存在通信协议中要求的固定字符串“AT”，如果存在，则当前波特率识别成功，否则重复上述过程。

通过上述通信接口波特率自动识别功能，可根据通信信号波形和数据，快速获知当前通信参数数值，实现自动匹配。

相应地，本实用新型实施例的第三方面提供了一种采集终端，包括上述基于LORA通信的低压集抄中继转发装置；采集终端可通过其低压集抄中继转发装置与相邻采集终端的低压集抄中继转发装置以LORA通信方式进行数据交互。

相应地，本实用新型实施例的第四方面提供了一种电力通信系统，包括：若干个采集终端、采集主站；采集终端在其公网通信模块信号较弱时与相邻采集终端通过级联LORA通信方式进行数据交互，通过相邻采集终端的公网通信模块与采集主站进行数据交互。

具体的，采集终端中的低压集抄中继转发装置与相邻采集终端中的低压集抄中继转发装置两两之间对应绑定。

如图8所示，LORA中继转发装置1与LORA中继转发装置2在安装前会通过绑定过程将2个设备互相进行绑定，这样可以保证在某个环境安装多个LORA中继转发装置存在多路LORA无线通信时不会互相干扰。

LORA中继转发装置2通过状态IO模拟输出组件输出模拟的状态IO信号，让采集终端识别到有模块在位连接在采集终端上(电网标准要求中采集终端要通过状态IO识别到模块在位后才可以进行数据通信)，然后采集终端通过UART通信组件将数据传递给LORA中继转发装置2，LORA中继转发装置2再经过一些处理后通过LORA通信组件发送到对端设备LORA中继转发装置1，同样的，LORA中继转发2通过LORA通信组件接收到的LORA中继转发装置1的数据也会经过一些处理后，再通过UART通信组件传递给采集终端。

不同是LORA中继转发装置1通过状态IO识别组件对4G/3G/2G通信模块的状态IO进行识别，然后通过处理后通过LORA通信组件传递给LORA中继转发装置2，让LORA中继转发装置2中的状态IO模拟输出组件模拟输出与4G/3G/2G通信模块同样的状态IO信息，从而让采集终端能够识别到在位状态而开始进行通信，其他的功能与上面介绍过程一致。

上述电力通信系统中，基于状态IO识别和通信接口波特率自动识别功能，可自动获取不同采集终端和4G/3G/2G通信模块的相应状态，无需更改原系统的相关配置，也不需要增加额外的该中继装置的配置，具备较强的通用性，减少因各厂家差异性而需适配的烦恼。

此外，灵活的多级级联方式，电力通信系统可以依据采集终端中低压集抄中继转发装置自身的唯一身份ID，自动进行多级组网通信，实现使信号增强的程度进一步提高，较于其他技术方案，可适合的更多现场使用环境。

相应地，请参照图9，本实用新型实施例的第五方面提供了一种电力通信方法，用于控制上述电力通信系统进行数据交互，包括如下步骤：

S220，获取采集终端的公网通信模块的信号强度信号。

S230，在信号强度信号低于预设阈值时，通过采集终端的低压集抄中继转发装置与相邻采集终端的低压集抄中继转发装置以LORA通信方式进行数据交互。

S240，通过相邻采集终端的公网通信模块，将本采集终端的数据与采集主站的数据进行交互。

进一步地，获取采集终端的公网通信模块的信号强度信号前，还包括：

S211，采集终端通过其低压集抄中继转发装置的状态IO模拟输出组件获取模块识别信号。

S212，在接收到模块识别信号后，通过UART通信组件与低压集抄中继转发装置进行数据交互。

本实用新型实施例旨在保护一种基于LORA通信的低压集抄中继转发装置、采集终端及电力通信系统，上述技术方案具备如下效果：

通过LORA通信方式实现采集终端在公网信号弱时借由相邻采集终端传递数据实现该采集终端与采集主站之间的数据交互，具有数据无线传递距离远、数据接收灵敏度高、可实现多级级联传输数据，大大提高了信号无线传输范围，克服了公网通信信号弱或覆盖范围小等问题。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (6)

1.一种基于LORA通信的低压集抄中继转发装置，其特征在于，用于电力系统中采集终端与采集主站的数据交互，包括：数据处理组件及分别与其连接的状态IO识别组件、状态IO模拟输出组件、UART信号捕捉组件、UART通信组件和LORA通信组件；

所述状态IO识别组件用于获取所述采集终端中公网通信模块的状态识别信号；

所述状态IO模拟输出组件用于模拟输出所述公网通信模块的状态识别信号；

所述UART信号捕捉组件用于获取所述采集终端或所述公网通信模块的信号波形数据；

所述UART通信组件用于与所述采集终端或所述公网通信模块进行数据交互；

所述LORA通信组件将所述采集终端的交互数据转换为LORA无线信号，并与相邻所述低压集抄中继转发装置的所述LORA通信组件进行数据交互；

所述数据处理组件用于解析所述公网通信模块的所述状态识别信号，用于控制所述状态IO模拟输出组件模拟输出所述状态识别信号，用于解析所述UART信号捕捉组件的所述信号波形数据并获取当前的波特率信息，用于控制所述LORA通信组件进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的基于LORA通信的低压集抄中继转发装置，其特征在于，

所述LORA通信组件与相邻所述低压集抄中继转发装置中的所述LORA通信组件两两之间对应绑定。

3.根据权利要求1所述的基于LORA通信的低压集抄中继转发装置，其特征在于，

所述公网通信模块通过4G/3G/2G进行数据通信。

4.一种采集终端，其特征在于，包括：如权利要求1-3任一所述的基于LORA通信的低压集抄中继转发装置；

所述采集终端可通过其所述低压集抄中继转发装置与相邻所述采集终端的所述低压集抄中继转发装置以LORA通信方式进行数据交互。

5.一种电力通信系统，其特征在于，包括：如权利要求4所述的若干个采集终端、采集主站；

所述采集终端在其公网通信模块信号较弱时与相邻所述采集终端通过级联LORA通信方式进行数据交互，通过相邻所述采集终端的所述公网通信模块与所述采集主站进行数据交互。

6.根据权利要求5所述的电力通信系统，其特征在于，

所述采集终端中的低压集抄中继转发装置与相邻所述采集终端中的所述低压集抄中继转发装置两两之间对应绑定。

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