本發(fā)明涉及分布式農(nóng)排費(fèi)控系統(tǒng)，屬于農(nóng)排技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

農(nóng)田機(jī)井灌溉作為我國(guó)中、西部及北部等糧食主產(chǎn)區(qū)一種最有效的抗旱保濕措施，國(guó)家連續(xù)多年出臺(tái)多項(xiàng)政策支持和保障農(nóng)排工程建設(shè)。農(nóng)排是一種農(nóng)田灌溉設(shè)施，一般由機(jī)井、水泵、供電線(xiàn)路、變壓器等設(shè)施組成。當(dāng)前農(nóng)排費(fèi)控系統(tǒng)主要是由多功能三相表來(lái)完成，實(shí)行一表一井，單個(gè)電表實(shí)現(xiàn)計(jì)量、計(jì)費(fèi)、結(jié)算等功能，多數(shù)電表無(wú)遠(yuǎn)程通信能力，造成農(nóng)排表用電信息的采集需人工實(shí)地逐表抄讀，增加了人力成本及數(shù)據(jù)結(jié)算的時(shí)效性。

并且，之前我們研制的農(nóng)排費(fèi)控終端為集計(jì)量、計(jì)費(fèi)、刷卡等多種功能的智能電表，首先，電表為市電供電，刷卡使用者有潛在的觸電風(fēng)險(xiǎn)，國(guó)內(nèi)相關(guān)報(bào)道也是屢見(jiàn)不鮮；其次，電表功能繁多不符合當(dāng)前計(jì)量機(jī)具的發(fā)展趨勢(shì)；再次，多功能之間處理不好會(huì)相互的耦合，有可能會(huì)波及計(jì)量功能，甚至?xí)鸾?jīng)濟(jì)糾紛。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種分布式農(nóng)排費(fèi)控系統(tǒng)，用以解決當(dāng)前的費(fèi)控系統(tǒng)不符合發(fā)展趨勢(shì)的問(wèn)題。本發(fā)明還提供另一種分布式農(nóng)排費(fèi)控系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種分布式農(nóng)排費(fèi)控系統(tǒng)，包括農(nóng)排費(fèi)控終端和至少兩個(gè)分布式裝置，所述農(nóng)排費(fèi)控終端與各分布式裝置通信連接，所述分布式裝置包括刷卡機(jī)、電能表和外置負(fù)荷開(kāi)關(guān)，電能表用于采集對(duì)應(yīng)水泵的電量信息，外置負(fù)荷開(kāi)關(guān)用于串設(shè)在對(duì)應(yīng)水泵的供電線(xiàn)路上，所述農(nóng)排費(fèi)控終端連接各分布式裝置中的刷卡機(jī)和電能表，各分布式裝置中的電能表控制連接對(duì)應(yīng)的外置負(fù)荷開(kāi)關(guān)。

所述分布式農(nóng)排費(fèi)控系統(tǒng)還包括與分布式裝置一一對(duì)應(yīng)的、用于轉(zhuǎn)換通信方式的通道轉(zhuǎn)換器，所述農(nóng)排費(fèi)控終端通過(guò)各通道轉(zhuǎn)換器與對(duì)應(yīng)的分布式裝置通信連接。

所述通道轉(zhuǎn)換器中有一個(gè)用于將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的電能轉(zhuǎn)換模塊，所述電能轉(zhuǎn)換模塊輸出供電連接對(duì)應(yīng)的刷卡機(jī)。

各分布式裝置中的電能表和外置負(fù)荷開(kāi)關(guān)集成設(shè)置。

所述農(nóng)排費(fèi)控終端安裝在臺(tái)區(qū)配電變壓器處箱體中，所述電能表和外置負(fù)荷開(kāi)關(guān)安裝在對(duì)應(yīng)的機(jī)井配電計(jì)量箱體內(nèi)，所述刷卡機(jī)安裝在對(duì)應(yīng)的機(jī)井配電計(jì)量箱體的外部線(xiàn)桿上。

一種分布式農(nóng)排費(fèi)控系統(tǒng)，包括農(nóng)排費(fèi)控終端和至少兩個(gè)分布式裝置，所述農(nóng)排費(fèi)控終端與各分布式裝置通信連接，所述分布式裝置包括刷卡機(jī)和電能表，電能表用于采集對(duì)應(yīng)水泵的電量信息，所述農(nóng)排費(fèi)控終端連接各分布式裝置中的刷卡機(jī)和電能表，各分布式裝置中的電能表具有用于控制連接串設(shè)在對(duì)應(yīng)水泵的供電線(xiàn)路上的外置負(fù)荷開(kāi)關(guān)的相應(yīng)端口。

所述分布式農(nóng)排費(fèi)控系統(tǒng)還包括與分布式裝置一一對(duì)應(yīng)的、用于轉(zhuǎn)換通信方式的通道轉(zhuǎn)換器，所述農(nóng)排費(fèi)控終端通過(guò)各通道轉(zhuǎn)換器與對(duì)應(yīng)的分布式裝置通信連接。

所述通道轉(zhuǎn)換器中有一個(gè)用于將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的電能轉(zhuǎn)換模塊，所述電能轉(zhuǎn)換模塊輸出供電連接對(duì)應(yīng)的刷卡機(jī)。

所述農(nóng)排費(fèi)控終端安裝在臺(tái)區(qū)配電變壓器處箱體中，所述電能表和外置負(fù)荷開(kāi)關(guān)安裝在對(duì)應(yīng)的機(jī)井配電計(jì)量箱體內(nèi)，所述刷卡機(jī)安裝在對(duì)應(yīng)的機(jī)井配電計(jì)量箱體的外部線(xiàn)桿上。

首先，本發(fā)明提供的分布式農(nóng)排費(fèi)控系統(tǒng)中，一個(gè)農(nóng)排費(fèi)控終端與至少兩個(gè)分布式裝置通信連接，一個(gè)農(nóng)排費(fèi)控終端能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)分布式裝置進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)分布式采集和信息統(tǒng)一處理，而且，相較于傳統(tǒng)農(nóng)排費(fèi)控系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)的投入成本，進(jìn)而減小了系統(tǒng)維護(hù)難度；而且農(nóng)排費(fèi)控終端對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一采集和統(tǒng)一處理，有利于系統(tǒng)維護(hù)，便于數(shù)據(jù)的集中式管理。該系統(tǒng)采用模塊化的結(jié)構(gòu)，每個(gè)部分均是獨(dú)立的裝置，比如：刷卡機(jī)、電能表和外置負(fù)荷開(kāi)關(guān)均是獨(dú)立的設(shè)備，便于系統(tǒng)的維修和更換，同時(shí)剝離了非計(jì)量功能，減小了其他功能對(duì)計(jì)量功能的影響，有效降低由于計(jì)量引起經(jīng)濟(jì)糾紛，另外，將計(jì)量和計(jì)費(fèi)功能分離，符合當(dāng)前計(jì)量機(jī)具的發(fā)展趨勢(shì)。該系統(tǒng)將用戶(hù)接觸的部分全部使用低于人體安全電壓供電，大大減小了用戶(hù)觸電的風(fēng)險(xiǎn)，農(nóng)排費(fèi)控終端是在當(dāng)前國(guó)網(wǎng)ⅰ型集中器功能的擴(kuò)展版，與當(dāng)前的用采系統(tǒng)可以無(wú)縫對(duì)接。因此，該系統(tǒng)尤其適用于農(nóng)村。

附圖說(shuō)明

圖1是分布式農(nóng)排費(fèi)控系統(tǒng)控制原理示意圖；

圖2是農(nóng)排費(fèi)控終端的功能模塊示意圖；

圖3是刷卡機(jī)的功能模塊示意圖；

圖4是通道轉(zhuǎn)換器的功能模塊示意圖；

圖5是macminbe自適應(yīng)算法軟件流程示意圖；

圖6是csma/ca算法改進(jìn)軟件流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

分布式農(nóng)排費(fèi)控系統(tǒng)實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例提供的分布式農(nóng)排費(fèi)控系統(tǒng)包括農(nóng)排費(fèi)控終端和至少兩個(gè)分布式裝置，農(nóng)排費(fèi)控終端與各分布式裝置通信連接，分布式裝置包括刷卡機(jī)、電能表和負(fù)荷開(kāi)關(guān)等。由于通常情況下，農(nóng)排所用水泵中的電機(jī)為三相交流電機(jī)，所以，電能表為三相電能表。對(duì)于一個(gè)機(jī)井來(lái)說(shuō)，三相交流電通過(guò)供電線(xiàn)路供電連接該機(jī)井中的水泵，在供電線(xiàn)路上串設(shè)有三相電能表和負(fù)荷開(kāi)關(guān)(由于該負(fù)荷開(kāi)關(guān)為外置的，所以，該負(fù)荷開(kāi)關(guān)稱(chēng)為外置負(fù)荷開(kāi)關(guān))，該三相電能表用于檢測(cè)水泵的電量信息。其中，分布式裝置只是一個(gè)便于說(shuō)明而定義的統(tǒng)稱(chēng)，并不對(duì)系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)做限定。

農(nóng)排費(fèi)控終端通過(guò)相應(yīng)的通信接口連接各分布式裝置中的刷卡機(jī)和電能表，各分布式裝置中的電能表控制連接對(duì)應(yīng)的外置負(fù)荷開(kāi)關(guān)，即電能表可以接收農(nóng)排費(fèi)控終端發(fā)送的控制指令以對(duì)相應(yīng)的外置負(fù)荷開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。另外，為了實(shí)現(xiàn)智能化管理，外置負(fù)荷開(kāi)關(guān)和三相電能表可以集成化設(shè)置，集成為一個(gè)智能電能表，因此，該智能電能表同時(shí)具有計(jì)量和開(kāi)關(guān)的功能。

農(nóng)排費(fèi)控終端是分布式農(nóng)排費(fèi)控系統(tǒng)的核心設(shè)備，上行可與用電信息采集主站連接，下行與智能電能表和刷卡機(jī)連接，具有用電數(shù)據(jù)采集、費(fèi)控管理等功能。通信功能：上行與主站通信，完成費(fèi)控終端與主站信息交互，將用電信息通過(guò)遠(yuǎn)程傳送到用電信息采集系統(tǒng)后臺(tái)主站；下行與刷卡機(jī)和智能電能表通信，完成費(fèi)控終端與下行設(shè)備的信息交互。

本實(shí)施例中，農(nóng)排費(fèi)控終端是一種改進(jìn)型的國(guó)網(wǎng)ⅰ型集中器，增加了相應(yīng)的刷卡費(fèi)控功能。如圖2所示，本實(shí)施例給出農(nóng)排費(fèi)控終端的一種功能模塊示意圖，當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于該實(shí)施方式。農(nóng)排費(fèi)控終端具有以下功能：卡信息處理功能：費(fèi)控終端獲取用戶(hù)刷卡信息后，能夠?qū)ㄐ畔⑦M(jìn)行加解密、分析、處理等功能；費(fèi)控功能：能夠?qū)崿F(xiàn)電費(fèi)結(jié)算，通斷電控制等費(fèi)控功能；采集功能：費(fèi)控終端具有除交采之外的集中器的全部功能，包括：用電數(shù)據(jù)采集、檔案管理功能、參數(shù)設(shè)置和查詢(xún)功能、數(shù)據(jù)管理和存儲(chǔ)功能、事件記錄功能等。

刷卡機(jī)是農(nóng)排費(fèi)控終端外接的人機(jī)交互設(shè)備，可以為用戶(hù)提供刷卡扣費(fèi)、語(yǔ)音播報(bào)、金額查詢(xún)等功能。刷卡機(jī)獲取用戶(hù)卡信息后，將用戶(hù)卡信息發(fā)送到農(nóng)排費(fèi)控終端，終端對(duì)用戶(hù)卡信息進(jìn)行分析和處理，并將處理結(jié)果發(fā)送到刷卡機(jī)，由刷卡機(jī)完成寫(xiě)卡操作。如圖3所示，給出一種刷卡機(jī)的功能模塊的示意圖，刷卡機(jī)由射頻卡模塊、按鍵電路、lcd/led顯示、電源電路、通信模塊、語(yǔ)音模塊等組成。其中射頻卡模塊完成射頻卡讀寫(xiě)操作；按鍵、lcd/led顯示、語(yǔ)音及指示燈電路完成人機(jī)交互操作；通信模塊完成刷卡機(jī)與農(nóng)排費(fèi)控終端的數(shù)據(jù)通信功能。

為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)排費(fèi)控終端與各分布式裝置的有效通信，該分布式農(nóng)排費(fèi)控系統(tǒng)中還設(shè)置有通道轉(zhuǎn)換器，用于轉(zhuǎn)換通信方式，將通信方式轉(zhuǎn)換成所需的方式。并且，通道轉(zhuǎn)換器與分布式裝置一一對(duì)應(yīng)。在本實(shí)施例中，通道轉(zhuǎn)換器是一種將寬帶載波、微功率無(wú)線(xiàn)、can通信等通信方式轉(zhuǎn)換為rs485通信的轉(zhuǎn)換設(shè)備，將農(nóng)排費(fèi)控終端的通信通道轉(zhuǎn)換為刷卡機(jī)和智能電能表所需的rs485通道，實(shí)現(xiàn)農(nóng)排費(fèi)控終端與刷卡機(jī)和智能電能表的數(shù)據(jù)通信。如圖1所示，對(duì)于其中一個(gè)通道轉(zhuǎn)換器，輸出兩路rs_485總線(xiàn)，其中一路與智能電能表通信，另一路與刷卡機(jī)通信。農(nóng)排費(fèi)控終端內(nèi)嵌can總線(xiàn)或電力線(xiàn)載波的通信模塊，通過(guò)通道轉(zhuǎn)換器中的can總線(xiàn)、寬帶載波、微功率無(wú)線(xiàn)模塊等轉(zhuǎn)rs485模塊實(shí)現(xiàn)與智能電能表和刷卡機(jī)之間實(shí)時(shí)通信，完成計(jì)量信息自動(dòng)采集和刷卡用電管理。考慮到農(nóng)排費(fèi)控終端的工作能力，設(shè)定其最大可以支撐16塊智能電能表的數(shù)據(jù)采集，即農(nóng)排費(fèi)控終端最多與16個(gè)分布式裝置通信連接。圖4是通道轉(zhuǎn)換器的功能模塊簡(jiǎn)易圖。

并且，通道轉(zhuǎn)換器中設(shè)置有電能轉(zhuǎn)換模塊，采用220v交流電供電，那么，進(jìn)一步地，為了防止用戶(hù)刷卡用電時(shí)會(huì)靠近非安全電壓而導(dǎo)致的觸電風(fēng)險(xiǎn)，電能轉(zhuǎn)換模塊還能夠?qū)?20v交流電轉(zhuǎn)換成12v的直流電，并且還可以從通道轉(zhuǎn)換器中的電能轉(zhuǎn)換模塊中引出一條直流12v供電線(xiàn)路，為刷卡機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)刷卡機(jī)與強(qiáng)電的有效隔離，保證用戶(hù)使用安全。

在安裝布置時(shí)，農(nóng)排費(fèi)控終端可以安裝在臺(tái)區(qū)配電變壓器處箱體中，每個(gè)機(jī)井處設(shè)置有一個(gè)機(jī)井配電計(jì)量箱，通道轉(zhuǎn)換器、電能表和外置負(fù)荷開(kāi)關(guān)均安裝于井口計(jì)量箱內(nèi)，為了便于刷卡，刷卡機(jī)可以放置在用戶(hù)刷卡較為方便的位置，比如安裝在計(jì)量箱外部線(xiàn)桿上，距離地面1.4米左右，可以實(shí)現(xiàn)在井口直接刷卡用電，用戶(hù)體驗(yàn)較好。

另外，當(dāng)農(nóng)排費(fèi)控終端與通道裝換器之間的通信方式為微功率無(wú)線(xiàn)時(shí)，那么，多臺(tái)刷卡機(jī)同時(shí)刷卡時(shí)可能會(huì)造成數(shù)據(jù)傳輸沖突，為提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β?，在ieee802.15.4csma/ca算法的基礎(chǔ)上，考慮到刷卡機(jī)的數(shù)量及信息發(fā)送次數(shù)對(duì)macminbe的影響，制定了macminbe自適應(yīng)加權(quán)算法，具體如下：

式中，設(shè)定n為當(dāng)前刷卡機(jī)的數(shù)量；ni為前i次通信節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；num1為經(jīng)驗(yàn)值取值為5；nave為前num1次通信時(shí)刷卡機(jī)具節(jié)點(diǎn)數(shù)量的加權(quán)值；αi為節(jié)點(diǎn)數(shù)加權(quán)系數(shù)。

式中，nbave為前num2次通信退避次數(shù)加權(quán)值，βi為通信退避次數(shù)加權(quán)系數(shù)，nbi為前i次通信退避次數(shù)。

那么，當(dāng)n＞nave和nb＞nbave同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)，將macminbe數(shù)值加1，即

macminbe＝macminbe+1；

當(dāng)n＜nave和nb＜nbave同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)，將macminbe數(shù)值減1，即

macminbe＝macminbe-1。

其他macminbe均保持不變，macminbe自適應(yīng)加權(quán)算法軟件流程圖如圖5所示，csma/ca算法增加macminbe自適應(yīng)算法后，軟件流程圖如圖6所示。

當(dāng)多臺(tái)刷卡機(jī)具同時(shí)刷卡時(shí)，農(nóng)排費(fèi)控終端采用了基于自適應(yīng)動(dòng)態(tài)的csma/ca改進(jìn)算法，提高通信合格率。

另外，農(nóng)排費(fèi)控終端可以存儲(chǔ)刷卡機(jī)檔案信息和電能表檔案信息，電能表檔案可通過(guò)定時(shí)(或者立即)啟動(dòng)自動(dòng)搜表指令，更新每個(gè)費(fèi)控終端所屬電能表的檔案。農(nóng)排費(fèi)控終端和刷卡機(jī)同樣采用一拖多的模式，但為方便用戶(hù)使用，農(nóng)排費(fèi)控終端采用實(shí)時(shí)輪詢(xún)各個(gè)刷卡機(jī)的接入狀態(tài)的方法，不斷更新各刷卡機(jī)的檔案，實(shí)現(xiàn)刷卡機(jī)即插即用的接入方式。

分布式農(nóng)排費(fèi)控系統(tǒng)實(shí)施例2

本實(shí)施例中的分布式農(nóng)排費(fèi)控系統(tǒng)中無(wú)需專(zhuān)門(mén)設(shè)置外置負(fù)荷開(kāi)關(guān)，利用線(xiàn)路中原本就有的負(fù)荷開(kāi)關(guān)即可，那么，本實(shí)施例中的分布式農(nóng)排費(fèi)控系統(tǒng)中就不包括負(fù)荷開(kāi)關(guān)，而該系統(tǒng)中的其他組成部分仍與上述實(shí)施例1中的相同，由于該系統(tǒng)中的其他組成部分已在上述實(shí)施例1中做出了詳細(xì)地描述，這里就不再具體說(shuō)明。

以上給出了具體的實(shí)施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。本發(fā)明的基本思路在于上述基本方案，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，設(shè)計(jì)出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。