專利名稱：基于移動(dòng)通訊數(shù)據(jù)通道的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于移動(dòng)通訊數(shù)據(jù)通道的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有一些居民小區(qū)所有居民樓的電能表通常是分單元集中安裝，用戶電能表均為電子式，具有用電量脈沖輸出，共用同一樓梯的用戶電能表集中安裝；由于在各棟樓與各單元間沒有布設(shè)通訊線路，對(duì)這些小區(qū)的電表無法進(jìn)行集中自動(dòng)抄表，只能是人工去每個(gè)單元挨個(gè)抄表，非常麻煩。如采用電力線載波技術(shù)，利用居民小區(qū)所有居民樓電網(wǎng)組成電力線載波通訊局域網(wǎng)，這樣需要把供電部門已為每戶用戶安裝好電子式脈沖電能表，全部更換為載波電能表，由于載波電能表價(jià)格遠(yuǎn)高于脈沖電能表，將使工程改造費(fèi)用大大增加，并增加大量的換表工作量；若在各單元間采用載波通訊模塊，組成載波通訊局域網(wǎng)，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，電網(wǎng)的噪聲與負(fù)荷波動(dòng)會(huì)使通訊成功率受到很大的影響，系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性也就得不到保證。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種低成本的基于移動(dòng)通訊數(shù)據(jù)通道的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)小區(qū)內(nèi)所有用戶的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)集中抄送。
本實(shí)用新型的目的可通過以下的技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)一種基于移動(dòng)通訊數(shù)據(jù)通道的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，包括若干個(gè)用于電能表脈沖數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)采集分電路，每個(gè)數(shù)據(jù)采集分電路各自連接一組電能表；用于集中各數(shù)據(jù)采集分電路數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)通信控制的通訊主電路，通訊主電路與該單元中安裝的所有數(shù)據(jù)采集分電路連接；用于發(fā)送通訊主電路所集中數(shù)據(jù)的GPRS模塊，GPRS模塊與通訊主電路連接；一個(gè)用于遠(yuǎn)程抄錄所有電表數(shù)據(jù)的監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)，監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)通過GPRS網(wǎng)和INTERNET互聯(lián)網(wǎng)接收現(xiàn)場(chǎng)GPRS模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)。
本實(shí)用新型所述的數(shù)據(jù)采集分電路，包括微處理器，用于整個(gè)采集數(shù)據(jù)的處理和向通訊主電路發(fā)送各電能表數(shù)據(jù)；脈沖采集電路，用于直接采集各電能表送出的脈沖信號(hào)并送入微處理器進(jìn)行電能量的計(jì)算；
E2ROM存儲(chǔ)器，用于保護(hù)各用戶的電度初值；CAN通訊電路，用于與通訊主電路之間通訊；上述各組成部分各自與微處理器上相應(yīng)的接口連接。
本實(shí)用新型所述的通訊主電路，包括微處理器，用于定時(shí)采集各電能表數(shù)據(jù)，與監(jiān)控中心的雙向數(shù)據(jù)交換，定時(shí)向中心發(fā)送電表數(shù)據(jù)，接收中心的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)；時(shí)鐘電路，用于提供單片機(jī)工作振蕩周期，由監(jiān)控中心定期送出基準(zhǔn)時(shí)間，對(duì)每個(gè)采集終端進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)，確保所有電能表數(shù)據(jù)采集時(shí)間上同步；CAN通訊電路用于與數(shù)據(jù)采集分電路之間通訊；232通訊電路用于微處理器與GPRS通訊模塊間的數(shù)據(jù)傳遞；上述各組成部分各自與微處理器上相應(yīng)的接口連接。
本實(shí)用新型利用可靠、穩(wěn)定的中國(guó)移動(dòng)GPRS數(shù)據(jù)通道實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，技術(shù)上簡(jiǎn)單易行，無需單獨(dú)建網(wǎng)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)小區(qū)內(nèi)所有用戶的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)集中抄送，改建成本低。只要遠(yuǎn)抄智能終端位于GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)，且監(jiān)控中心可連接互聯(lián)網(wǎng)(INTERNET)即可正常使用，極大地?cái)U(kuò)展了監(jiān)測(cè)范圍，即使在偏遠(yuǎn)地區(qū)、海島也可使用，具有其他通訊方式無可比擬的優(yōu)勢(shì)。


圖1為本實(shí)用新型的原理框圖；圖2為本實(shí)用新型中數(shù)據(jù)采集分電路的原理框圖；圖3為本實(shí)用新型中數(shù)據(jù)采集分電路的原理圖；圖4為本實(shí)用新型中數(shù)據(jù)采集分電路的程序執(zhí)行流程圖；圖5為實(shí)用新型中通訊主電路的原理框圖；圖6為實(shí)用新型中通訊主電路的原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，每個(gè)單元各安裝一套數(shù)據(jù)采集終端，為適應(yīng)各單元不同的用戶數(shù)量，數(shù)據(jù)采集裝置應(yīng)為模塊式積木結(jié)構(gòu)，方便現(xiàn)場(chǎng)配置。采集終端采用一塊通訊主電路板加數(shù)塊采集分電路板架構(gòu)，采集分電路板與電表連接，負(fù)責(zé)脈沖數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)；通訊主電路板負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信的控制；一塊分板可接8個(gè)脈沖電表，分板數(shù)由單元的用戶數(shù)量決定。
其中數(shù)據(jù)采集分電路板結(jié)構(gòu)原理如下(見圖2、圖3)，包括
微處理器采用新型工業(yè)控制微機(jī)(單片機(jī))，是整個(gè)數(shù)據(jù)采集器的核心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各部分電路的工作，向外發(fā)送各電能表數(shù)據(jù)。單片機(jī)型號(hào)為P87C591---16K字節(jié)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，內(nèi)置CAN總線控制器，采用16M時(shí)鐘，CAN總線速率達(dá)2M bit/s。
脈沖采集電路電能表送出的脈沖信號(hào)先經(jīng)過RC低通濾波器電路，消除尖峰類的干擾信號(hào)；采用TLP 521-4脈沖信號(hào)光電耦合隔離器，對(duì)內(nèi)部電路起隔離保護(hù)作用；然后脈沖信號(hào)送入微處理器進(jìn)行電能量的計(jì)算。
時(shí)鐘電路為單片機(jī)提供工作振蕩周期，提供準(zhǔn)確的軟件定時(shí)，進(jìn)行軟件去抖、寫存儲(chǔ)器等操作。
存儲(chǔ)器E2ROM用于保護(hù)各用戶的電度初值。微處理器正常工作后，每隔一固定時(shí)間(10分鐘)，向存儲(chǔ)器寫一次8個(gè)通道的電表讀數(shù)；當(dāng)遇停電后重新通電時(shí)，微處理器先從存儲(chǔ)器中讀出各通道數(shù)值，作為電表當(dāng)前值。
CAN通訊電路數(shù)據(jù)采集分板采用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線與通訊總板進(jìn)行通訊，向總板發(fā)送各電能表數(shù)據(jù)，通過總板接收監(jiān)控中心的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。CAN(controller area network)即控制器局域網(wǎng)，是一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。它采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀為8個(gè)字節(jié)，并采用了位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、CRC檢驗(yàn)等功能，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。CAN總線高速光電耦合隔離器采用6N137，CAN總線收發(fā)器采用TJA1040。
數(shù)據(jù)采集分電路板的軟件設(shè)計(jì)主要處理脈沖的準(zhǔn)確采樣，對(duì)當(dāng)前時(shí)段的數(shù)據(jù)做累計(jì)處理。并且軟件設(shè)計(jì)中包括了重復(fù)檢測(cè)及防抖動(dòng)的抗干擾設(shè)計(jì)。軟件流程圖見圖4所示，微處理器按圖4所示流程運(yùn)行，可測(cè)量最快的脈沖脈寬為20ms，對(duì)于現(xiàn)有一些小區(qū)使用的3200imp/kwh、40A電能表而言，可準(zhǔn)確測(cè)量的最大負(fù)荷為28.1KW，已經(jīng)完全滿足測(cè)量需要；同樣的數(shù)據(jù)采集分電路板如需測(cè)量的脈沖更快，硬件無需任何改動(dòng)，只需調(diào)整軟件的去抖動(dòng)時(shí)間系數(shù)即可。
其中通訊主電路板結(jié)構(gòu)原理見圖4、圖5，包括微處理器采用新型工業(yè)控制微機(jī)(單片機(jī))，定時(shí)采集各電能表數(shù)據(jù)，擔(dān)負(fù)與監(jiān)控中心的雙向數(shù)據(jù)交換，定時(shí)向中心發(fā)送電表數(shù)據(jù)，接收中心的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。單片機(jī)采用P87C591---16K字節(jié)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，內(nèi)置CAN總線控制器，采用16M時(shí)鐘，CAN總線速率達(dá)2M bit/s。
時(shí)鐘電路系統(tǒng)內(nèi)所有采集終端的通訊主板采用相同頻率的晶振，提供相同的單片機(jī)工作振蕩周期，由監(jiān)控中心定期送出基準(zhǔn)時(shí)間，對(duì)每個(gè)采集終端進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)，確保所有電能表數(shù)據(jù)采集時(shí)間上同步。
CAN通訊電路作用與數(shù)據(jù)采集分電路板相同。CAN總線高速光電耦合隔離器采用6N137；CAN總線收發(fā)器采用TJA1040；232通訊電路擔(dān)負(fù)微處理器與GPRS通訊模塊間的數(shù)據(jù)傳遞。232通訊芯片采用SP3220。
現(xiàn)場(chǎng)抄表裝置通電后，通訊主板(集中器)先通過GPRS網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控中心服務(wù)器(PC)登記并發(fā)出接收定時(shí)時(shí)間請(qǐng)求。如果通訊主板接收的定時(shí)時(shí)間有誤，說明PC服務(wù)器工作正常但可能網(wǎng)絡(luò)通信出錯(cuò)，則直接向PC服務(wù)器重新發(fā)出請(qǐng)求；如果沒有收到定時(shí)時(shí)間，說明PC服務(wù)器可能未啟動(dòng)或通信網(wǎng)絡(luò)阻塞，則集中器自動(dòng)延時(shí)一段時(shí)間后再發(fā)請(qǐng)求，依此反復(fù)，直到收到定時(shí)時(shí)間為止。此過程中的接收定時(shí)時(shí)間請(qǐng)求可看作為網(wǎng)絡(luò)通信試探包，證明通信暢通再發(fā)電表數(shù)據(jù)，減少多余數(shù)據(jù)通信，節(jié)約數(shù)據(jù)流量。如果集中器收到正確的定時(shí)時(shí)間，就通過CAN總線向數(shù)據(jù)采集分板發(fā)出電表數(shù)據(jù)接收請(qǐng)求。
數(shù)據(jù)采集分電路板收到請(qǐng)求后依次發(fā)出電表數(shù)據(jù)，通訊主電路板(集中器)收到電表數(shù)據(jù)再通過GPRS網(wǎng)絡(luò)向中心服務(wù)器集中發(fā)出。當(dāng)中心服務(wù)器校驗(yàn)所有電表數(shù)據(jù)正確后再向集中器發(fā)出數(shù)據(jù)正確應(yīng)答包，至此一次正常數(shù)據(jù)采集過程完成。當(dāng)數(shù)據(jù)服務(wù)器校驗(yàn)后有個(gè)別電表數(shù)據(jù)有誤，則向通訊主板發(fā)出數(shù)據(jù)錯(cuò)誤應(yīng)答包(其中包含有誤電表數(shù)據(jù)的信息)，通訊主板接收后再把出錯(cuò)電表數(shù)據(jù)重新打包發(fā)出，依此反復(fù)，直到數(shù)據(jù)接收正確為止。集中器定時(shí)時(shí)間到，則再次向中心服務(wù)器(PC)發(fā)出定時(shí)時(shí)間請(qǐng)求，至此開始下一次電表數(shù)據(jù)采集。
GPRS遠(yuǎn)程通訊采用數(shù)據(jù)觸發(fā)上線方式，通訊主板接受監(jiān)控中心的基準(zhǔn)時(shí)間與數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間點(diǎn)信號(hào)，在到達(dá)數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)刻點(diǎn)上，以數(shù)據(jù)觸發(fā)GPRS通訊模塊撥號(hào)上線，向監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完成并校驗(yàn)成功后，GPRS模塊下線；以GPRS模塊永遠(yuǎn)在線模式相比(永遠(yuǎn)在線模式為驗(yàn)證自身是否掉線，需每隔數(shù)十秒發(fā)送一次心跳包，以宏電GPRS模塊為例，每個(gè)心跳包的數(shù)據(jù)流量為44byte)，可節(jié)省大量的心跳包數(shù)據(jù)流量，從而節(jié)省系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。GPRS模塊選用宏電的H7118型號(hào)的GPRS無線數(shù)據(jù)終端。H7118 GPRS DTUTTL電平及RS232/422/485接口，工業(yè)級(jí)，外置式，廣泛應(yīng)用于各種環(huán)境惡劣的工業(yè)監(jiān)控、交通管理、氣象測(cè)量等場(chǎng)合；在本項(xiàng)目中，通訊連接方式為數(shù)據(jù)觸發(fā)，網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議使用UDP，通訊對(duì)象為互聯(lián)網(wǎng)固定IP。
H7118 GPRS DTU技術(shù)指標(biāo)與接口參數(shù)GPRS數(shù)據(jù)
GPRS數(shù)據(jù)GPRS Class 2～10編碼方案CS1-CS4符合SMG31bis技術(shù)規(guī)范天線接口50Ω/MMCX陰頭SIM卡3V串行數(shù)據(jù)接口H7118C標(biāo)準(zhǔn)RS-232/DCE串行數(shù)據(jù)速率110～115，200bits/s數(shù)據(jù)接口類型20Pin 2.0 DIP/Box Header供電電壓+7.5～+26VDC尺寸83.5×47×17.5(不包括天線和安裝件)工作環(huán)境溫度-30～+70℃監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)(INTERNET)接收現(xiàn)場(chǎng)GPRS模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)；因此系統(tǒng)監(jiān)控中心必須具有能連接互聯(lián)網(wǎng)(INTERNET)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，且需由系統(tǒng)用戶(甲方)提供固定IP，作為GPRS模塊的通訊對(duì)象。
在系統(tǒng)監(jiān)控中心建立關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，定時(shí)采集每一用電戶數(shù)據(jù)，保存在計(jì)算機(jī)的硬盤上；系統(tǒng)監(jiān)控軟件提供友好的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)以下功能1、權(quán)限分配系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)超級(jí)用戶，由其為每個(gè)值班人員、相關(guān)運(yùn)行人員、網(wǎng)絡(luò)瀏覽用戶分配用戶名與用戶密碼，用于限制各人的數(shù)據(jù)查詢范圍，如圖表，曲線查詢；分配可進(jìn)行用電戶電度初值修改的權(quán)限；分配可進(jìn)行圖表打印的操作權(quán)限；值班人員上班時(shí)注冊(cè)自己的用戶名與密碼，交班時(shí)取回密碼；系統(tǒng)啟動(dòng)后，自動(dòng)注冊(cè)為一默認(rèn)用戶，默認(rèn)用戶只能瀏覽系統(tǒng)基本界面，不能查詢數(shù)據(jù)及修改電度初值。
2、用電戶電度值修改系統(tǒng)具有用電戶電度值初值設(shè)置功能，當(dāng)出現(xiàn)電能表故障或脈沖傳輸線路故障，引起電能脈沖漏計(jì)時(shí)，擁有初值修改權(quán)限的用戶，可根據(jù)需要(若為脈沖線路故障或采集單元本身故障則可參照電能表讀數(shù)等)在系統(tǒng)監(jiān)控中心軟件上重新設(shè)定該用戶電度初值。
3、報(bào)表打印根據(jù)需要用戶可設(shè)定自動(dòng)定時(shí)打印或手動(dòng)打印各種數(shù)據(jù)圖表。
4、數(shù)據(jù)查詢用戶可根據(jù)需要以多種方式查詢數(shù)據(jù)，查詢方式有用電戶名稱、代號(hào)，數(shù)據(jù)時(shí)間段查詢等，用戶還可以調(diào)用系統(tǒng)生成的各種曲線(日、月、季平均負(fù)荷曲線等)，查詢用電戶的負(fù)荷變化趨勢(shì)。
5、用電戶負(fù)荷自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)定時(shí)采集的用電戶有功電度增加數(shù)值，自動(dòng)計(jì)算出用電戶在一個(gè)采集周期內(nèi)的平均有功功率，并與設(shè)定的上限值進(jìn)行比較，超限時(shí)在界面上發(fā)出警報(bào)并記錄報(bào)警時(shí)間及報(bào)警數(shù)值。
6、理論線損計(jì)算系統(tǒng)根據(jù)電量平衡原理進(jìn)行供電運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在同一時(shí)間段內(nèi)，關(guān)口表供電數(shù)值，減去所有用戶電表用電數(shù)值，即為臺(tái)區(qū)的理論線損值，系統(tǒng)運(yùn)行人員可為系統(tǒng)配置一個(gè)基準(zhǔn)線損值，當(dāng)計(jì)算出的理論線損值大于基準(zhǔn)值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，若持續(xù)地出現(xiàn)線損值偏大的情況，則可認(rèn)定臺(tái)區(qū)內(nèi)存在竊電行為，這時(shí)可調(diào)出各用戶的用電歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行排查，列出可疑用戶。
權(quán)利要求1.一種基于移動(dòng)通訊數(shù)據(jù)通道的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，其特征在于包括若干個(gè)用于電能表脈沖數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)采集分電路，每個(gè)數(shù)據(jù)采集分電路各自連接一組電能表；用于集中各數(shù)據(jù)采集分電路數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)通信控制的通訊主電路，通訊主電路與該單元中安裝的所有數(shù)據(jù)采集分電路連接；用于發(fā)送通訊主電路所集中數(shù)據(jù)的GPRS模塊，GPRS模塊與通訊主電路連接；一個(gè)用于遠(yuǎn)程抄錄所有電表數(shù)據(jù)的監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)，監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)通過GPRS網(wǎng)和INTERNET互聯(lián)網(wǎng)接收現(xiàn)場(chǎng)GPRS模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于移動(dòng)通訊數(shù)據(jù)通道的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，其特征在于數(shù)據(jù)采集分電路包括微處理器，用于整個(gè)采集數(shù)據(jù)的處理和向通訊主電路發(fā)送各電能表數(shù)據(jù)；脈沖采集電路，用于直接采集各電能表送出的脈沖信號(hào)并送入微處理器進(jìn)行電能量的計(jì)算；時(shí)鐘電路，用于為單片機(jī)提供工作振蕩周期和準(zhǔn)確的軟件定時(shí)；E2ROM存儲(chǔ)器，用于保護(hù)各用戶的電度初值；CAN通訊電路，用于與通訊主電路之間通訊；上述各組成部分各自與微處理器上相應(yīng)的接口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于移動(dòng)通訊數(shù)據(jù)通道的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，其特征在于所述的通訊主電路，包括微處理器，用于定時(shí)采集各電能表數(shù)據(jù)，與監(jiān)控中心的雙向數(shù)據(jù)交換，定時(shí)向中心發(fā)送電表數(shù)據(jù)，接收中心的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)；時(shí)鐘電路，用于提供單片機(jī)工作振蕩周期，由監(jiān)控中心定期送出基準(zhǔn)時(shí)間，對(duì)每個(gè)采集終端進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)，確保所有電能表數(shù)據(jù)采集時(shí)間上同步；CAN通訊電路，用于與數(shù)據(jù)采集分電路之間通訊；232通訊電路，用于微處理器與GPRS通訊模塊間的數(shù)據(jù)傳遞；上述各組成部分各自與微處理器上相應(yīng)的接口連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于移動(dòng)通訊數(shù)據(jù)通道的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，包括若干個(gè)數(shù)據(jù)采集分電路，每個(gè)數(shù)據(jù)采集分電路各自連接一組電能表；與該單元中安裝的所有數(shù)據(jù)采集分電路連接的通訊主電路；用于發(fā)送通訊主電路所集中數(shù)據(jù)的GPRS模塊，GPRS模塊與通訊主電路連接；一個(gè)用于遠(yuǎn)程抄錄所有電表數(shù)據(jù)的監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)，監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)通過GPRS網(wǎng)和INTERNET互聯(lián)網(wǎng)接收現(xiàn)場(chǎng)GPRS模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型利用可靠、穩(wěn)定的中國(guó)移動(dòng)GPRS數(shù)據(jù)通道實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，技術(shù)上簡(jiǎn)單易行，無需單獨(dú)建網(wǎng)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)小區(qū)內(nèi)所有用戶的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)集中抄送，改建成本低。
文檔編號(hào)G08C19/16GK2906784SQ200620056359
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月16日
發(fā)明者鄭貴林 申請(qǐng)人:鄭貴林