一種集中器的製作方法
2023-10-09 21:41:54 1
本實用新型涉及通信技術領域，特別涉及一種集中器。
背景技術：
集中器是集中抄表系統中關鍵設備，具備電力行業集中器型式規範「Q/GDW1375.2-2013電力用戶用電信息採集系統型式規範第2部分：集中器型式規範」，按集中器型式規範要求，集中器採用模塊化設計，一般包括顯示部分、本地通信模塊和遠程通信模塊，顯示部分固定，本地通信模塊和遠程通信模塊均可以置換，本地通信模塊和遠程通信模塊可以通過更換通信模塊直接改變通信方式。集中器本地通信模塊能夠通過下行信道自動抄收並存儲各種具有載波通信功能的通信終端（比如電錶等）的電量數據，其下行信道可以是低壓電力線載波（窄帶載波、寬帶載波等）、短距離無線及RS485等通信方式，因此，本地通信模塊包括基於窄帶載波通信的本地通信模塊、基於寬帶載波通信的本地通信模塊、基於短距離無線通信的本地通信模塊和基於RS485通信的本地通信模塊；集中器遠程通信模塊能通過上行信道與主站進行數據交換，其上行信道採用共用通信網，支持無線公網（GSM、GPRS、CDMA等）、電話PSTN、乙太網、光纖等通信方式，因此遠程通信模塊包含基於GSM通信的遠程通信模塊、基於GPRS通信的遠程通信模塊、基於CDMA通信的遠程通信模塊、基於乙太網通信的遠程通信模塊和基於光線通信的遠程通信模塊等。
目前電力市場上70%的客戶地區不具備通信通道，不能通過傳統通信通道搜集客戶供電狀態和用電量信息並上傳到主站管理中心的智能用電信息採集系統，而基於RDSS（Radio Determination Satellite Service, 衛星無線電測定業務）的通信技術可以很好的解決這個問題。目前電力系統採用集中器來管理客戶用電量和用電狀態信息，通過集中器與用戶終端電錶連接，並將搜集的用戶用電信息通過RDSS發送給智能用電信息採集系統。
十三五期間，國家電網要投資5400億更新和建設農村電網。南方電網和陝西、蒙西（內蒙古和西藏）兩個地方電網都有同樣的計劃。而在這些電力公司的服務範圍中，農村電網中偏遠及通信通道不佳等條件較差地區佔絕大部分。十三五的「戶戶通」工程，將確保所有偏遠住戶通電，其供電狀態和用電計量採集，已經成為必須解決的問題。其次，國家電網的農村電網改造將對273萬口機井進行電動化和可計量、可遙控管理，基於RDSS具備遠程數據傳輸和計量功能的集中器，將在不投資通信通道的情況下大有用途。
目前現有集中器上行信道採用無線公網（GSM、GPRS、CDMA等）和有線網（電話PSTN、乙太網、光纖）等通信方式；無線網存在部分地區信號未覆蓋或覆蓋但信號弱的問題；有線網存在鋪設線纜的問題，鋪設難度大，維護工作量大，建設成本高。
目前市場上採用外掛式RDSS通信模塊解決上述問題，集中器的遠程通信模塊通過網絡將用戶用電量等數據發送給外掛式RDSS通信模塊，由RDSS通信模塊通過RDSS技術與上行主站進行數據交換。用於RDSS技術的衛星信號覆蓋面積廣，無需鋪設線纜，信號穩定，可以解決傳統集中器遠程通信模塊直接與上行主站進行數據交換存在的問題。但外掛式RDSS通信模塊採用架設天線的方式進行安裝，採用220V或12V供電方式，需在集中器與外掛式RDSS通信模塊之間鋪設供電線纜和數據通信線纜，模塊硬體和安裝成本高，維護困難，防盜性差。
技術實現要素：
目的是為了解決現有電網集中器設備遠程通信模塊無線網通信信道存在部分地區信號未覆蓋或覆蓋但信號弱，而有線網通信信道存在鋪設線纜的問題，鋪設難度大，維護工作量大，建設成本高等問題。
為達到上述目的，本實用新型提供一種集中器，包括顯示模塊和本地通信模塊，顯示模塊集成在集中器中，本地通信模塊通過集中器的本地通信模塊接口與集中器連接，還包括嵌入式RDSS通信模塊，嵌入式RDSS通信模塊通過集中器的遠程通信模塊接口與集中器連接。
更進一步，嵌入式RDSS通信模塊通過集中器遠程通信模塊接口採用內置的方式進行安裝固定。
更進一步，儲能電路包括限流電路、保護電路和儲能器件，限流電路的與外部直流供電相連接，保護電路輸入端與限流電路輸出端相連，保護電路輸出端與儲能器件輸入端相連，儲能器件輸出端與電源轉換電路輸入端相連。
更進一步，還包括控制電路，RDSS電路的狀態數據輸出端與控制電路的狀態數據輸入端連接，控制電路配置數據輸出端與RDSS電路的配置數據輸入端連接，電源轉換電路的輸出端與控制電路的電源輸入端連接。
更進一步，還包括網絡接口電路，RDSS電路的網絡數據輸出端與網絡接口電路的輸入端連接，網絡接口電路的輸出端與RDSS電路的網絡數據輸入端連接。
更進一步，還包括狀態顯示電路，控制電路的顯示數據輸出端與狀態顯示電路的數據輸入端連接，電源轉換電路的輸出端與狀態顯示電路的電源輸入端連接。
更進一步，還包括授時電路，授時電路的輸出端與控制電路的授時數據輸入端連接，授時電路的輸入端與控制電路的授時數據輸出端連接，電源轉換電路的輸出端與授時電路的電源輸入端連接。
更進一步，授時電路包括低通濾波電路和壓控晶體振蕩器，低通濾波電路的輸入端與控制電路的壓控數據輸出端相連接，低通濾波電路的輸出端與壓控晶體振蕩器的輸入端相連接，壓控晶體振蕩器的輸出端與控制電路的時鐘信號輸入端相連接。
本實用新型的有益效果是：本實用新型所提供的集中器採用嵌入式RDSS通信模塊替換遠程通信模塊，嵌入式RDSS通信模塊採用RDSS通信技術，採用衛星短報文信道給主站上傳用戶用電量等數據，衛星信號覆蓋廣，無信道建設投入。本集中器嵌入式RDSS通信模塊採用直流電供電，無需鋪設供電線纜，便於安裝和維護。相比較於集中器加外掛式RDSS通信模塊的應用方案，本實用新型集中器集成度高，安裝維護簡單，成本低，更加安全易用。
附圖說明
圖1為現有外掛式RDSS通信模塊加集中器應用方案結構原理圖；
圖2為本實用新型集中器的結構原理圖；
圖3為本實用新型集中器的嵌入式RDSS通信模塊的一個實施例的結構原理圖；
圖4為本實用新型集中器嵌入式RDSS通信模塊的儲能電路的一個實施例的結構原理圖；
圖5為本實用新型集中器嵌入式RDSS通信模塊的包含控制電路等電路的一個實施例的結構原理圖；
圖6為本實用新型集中器嵌入式RDSS通信模塊的授時電路的一個實施例的結構原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型的技術方案作進一步詳細描述。
現有集中器遠程通信模塊能通過上行信道與主站進行數據交換，其上行信道採用共用通信網，支持無線公網（GSM、GPRS、CDMA等）、電話PSTN、乙太網、光纖等通信方式，而無線網通信信道存在部分地區信號未覆蓋或覆蓋但信號弱的問題，有線網通信信道需鋪設相應線纜，存在鋪設難度大，維護工作量大，建設成本高等問題。本實用新型為解決上述問題，提出了一種集中器，包括顯示模塊、本地通信模塊和嵌入式RDSS通信模塊。
為解決集中器遠程通信模塊與主站通信存在的問題，目前已有外掛式RDSS通信模塊加集中器的解決方案。圖1為現有外掛式RDSS通信模加集中器應用方案塊結構原理圖。如圖1所示，外掛式RDSS通信模塊主要功能是將集中器發出的客戶用電量等數據轉換成衛星能識別的射頻信號，並以短報文的形式發送給主站。具體，集中器將需發送的數據通過自身的遠程通信模塊的網絡接口經網絡線纜發送給外掛式RDSS通信模塊，由RDSS通信模塊內部完成網絡數據到射頻信號的轉換，將數據以衛星能接收的射頻信號的方式發送出去，對外掛式RDSS模塊進行配置和管理的信號通過RS422/RS232傳輸線纜傳遞，外掛式RDSS通信模塊的供電通過供電線纜傳遞，一般為220V交流電壓或12V直流電。外掛式RDSS通信模塊在實施時需鋪設供電、網絡通信和RS422/RS232通信線纜，安裝成本高，維護難度大；在應用時需在集中器的基礎上再配設外掛式RDSS通信模塊主機，成本也高。本實用新型提出的集中器可以解決這些問題。
圖2為本實用集中器的結構原理圖。如圖2所示，集中器包括顯示模塊、本地通信模塊和嵌入式RDSS通信模塊。嵌入式RDSS通信模塊兼容目前集中器配備的遠程通信模塊與集中器對接的接口和尺寸，能夠作為一個標準的模塊嵌入到集中器中，可以直接替換集中器的遠程通信模塊和外掛式RDSS通信模塊，集中器將收集的用戶用電量等數據直接通過集中器遠程通信模塊接口的雙排針連接器發送給嵌入式RDSS通信模塊，嵌入式RDSS通信模塊內部將用電量等數據轉化為衛星能接收的射頻信號，通過外置的天線，發送給衛星（例如以北鬥短報文的形式），由衛星轉發給上行主站管理中心的智能用電信息採集系統。嵌入式RDSS通信模塊能夠直接替換集中器以GSM/GPRS/CDMA/電話PSTN/乙太網/光纖等方式通信的遠程通信模塊和外掛式RDSS通信模塊，集成度高，成本低，接口兼容集中器標準規範，很容易安裝，維護也簡單。
圖3為本實用新型集中器的嵌入式RDSS通信模塊的一個實施例的結構原理圖。如圖3所示，該嵌入式RDSS通信模塊主要由儲能電路、電源轉換電路和RDSS電路組成。儲能電路用於儲存外部直流供電提供的電能，這裡外部直流供電指的是集中器遠程通信模塊接口提供的直流電。電源轉換電路用於將儲能電路儲存的電能轉換成RDSS電路工作所需的直流電。 RDSS電路在發射信號瞬間所需功率較高，而外部直流供電無法直接提供，因此需要儲能電路，在RDSS電路未對外發射信號時，儲能電路將電能儲存起來，這樣RDSS電路在需要發射信號時能從儲能電路獲取足夠的電能，並通過電源轉換電路轉換成RDSS電路所需的電源，給RDSS電路提供對外發射信號時所需的功率。電源轉換電路主要包含一個DC/DC（直流轉直流開關電源）轉換晶片和一個LDO（Low Dropout regulator,低壓差線性穩壓器）降壓轉換晶片，將儲能電路提供的電能轉換成RDSS電路所需的電源，提供RDSS電路無信號發射和信號發射時不同的功率需求。RDSS電路包含射頻收發晶片、基帶處理晶片和功率放大晶片；RDSS電路具備短報文通信功能，用於將集中器本地通信模塊收集的用戶端用電量數據通過衛星發送給主站管理中心的智能用電信息採集系統；同時RDSS電路可以提供定位功能，通過衛星定位確定集中器當前的安裝位置，將集中器的安裝位置通過衛星轉發送給主站管理中心的智能用電信息採集系統；RDSS電路還可以提供授時功能，產生一個高精度的秒脈衝1ppsr，所述1ppsr為RDSS電路定位解算產生的高精度秒脈衝。
具體，目前標準的集中器可以通過其遠程通信模塊接口，給遠程通信模塊提供電壓為4V的直流電源，正常工作電流500mA，最大電流2A,最大電流可持續1ms，因此正常情況下，集中器可以通過其遠程通信模塊接口提供2W功率，最大可提供持續1ms的短時8W功率。實際兼容集中器遠程通信模塊接口的嵌入式RDSS通信模塊，其RDSS電路在對外發射信號時需13W左右的功率，因此，若想用嵌入式RDSS通信模塊替換集中器遠程通信模塊，需要解決這個功率不匹配的問題。儲能電路可以很好的解決這個問題，儲能電路在RDSS電路不給衛星發射信號時，儲存電能，在RDSS電路給衛星發射信號時，提供足夠電能給電源轉換電路，經電源轉換電路轉換為所需電源。具體，電源轉換電路可選DC/DC轉換晶片TPS61230，進行升壓轉換，將集中器提供的4V直流電經儲能電路儲能後轉換成RDSS電路所需的5V 3A電源，供RDSS電路使用。在外部直流供電和電源轉換電路之間增加儲能電路，還可以解決集中器直流供電欠壓工作的問題，當外部直流供電欠壓時，儲能電路仍然可以正常儲存電能，並在RDSS電路給衛星發射信號時提供足夠的功率；同時因為儲能電路的儲能作用，嵌入式RDSS模塊具備防盜功能，在被盜時，由於儲能電路短時間仍能給嵌入式RDSS模塊供電，嵌入式RDSS模塊能通過接口電平狀態判斷自身的在位狀態，並及時將被盜時不在位信息發送給主站管理中心的智能用電信息採集系統，主站可以及時發現異常集中器，並採取措施處理。
圖4為本實用新型集中器嵌入式RDSS通信模塊的儲能電路的一個實施例的結構原理圖。如圖4所示，儲能電路包含限流電路、保護電路和儲能器件；限流電路採用專用限流晶片，例如TPS2553，用於限制外部直流供電在給儲能器件供電時的電流，防止剛上電時，因儲能器件所需電流過大，引起外部直流供電工作異常的問題；保護電路採用短路保護二極體，例如BZG05B5V6，用於保護儲能器件，防止短路時，燒毀儲能器件；儲能器件用於在RDSS電路未給衛星發送射頻信號時存儲電能，在RDSS電路給衛星發送射頻信號時提供電能給電源轉換電路，由電源轉換電路的DC/DC轉換晶片TPS61230轉換出RDSS電路發射信號所需的5V 3A電源。採用儲能器件可以實現電能的存儲，同時給RDSS電路提供發射信號所需的功率。儲能器件包括儲能電池、超級電容等。儲能電池包括釩電池、鋰電池等；鋰電池充電次數有限，體積小，成本低；釩電池充電次數高，壽命較長，體積偏大，成本低。超級電容不同於傳統常規電容，是一種介於傳統電容器與電池之間，具有特殊性能的電源；超級電容體積小，容量大，功率密度高，充放電時間短，循環壽命長，工作範圍寬，具備大電流放電能力，充放電電路簡單，不受過充電和過放電影響，綠色環保，是目前小型化應用一種理想的儲能器件。儲能電路解決了嵌入式RDSS模塊小型化設計中RDSS電路信號發射功率與外部直流供電功率不匹配的問題，採用限流電路，解決了上電瞬間儲能器件吸收電流過大引起外部直流供電工作異常的問題，採用保護電路，保護儲能器件在外部直流供電短路時不被燒壞。
圖5為本實用新型集中器嵌入式RDSS通信模塊的包含控制電路等電路的一個實施例的結構原理圖。如圖5所示，作為本實用新型的另外一個實施例，該集中器的嵌入式RDSS通信模塊除包含儲能電路、電源轉換電路、RDSS電路外，還包含狀態顯示電路、網絡接口電路和授時電路。RDSS電路的狀態數據輸出端與控制電路的狀態數據輸入端連接，控制電路配置數據輸出端與RDSS電路的配置數據輸入端連接；RDSS電路的網絡數據輸出端與網絡接口電路的輸入端連接，網絡接口電路的輸出端與RDSS電路的網絡數據輸入端連接；控制電路的顯示數據輸出端與狀態顯示電路的數據輸入端連接，授時電路的輸出端與所述控制電路的授時數據輸入端連接，授時電路的輸入端與控制電路的授時數據輸出端連接；電源轉換電路的輸出端分別與授時電路的電源輸入端連接、控制電路的電源輸入端連接和狀態顯示電路的電源輸入端連接。電源轉換電路還包含的LDO降壓轉換晶片，將集中器提供的4V直流電轉換成3.3V直流電，供控制電路、狀態顯示電路和授時電路使用。狀態顯示電路，包含電源、數據發射等LED顯示，用於指示RDSS通信膜塊的工作狀態。網絡接口電路用在需要以網絡的方式傳遞數據的場合，用於從下一級用戶電錶端獲取用戶用電量等信息或給上一級主站發送集中器獲取的用戶用電量等數據。授時電路用於產生和提供準確的本地授時時間，用於提供高精度授時和守時服務。控制電路主要包含一個控制晶片，控制晶片包括ARM、MCU、FPGA、DSP等，用於控制狀態顯示電路顯示的狀態，用於從集中器遠程通信接口獲取用戶用電量等數據，並將用戶用電量數據發送給RDSS電路，同時獲取RDSS電路的信號發射等狀態信息和高精度的秒脈衝1ppsr，控制電路還從授時電路獲取頻率信號並產生壓控信號對授時電路進行調節控制。
圖6為本實用新型集中器嵌入式RDSS通信模塊的授時電路的一個實施例的結構原理圖。如圖6所示，授時電路包含壓控晶體振蕩器和低通濾波電路。壓控晶體振蕩器帶壓控功能，包括VCXO、VC-TCXO和VC-OCXO。壓控晶體振蕩器輸出頻率信號fc提供給控制電路，控制電路獲取RDSS電路輸出的1ppsr信號並將獲取的fc信號進行分頻產生秒信號1ppsb，所述1ppsb為fc經控制電路分頻產生的秒信號，控制電路內部測量1ppsr和1ppsb之間的相差，相差數據經控制電路中控制晶片內部的DA轉換器，轉換成產生壓控信號，壓控信號經授時電路的低通濾波電路濾波後，提供給壓控晶體振蕩器，對壓控晶體振蕩器的輸出進行調節控制，當1ppsr和1ppsb之間的相差減小到一定的閾值後，判斷壓控晶體振蕩器相位與參考1ppsr信號的相位鎖定，此時，用fc計數產生時間，獲得嵌入式RDSS模塊本地準確的時間，在RDSS電路搜星異常時，由控制電路中控制晶片內部集成的保持算法，補償壓控晶體振蕩器自身的溫漂和老化影響，使嵌入式RDSS模塊時間維持較高的守時精度。
本實用新型提出的集中器，使用嵌入式RDSS通信模塊，集成度高，安裝簡單，維護方便。集中器可以通過嵌入式RDSS通信模塊採用RDSS業務的方式將用戶端用電狀態和用電量等信息發送給衛星，再由衛星轉發給主站管理中心的智能用電信息採集系統，還能提供定位服務及授時和守時等時間服務，同時具備網絡數據通信接口，功能強大，便於使用，與現有集中器加外掛式RDSS通信模塊的方案相比，具備較高的應用和推廣價值。
以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本實用新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型專利的保護範圍應以所述權利要求為準。