電力無線網絡區域管理集中器的製作方法

2023-08-10 16:50:31 1

專利名稱：電力無線網絡區域管理集中器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電力數據集中器，尤其涉及到無線網絡電力數據採集與 管理系統的區域管理集中器。
背景技術：
電力無線網絡集中器受命於管理中心計算機，負責管理中心計箅機和採集終 端之間的聯繫， 一方面接收來自管理中心計算機的各種操作命令並下傳採集終 端；另一方面，將採集終端的各種信息回傳管理中心計算機，同時還存儲所轄表 計的數據和有關參數，並具有定時和實時抄收採集終端(或智能表)數據，實時 監視採集終端(或智能表)的工作狀態等功能。因此其穩定性和安全可靠性往往 成為了一個電力數據採集系統能否成功運行的關鍵因素。目前無線抄表方式大多 運用2.4G的離頻載波傳輸，其固有缺陷是傳輸穿透能力差，不適用於多樓多阻 擋的城市環境下的穩定傳輸，同時其短距離傳輸的網絡協議也多是利用國外通"ill 模塊提供商的內嵌協議棧，其通用協議沒有考慮到抄表應用中需要高穩定商安全 等一些特殊應用要求，而且不具備真正的核心網絡路由協議技術的擁有權，這些 都導致了現有的無線抄表系統難以大規模的應用於實際生活。
公知的電力無線網絡集中器採用的都是GPRS接入方式，而GRPS作為一種移 動公網，其數據上傳時會產生一定的阻礙，影響上傳速度，從而對電力的實時控 制產生影響，因此，這種通用的集中器存在著穩定性和安全性不高的缺陷，並且 實時控制性程度不高
實用新型內容
本實用新型目的在於針對上述不足，本實用新型通過自主研發的網絡協議 提供--種運行穩定、選擇方式多樣化的電力無線網絡區域管理集中器，通過低功 耗的短距離無線傳輸模塊與小區域內的所有採集器組成一個網狀網絡，通過多跳
傳輸控制一個區域內的所有採集器的n常工作，並將採集的數據通過遠距離傳輸
(GPRS網絡或者有線Internet網絡)至主站，從而架構一個充整的自動化釆集 電力數據的系統。
為實現上述目的，本實用新型提供的技術方案是 一種電力無線網絡區域管 理集中器，包括殼體(1)和與殼體連接的保險(2)、 ^線(3)、夭線UO)，殼 體(1)中裝載有兩層電路板，上層電路板(7)用於管理和協調短距離無線網絡；下層電路板(18)擁有一個網絡通信模塊(16)和--個GPRS模塊(11)。上 層電路板(17)裝有上微處理器(5)、短距離無線通信模塊(4)、電源控制模塊 (8)、 USART通信接口 (9)、數據儲存器(6)，上微處理器(5)解，斤命令後通 過地址存儲器(7)査詢到達相應採集器終端的路徑，並組成帶路由的命令包， 通過短距離無線模塊(4)將命令包發送至相應採集器終端；下層電路板(18) 裝有下微處理器(12)、 GPRS模塊(11)、網絡通信模塊(16)、外部存儲器(15)、 地址存儲器(14)、數據儲存器(13)，下微處理器(12)將統—轉換格式後的數 據通過GPRS模塊(11)或者網絡通信模塊(16)上傳至遠端主站。' 本實用新型主要工作過程如下
(1) 接受遠端主站命令集中器通過GPRS通信模塊11或者網絡通信模塊 16從遠端主站獲取控制命令並存儲至下微處理器12中下微處理器12根據控 制協議通過USART通信模塊9將命令傳送給上微處理器5:上微處理器5解析命 令後再通過地址存儲器査詢到達相應採集器終端的路徑，並組成帶路由的命令 包，最後通過短距離無線模塊4將命令包發送至相應採集器終端
(2) 上傳採集器終端的電力數據短距離無線通倍模塊4接收到轄區內宋 集器終端上傳的數據後驗證合法性，同時將數據暫存進片內數據存儲器6;上微 處理器5將所有數據集中整理並統一格式後通過USART通信接9傳送至下微處 理器12中下微處理器12將數據組包並轉化為長距離網絡傳輸規定的格式，然 後對數據流進行軟體壓縮加密處理，最後通過GPRS通信模塊II或者網絡通信模 塊16上傳數據至遠端主站。
(3) 在短距離無線網絡中的路由功能鄰近的採集終端請求該集中器轉發 數據包，數據包被暫存進數據存儲器6:上微處理器5鑑別該數據包的合法性， 通過驗證後將數據包路由至下一跳；沒有通過權限認證的數據包將被丟棄，事件 被記錄進數據存儲器6。
(4) 管理新增採集器的入網功能新增採集器向集中器發出入網信息，集 中器檢査採集器的合法性，如果合法，則發信息通知其入網被通過；新增釆集器 將其鄰居節點表上傳至集中器的上微處理器5，上微處理器5將表信息傳給下微 處理器12,下微處理器12審核通過後將信息加入地址存儲器M。新增採集器入 網成功。
4(1) 傳輸方式多樣。下行傳輸可以在一個區域範圍內利用低功耗的短距離 無線傳輸模塊將採集器終端數據快速穩定的採集到，上行傳輸過程中利用了軟體 壓縮加密技術,傳輸穩定安全。短距離無線通信模塊內嵌自主設計的網絡協議棧，
因而能構建一個更適合電力應用的特殊網絡。上行傳輸方式多樣，可以採用(;prs
網絡、有線Internet網絡、專有中長距離的無線網絡，方式完全可配置，因此 可以廣泛適用於多種類型的遠端接入模式。區域集中器上下度電路板的微處理器 均是採用的性價比極高的arm核系列產品，因此在成本可控的情況下，其處理性 能以及擴展性能比現有的同類產品更優越，更適應多變複雜的電力數據採集系統 擴展應用的要求。
(2) 降低成本，實現真iT":意義上的全自動採集與控制。 一個區域集中器可 以管理255個採集器終端，每個採集器終端可以最多連接32塊表計，因此一個 集中器可以最多管理255x32=9160塊電錶(任何形式的電能表)，從而大大的節 省了信息化改造所需的成本。區域集中器下行網絡採集到的電力數據可以經有效 的加密壓縮轉換後安全的上傳至遠端主站軟體，而每個主站軟體下可以設置多個 集中器，這樣就可以將一個電力局下所有的電子表(臺區總表以及專變、公變表 計)用髙速傳輸網絡連接起來，構建一個電力數據採集與管理的高速網絡平臺， 真正做到電力數據從下至上的全自動採集與控制。


圖1是本實用新型的系統結構圖。
圖2是本實用新型的一個實施例的電路原理圖。 圖3是本實用新型的外形圖。
圖4是本實用新型在一個電力數據採集與管理系統中的工作原理框圖
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型做進一步說明。
例一結合圖l，數據存儲器6與地址存儲器7都是片Jt存儲器，由於上微 處理器5採用的是具有arm7內核的mcl:，因此其處理能力要遠強於現在常用的 單片機系統。下層電路板的核心作用是利用短距離無線通信模塊4與其管轄下的 採集器終端進行數據交流，並對該短距離無線網絡進行協調和管理。
下層電路板中的下微處理器12採用的是具有arm920t內核的mcu，可以裁剪並裝載常用的幾種嵌入式作業系統，其主要是用於協調和管理下行的短距離無 線網絡與上行的中長距離網絡，因為有獨立的作業系統支持，因此可以定製和擴
展相應的外圍電路達到擴展功能的目的。外部存儲器15主要是記錄和掉電保存 系統運行的參數。上微處理器5獲取數據後傳至下微處理器12，下微處理器12 將統一轉換格式後的數據通過GPRS模塊11或者網絡通信模塊16上傳至遠端主 站。
例二結合圖2，該實施例分為以下六個部分
1、 電源部分。
電源分為兩個部分， 一個部分是採用專業廠家提供的開關電源，輸入85V 265V,輸出5V/3A，電源內置AC/DC模塊，用於電源監控晶片、網絡通倍模塊、 USART模塊供電；電源輸出的電壓經過LM1U7晶片，輸入5V，輸出3. 3V/lmA, 用於無線通信模塊、GPRS模塊、上下層主板供電。
另一個部分是電池(圓形紐扣電池)供電，主要是用於掉電時重要數據的完 整保存以及系統內部時鐘的供電。
2、 短距離無線射頻模塊。
利用專業廠商的無線通信晶片自主研發的無線射頻模塊，其中控制模塊的網 絡通信協議棧是專門針對電力應用中的特殊環境進行fl主設計研發的，並借鑑了 WSN的設計思想做了特殊的低功耗處理。射頻模塊通過公共無線信道，經過多跳 路由與其管轄下的各個採集器終端進行通信。
3、 上層主板。
上層主板的MCU採用的是ATMEL公司的AT91SAM32，具有32K片內高'速FLASH 存儲器以及16K字節的片內高速SRAM，不僅能減少外擴存儲器的成本，而且能 夠保證程序多次升級而不需更換MCU。髙速讀寫的FLASH能力，IO年的數據保存 時限，保證了掉電後數據可以穩定長期的保存。32個可編程復用的I/O 口可以 支持多外設接入，同時微處理器支持的USB2.0高速總線可外接液品屏、SPI總 線用於控制短距離無線通信模塊4、 USART總線用於與下層主板的下微處理器12
進行通信的總線接口。
4、 GPRS通信模塊
從專業的GPRS模塊提供商訂購模塊，模塊用標準的AT命令接口控制，通過5V電源供電，利用移動運營商的無線信道與遠端主站通信。
5、 網絡通信模塊
模塊是通過ISA總線與具有ARM920T內核的下微處理器通信的，模塊選用的 是CS8900A-IQZ的晶片，該晶片供電電源為5V/55mA,具有工業級溫度範圍 (-40。 C 85° C〉，具有片匕RAM，ALH埠支持10BASE2、10BAS1':5、10BASI':-F， 可以支持全雙工操作。
6、 下層主板。
下層主板的MCU釆用的是具有ARM920T內核的微處理器，3. 3V的外部供電， 具有16KB ICache/16KB DCache，獨立的■支持WinCE、 EP0C 32 、 Linux等 嵌入式作業系統(本實用新型採用的是自主移植的Linux作業系統)，多種總線 (ISA, USB2.0， UART， I2C, SDI等)適應未來任何需要的擴展應用(根據成本 定製)的要求。微處理器外接有獨立的數據存儲器，下層電路板上有專門的電源 監控電路(監控隨時發生的電壓異常變化)，可以在突然掉電的情況下將系統大 量的運行參數及時的保存到數據存儲器中，以待電壓恢復後系統繼續正常運行， 這就保證了電力數據採集系統需要長時間高負荷運行時的穩定可靠性。
本實施例具有時鐘準確對時、査詢及設置採集器終端地址、控制採集器實時 抄表、控制採集器定時凍結抄表、記錄採集器終端理由信息、將採集器組網以及 活動狀態信息上報遠端主站軟體、控制採集器實時負控、異常狀態記錄、設備狀 態信息發布等功能。
例三結合圖4。圖中集中器框圖即是表示本實用新型，其下最多管轄255 X32=9160塊各式電能表，集中器採集到轄K內的採集器終端的電力數據後進行 壓縮加密，然後通過遠距離傳輸方式((;PRS網絡或者有線Internet網絡)將數 據上傳至主站軟體。集中器從GPRS通信模塊或者網絡通信模塊中獲取到主站軟 件的命令後識別命令的合法性，然後從地址存儲器中獲取相應採集終端的路由信 息，最後將帶路由的控制命令發往相應的採集器終端，以達到完全自動控制的目 的。
權利要求1、一種電力無線網絡區域管理集中器，包括殼體(1)和與殼體連接的保險(2)、天線(3)，其特徵在於殼體(1)中裝載有兩層電路板，上層電路板(17)用於管理和協調短距離無線網絡；下層電路板(18)擁有一個網絡通信模塊(16)和一個GPRS模塊(11)。
2、 根據權利要求1所述的電力無線網絡區域管理集中器，其特徵在子上展電路板(17) 裝有上微處理器(5)、短距離無線通信模塊(4)、電源控制模塊(8)、 USART通信接口 (9)、 數據儲存器(6),上微處理器(5)解析命令後通過地址存儲器(7)査詢到達相應採集器終 端的路徑，並組成帶路由的命令包，通過短距離無線模塊(4)將命令包發送至相應採集器終 端。
3、 根據權利要求1所述的電力無線網絡區域管理集中器，其特徵在於下層電路板(18) 裝有下微處理器(2)、 GPRS模塊(11)、網絡通信模塊(16)、外部存儲器(15)、地址存 儲器(14)、數據儲存器(13)，下微處理器(12)將統一轉換格式後的數據通過GPRS模塊n 1) 或者網絡通信模塊(16)上傳至遠端主站。
專利摘要本實用新型提供了一種電力無線網絡區域管理集中器，包括殼體1和與殼體連接的保險2、天線3、天線10，殼體1中裝載有兩層電路板，上層電路板17(利用多個壓敏電阻做了專門的防雷擊設計)用於管理和協調短距離無線網絡；下層電路板18擁有一個網絡通信模塊16和一個GPRS模塊11，兩種方式任意配置一種用於與遠端主站進行雙向數據交流。通過低功耗的短距離無線傳輸模塊與小區域內的所有採集器組成一個網狀網絡，通過多跳傳輸控制一個區域內的所有採集器的日常工作，並將採集的數據通過遠距離傳輸(GPRS網絡或者有線Internet網絡)至主站，從而架構一個完整的自動化採集電力數據的系統。
文檔編號H02J13/00GK201378753SQ20082021088
公開日2010年1月6日 申請日期2008年12月12日 優先權日2008年12月12日
發明者丁亞偉, 珺 劉, 輝 戴, 璞 郭 申請人:長沙大家網絡科技有限責任公司