一種實現能源計量數據無線集中抄收管理的方法及系統的製作方法

2023-11-01 01:33:17 2

專利名稱：一種實現能源計量數據無線集中抄收管理的方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及到一種無線集中抄收管理的方法及系統，尤其涉及到一種公用事業能源計量數據無線集中抄收管理的方法及系統。
背景技術：
隨著人們的生活水平的提高、樓宇的擴建增高、計算機技術的普及，傳統的人工抄表方式準確性和及時性都得不到保障，已經不能適應社會的發展需求。IC卡表的用戶信息都存儲於IC卡上，解決了眼下抄表難、收費難的問題，起到節約的積極作用，但不能提供及時的用戶使用信息，進行實時監測，不便於管理部門的數據分析管理。傳統有線集中抄表系統，由於布線施工困難，安裝(尤其改裝)任務繁重，也存在許多隱患短路、斷路等錯綜複雜的線路更使得維護工作困難重重，安裝以及維護成本上升，難以推廣應用。無線遠程抄表，施工簡單，能滿足各種樓型、適宜不同場合的安裝，它計量準確、可靠，具備了實時監測、實時控閥的功能。因此應用無線集中抄收管理技術實現計量數據的無線自動採集及管理成為行業熱點，代表了公用事業能源計量今後的發展方向。但是，現有的無線抄表系統通常採用的是集中器對無線表具進行輪詢的方法進行數據傳輸，使得無線表具始終處於接收狀態，由於無線通訊模塊工作時要消耗很大工作電流，使得無線表具無謂消耗了大部分能源，大大縮短了電池的使用壽命，限制了無線表具的推廣應用。輪詢通訊模式要求無線表具始終接收空中的無線信號並處理應答，由於空中無線信號複雜、易受幹擾， 通訊可靠性大大降低，而且使無線通訊信道經常處於繁忙狀態，導致無線通訊系統無法正常工作，無線系統無法實時、可靠的收集表具中的信息，數據抄收率也無法得到保證，從而也就不能實現對用戶信息及無線表具工作狀態的實時監控，無法為管理部門提供真實可靠的數據管理信息。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的問題，提供一種數據實時、 可靠、穩定、抄收率高並可以實現遠程控制的基於無線數據通訊技術的民用水、電、氣、熱等公用事業能源計量儀表的集中抄表收費管理系統。本發明的一種技術方案為一種實時、可靠、抄收率高的無線通訊處理方法，包括以下內容1)無線表具初始化中的隨機算法；2)無線表具與採集器之間的無線通訊採用的高效前向糾錯信道編碼技術；3)無線表具與採集器之間的無線通訊採用多信道冗餘的通訊方式；本發明的另一個技術方案一種實現公用事業能源計量數據無線集中抄收管理的系統，包含終端儀器儀表、 數據採集控制系統、數據傳輸系統以及信息管理服務系統、手持機多個子系統。其中，終端儀器儀表為無線表具，包括無線遠傳水錶、燃氣表、熱量表、電錶等民用計量儀表，用於計量檢測用戶的使用消耗數據，並將數據無線遠傳輸出，同時執行系統控制命令，是系統的終端設備；數據採集控制系統是採集終端儀器儀表數據並接收處理上級控制命令的設備，主要包括採集器和集中器；無線數據傳輸系統是數據採集控制系統的上級網絡系統，由集中器、 無線GPRS通訊模塊(或其他有線公網接入設備，本系統首先採用GPRS通訊)組成，主要完成數據的轉換和數據的傳輸交換；信息管理服務軟體系統是無線遠傳抄表系統的管理中心，實現整個系統的信息化管理，具備用戶信息管理、數據管理、數據統計、數據分析、數據報表、表具控制、信息查詢、收費管理、銀行接口等完善功能，極大地提高了管理部門的管理水平；手持機用於系統靈活配置和維護管理，提高系統的適用性。上述無線集中抄收管理系統的各子系統之間的通訊採用不同的無線接口和不同的通訊協議，各無線接口採用不同無線傳輸頻率(頻點、信道)，以保證無線數據通訊的可靠性；採用數據透明傳輸方式，以保證系統的兼容性、擴展形、靈活性和適用性。上述無線集中抄收管理系統中的無線表具，內置有專用雙向數字無線通訊模塊， 用於發射計量數據並接收系統命令執行相關操作。該表具具有獨立的供電與數據處理存儲功能使表具不依賴於系統而獨立工作，表閥一體，可實現遠程控制。表具無線通訊模塊工作在ISM頻段，載波頻率070 510)MHz，可靠傳輸距離達500m以上，滿足無線通訊組網要求，充分保證了表具通訊可靠性和抄收成功率。上述無線集中抄收管理系統中的採集器用於接收處理用戶計量表具信息和傳達上級控制命令，是組網的關鍵環節，是無線網絡中的節點，每臺可同時管理多達200臺用戶計量表具，採集器與集中器無線通訊模塊工作在I SM頻段，載波頻率070 510)MHz (不同於表具頻點)，可靠傳輸距離達IOOOm以上，滿足無線通訊組網要求，充分保證了數據通訊可靠性和抄收成功率。上述無線集中抄收管理的系統中的集中器具備兩個通訊網絡接口 一個是與採集器的無線通訊接口，工作頻段採用G70 510)MHz ；另一個是與無線GPRS通訊系統的接口 (或其他有線公網)，採用RS485有線通訊接口。每個集中器可以管理多達20臺採集器(採集器組網通訊方式下可達100臺)。上述無線集中抄收管理的系統中的信息管理服務軟體系統是無線遠傳抄表系統的管理中心，實現整個系統的信息化管理。具備用戶信息管理、數據管理、數據統計、數據分析、數據報表、表具控制、信息查詢、收費管理、銀行接口等完善功能，極大地提高了管理部門的管理水平。上述無線集中抄收管理系統中的手持機具備與管理對象相適應的無線及有線接口，並執行相應管理通訊協議，保證了不同工作狀態下的可靠連接，保證了系統的適用性， 是系統的輔助設備，主要用於對無線表具、採集器、集中器的管理設置，也可用於人工抄表 (抄取採集器、集中器數據)，系統應用更加靈活方便。用於抄表時，可以記錄不少於10，000 只表具的抄表數據量。上述無線集中抄收管理系統中的採集器、集中器都可以單獨與手持機組成人工無線集中抄表系統，系統應用更加靈活、方便。本發明的有益效果為本發明所述的基於無線數據通訊技術的公用事業能源計量儀表的集中抄表收費管理系統，採用定量、定時、多信道冗餘通訊技術，由無線表具主動向採集器上傳數據而非由採集器輪詢採集，使得無線表具中的無線通訊模塊大部分處於休眠狀態，功耗大大降低，延長了電池使用壽命，並充分保證了無線數據通訊的可靠性和抄收成功率，實現了數據的實時、安全交換；採集器與集中器可實現自動組網形成通訊網絡，通過中繼器與無線網絡連接，擴展無線設備的無線通訊距離，從而有效擴展通訊網絡覆蓋範圍； 各通訊系統的無線接口採用不同無線傳輸頻點和信道，充分保證了數據通訊的可靠性和抄收成功率。該系統實現了對用戶表具數據的實時採集、監督和控制，滿足了管理部門對數據的採集、統計分析及收費需要，還可實現對用戶表具的遠程控制，完全可以實現對城市、社區的民用計量儀表的數位化、網絡化、信息化管理，實現管理水平的飛躍。


附圖1是無線集中抄收管理系統的結構示意圖；附圖2是無線集中抄收管理系統通訊結構示意圖；附圖3是無線表具終端的原理框圖；附圖4是無線採集器終端的原理框圖；附圖5是無線集中器終端的原理框圖。
具體實施例方式下面參照附圖1對本發明所述的無線集中抄收管理系統進行描述說明。根據附圖1，無線集中抄收管理系統由終端儀器儀表、數據採集控制系統、數據傳輸系統以及信息管理服務系統多個子系統構成。其中，終端儀器儀表為無線表具，包括無線遠傳水錶、燃氣表、熱量表、電錶等民用計量儀表，用於計量檢測用戶的使用消耗數據，並將數據無線遠傳輸出，是系統的終端設備；數據採集控制系統是採集終端儀器儀表數據並接收處理上級控制命令的設備，主要包括採集器和集中器；無線數據傳輸系統是數據採集控制系統的上級網絡系統，由集中器、無線GPRS通訊模塊(或其他有線公網接入設備，本系統首先採用GPRS通訊)組成，主要完成數據的轉換和數據的傳輸交換；信息管理服務軟體系統是無線遠傳抄表系統的管理中心，實現整個系統的信息化管理。具備用戶信息管理、數據管理、數據統計、數據分析、數據報表、表具控制、信息查詢、收費管理、銀行接口等完善功能，極大地提高了管理部門的管理水平。無線表具根據預設條件(定時及定量)向採集器發送數據，採集器解析接收數據包判斷數據是否合法，並發出相應的控制指令；當無線表具處於休眠狀態用戶需要抄收數據時，系統管理中心通過GPRS將指令傳輸給數據中心經無線傳輸與集中器相聯絡，集中器將數據指令發送至採集器喚醒終端表具，被喚醒的終端表具將數據通過無線傳輸經採集器、集中器返回數據中心，經GPRS傳送給系統管理中心。根據附圖2，本實例中，當用戶需要抄收無線表具數據信息時，由系統管理中心通過通訊接口 C向集中器發送抄收控制命令；集中器接收到數據信息後分析數據並通過無線接口 B向採集器發送控制命令；採集器接收解析數據之後通過無線接口 A將控制命令發送至無線表具；無線表具根據預設條件定量、定時(每間隔1 或Mh)主動上傳數據至採集器，同時接收採集器的控制指令。無線表具根據本機表具編號(唯一 ID地址編碼)採用隨機算法計算本機數據通訊時間(以避免多臺表具的數據並發)向採集器發送表具數據信息，採集器接收解析數據
6包，判斷數據是否合法，若否，下傳通訊失敗應答，無線表具收到通訊失敗應答或在規定時間內收不到採集器的任何應答，則重新發送表具數據信息，採集器判斷接收數據結果正確， 則檢索採集器資料庫中是否有該表具的控制命令信息，若無，則向無線表具下傳數據接收正確應答，若有則發送控制命令並等待無線水錶應答；無線表具接收到採集器的應答數據後，解析判斷數據是否合法，若正確則執行相關命令並發送數據接收正確或命令執行結果應答，若不正確則發送數據接收錯誤通訊失敗應答；採集器接受到正確應答數據後，記錄處理通訊數據，一次無線通訊過程結束，若收到通訊失敗應答或無應答，則本次通訊無效，通訊結束ο無線表具無法聯絡採集器，或發送表具數據信息後在規定時間內收不到採集器的任何應答，則重新執行上述通訊過程，若重複次數大於3次，則認為無線通訊故障，無線水錶記錄故障狀態並提示，本次通訊結束。本實例中集中器、採集器及表具主從無線拓撲網絡通訊結構中，採用兩個通訊信道以保證通訊成功率。採集器配置兩個互不影響的並行信道同時工作，無線表具默認其中一個信道工作，當該信道繁忙時無線水錶可自動切換到另一個信道進行通訊，該過程自動識別完成。本實例中數據的傳輸採用DES算法對數據進行加密傳輸，保證數據傳輸交換的安全性。以上措施充分保證了無線通訊的實時性、可靠性和安全性，提高了通訊成功率。根據附圖3，無線表具主要由單片機、無線通訊晶片、無線模塊接口電路、供電電源電路、液晶顯示電路、控閥電路等組成，無效表具以單片機作為數據處理的核心，內置有專用雙向數字無線通訊模塊用於發射計量數據並接收系統命令執行相關操作。實現了表具的數位化、信息化，內部數據信息齊全以滿足系統管理要求，獨立的供電電路與數據處理存儲功能使表具不依賴於系統而獨立工作，表閥一體，可實現遠程控制。該表具的無線通訊模塊工作在ISM頻段，載波頻率070 510)MHz，可靠傳輸距離達500m以上，滿足無線通訊組網要求，充分保證了表具通訊可靠性和抄收成功率。根據附圖4，無線採集器終端的工作原理無線採集器由微處理器、電源管理電路、數據存儲電路、無線表計模塊、數據輸出接口電路、實時時鐘電路、數據通訊接口、無線集中器模塊組成。無線採集器採用雙串口通訊的MSP430F1XX系列的微處理器，分兩路通道通訊，一路通過無線表計模塊與表計通訊， 稱為下路通訊；簡稱A模塊。一路通過無線集中器模塊與集中器通訊或者是手持機通訊，稱為上路通訊；簡稱B模塊。表計採用完全透明傳輸的A模塊，定時和定量的方式與採集器通訊，當表計達到設定的時間時或設定的數量時，表計主動發送數據給採集器，採集器接收到數據後根據其 ID號存儲在相應的數據存儲區。存儲數據之前，採集器必須先識別表計ID，判斷是否歸屬本採集器管理。與上路通訊也是採用無線透明傳輸模塊，此模塊可以採用帶有級聯功能的小功率模塊，也可以採用大功率的模塊。採用小功率模塊需要對採集器的ID及網絡歸屬標號進行設置。為了避免幹擾，保證數據通訊的可靠性，A模塊與B模塊採用不同的發射功率、 通訊信道及頻點。手持機的通訊是與集中器是雙路並聯的。手持機的通訊與集中器的通訊互不影響。
表計按照定時、定量發送數據給採集器，如果手抄器或集中器下達指令給採集器， 讓表計進行開閥或關閥，那採集器收到下達的指令後，把命令存儲起來，當表計與採集器通訊時，採集器再下發命令給表計，表計執行完指令後發送給採集器，若表計與採集器通訊失敗，下次通訊時再次下發，直到表計返回正確的指令後，採集器中的命令消失。集中器與採集器之間的通訊是採集器等待集中器發送指令後，處理相應的命令。 集中器與採集器之間的模塊採用大功率無線模塊或級聯功能的無線模塊，集中器每天定時與採集器通訊一遍，以保存每天的數據。根據附圖5，無線集中器電路由ARM9處理器、GPRS通訊、有線數據通訊接口、無線採集器模塊、SD卡數據存儲電路、實時時鐘電路、網絡輸出接口電路、電源管理電路組成。 無線集中器採用ARM9內核的EM9161微處理器工控板控制電路部分，通過無線採集器模塊對採集器的數據進行匯總，採用SD卡方式進行數據存儲，然後通過GPRS通訊的方式發送出去，實現對無線儀表計量數據的集中採集和數據存儲。無線集中器是具有獨特的調控方式和頻點，配有專用的數據通訊協議，有很高的安全性和抗攻擊性。
權利要求
1.一種實時、可靠、抄收率高的無線通訊處理方法，包括以下內容1)無線表具初始化中的隨機算法；2)無線表具與採集器之間的無線通訊採用的高效前向糾錯信道編碼技術；3)無線表具與採集器之間的無線通訊採用多信道冗餘的通訊方式；
2.如權利要求1所述的無線通訊處理方法，其特徵在於無線表具在定時發送數據的過程中根據本機表具編號(唯一 ID地址編碼)採用隨機算法計算本機數據通訊時間，以避免多臺表具的數據並發，最大限度減少數據並發衝突機率。
3.如權利要求1所述的無線通訊處理方法，其特徵在於無線表具、採集器之間的無線通訊採用ISM頻段工作頻點、基於FSK的調製方式，採用高效前向糾錯信道編碼技術，提高數據抗突發乾擾和隨機幹擾的能力。
4.如權利要求1所述的無線通訊處理方法，其特徵在於無線表具、採集器之間的無線通訊採用了多信道冗餘的通訊方式，當一個信道繁忙時可以切換到另一個信道進行通訊， 保證了通訊可靠性和實時性。
5.一種實現權利要求1所述的無線通訊處理方法的系統，其特徵在於一種實現能源計量數據無線集中抄收管理的系統，包含終端儀器儀表、數據採集控制系統、數據傳輸系統以及信息管理服務系統、手持機多個子系統。其中，終端儀器儀表為無線表具，包括無線遠傳水錶、燃氣表、熱量表、電錶等民用計量儀表，用於計量檢測用戶的使用消耗數據，並將數據無線遠傳輸出，同時執行系統控制命令，是系統的終端設備；數據採集控制系統是採集終端儀器儀表數據並接收處理上級控制命令的設備，主要包括採集器和集中器；無線數據傳輸系統是數據採集控制系統的上級網絡系統，由集中器、無線GPRS通訊模塊(或其他有線公網接入設備，本系統首先採用GPRS通訊)組成，主要完成數據的轉換和數據的傳輸交換；信息管理服務軟體系統是無線遠傳抄表系統的管理中心，實現整個系統的信息化管理， 具備用戶信息管理、數據管理、數據統計、數據分析、數據報表、表具控制、信息查詢、收費管理、銀行接口等完善功能，極大地提高了管理部門的管理水平；手持機用於系統靈活配置和維護管理，提高系統的適用性。
6.根據權利要求5所述的一種實現能源計量數據無線集中抄收管理的系統，其特徵在於無線集中抄收管理系統的各子系統之間的通訊採用不同的無線接口和不同的通訊協議，各無線接口採用不同無線傳輸頻率(頻點、信道)，以保證無線數據通訊的可靠性；採用數據透明傳輸方式，以保證系統的兼容性、擴展形、靈活性和適用性。
7.根據權利要求5所述的一種實現能源計量數據無線集中抄收管理的系統，其特徵在於無線集中抄收管理系統中的無線表具，內置有專用雙向數字無線通訊模塊，用於發射計量數據並接收系統命令執行相關操作。該表具具有獨立的供電與數據處理存儲功能使表具不依賴於系統而獨立工作，表閥一體，可實現遠程控制。表具無線通訊模塊工作在ISM頻段，載波頻率G70 510)MHz，可靠傳輸距離達500m以上，滿足無線通訊組網要求，充分保證了表具通訊可靠性和抄收成功率。
8.根據權利要求5所述的一種實現能源計量數據無線集中抄收管理的系統，其特徵在於無線集中抄收管理系統中的採集器用於接收處理用戶計量表具信息和傳達上級控制命令，是組網的關鍵環節，是無線網絡中的節點，每臺可同時管理多達200臺用戶計量表具， 採集器與集中器無線通訊模塊工作在ISM頻段，載波頻率070 510)MHz (不同於表具頻點)，可靠傳輸距離達IOOOm以上，滿足無線通訊組網要求，充分保證了數據通訊可靠性和抄收成功率。
9.根據權利要求5所述的一種實現能源計量數據無線集中抄收管理的系統，其特徵在於無線集中抄收管理的系統中的集中器具備兩個通訊網絡接口 一個是與採集器的無線通訊接口，工作頻段採用G70 510)MHz ；另一個是與無線GPRS通訊系統的接口(或其他有線公網)，採用RS485有線通訊接口。每個集中器可以管理多達20臺採集器(採集器組網通訊方式下可達100臺)。
10.根據權利要求5所述的一種實現能源計量數據無線集中抄收管理的系統，其特徵在於無線集中抄收管理的系統中的信息管理服務軟體系統是無線遠傳抄表系統的管理中心，實現整個系統的信息化管理。具備用戶信息管理、數據管理、數據統計、數據分析、數據報表、表具控制、信息查詢、收費管理、銀行接口等完善功能，極大地提高了管理部門的管理水平。
11.根據權利要求5所述的一種實現能源計量數據無線集中抄收管理的系統，其特徵在於無線集中抄收管理系統中的採集器、集中器都可以單獨與手持機組成人工無線集中抄表系統，系統應用更加靈活、方便。
全文摘要
本發明公開了一種實現能源計量數據無線集中抄收管理的方法及系統，該系統由無線表具、採集器、集中器、無線GPRS通訊模塊、系統管理中心組成。其特點是該系統採用定量、定時、多信道冗餘通訊技術、高效前向糾錯信道編碼技術，降低了功耗，保證了無線數據通訊的可靠性和抄收成功率，無線集中抄收管理系統的各子系統之間的通訊採用不同的無線接口和通訊協議，各無線接口採用不同無線傳輸頻率，採用數據透明傳輸方式，以保證無線數據通訊的可靠性及系統的兼容性、靈活性和適用性，為管理部門提供了實時、真實、可靠的數據信息，實現了對表具工作狀態的實時監控、統計、分析，提高了管理部門的經營管理水平。
文檔編號G08C17/02GK102194304SQ201010115639
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月2日 優先權日2010年3月2日
發明者亓恆忠, 任國賢, 劉衍志, 莊革, 張令, 耿哲 申請人:莊革