CN102117537B - 抄表用网关和抄表***以及抄表方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抄表用网关，包括至少一个串口、电力载波模块、微控制单元、存储器以及网卡，串口用于接收通过无线通信方式发送的抄表信号，电力载波模块用于接收通过电力载波方式发送的抄表信号，微控制单元用于将串口和电力载波模块接收的抄表信号进行地址格式转换和数据格式转换生成数据包，存储器用于存储所述地址格式转换用的动态路由表，网卡用于将数据包发送给控制中心。还涉及一种抄表***以及抄表方法。本发明可以根据现场不同的情况和要求自主选择适合的数据传输方式。而控制中心能够控制的范围也得到了相应的扩大，将不同的传输网络用同一个***将其合并起来统一监测和控制，增强各***之间的协同性。
Description
【技术领域】
本发明涉及抄表技术，尤其涉及一种综合了无线通信和电力载波传输方式的抄表用网关和抄表***以及抄表方法。
【背景技术】
当前电力载波技术经过了长时间的完善，在一些领域已相当成熟，可以用于传输很多实时数据，如智能抄表，无人值守变电站的维护，都可以采用电力载波的数据传输方式，给人们带来了很大的方便。电力载波的优势在于，不需要重新架设网络，可以利用各种设备上自身携带的电力线进行信号传送。
但电力线存在本身固有的脉冲干扰，同时电力线的环境也是动态变化的，不同的时间对信号的干扰不一样；且只能在一个配电变压器区域范围内传送，范围较小。因此，很多场合并不适合电力载波的使用。
无线通信(Wireless communication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。当前，已出现很多利用无线通信方式进行智能抄表的方法，如Wi-Fi等，这些无线通信方式对智能抄表起了很大的促进作用。
然而在距离较短但空间中大型固体障碍较多，无线信号比较难以传递的场合，采用无线通信网络的方式进行信号传递，会对通信的可靠性造成较大的影响。
【发明内容】
鉴于电力载波和无线通信的抄表方式都存在缺陷，有必要提供一种将两者结合起来的抄表用网关，使得抄表***在适合电力载波抄表的环境下用电力载波的方式抄表，在适合无线通信抄表的环境中用无线通信的方式抄表。
一种抄表用网关，包括至少一个串口、电力载波模块、微控制单元、存储器以及网卡，所述串口用于接收通过无线通信方式发送的抄表信号，所述电力载波模块用于接收通过电力载波方式发送的抄表信号，所述微控制单元用于将所述串口和电力载波模块接收的抄表信号进行地址格式转换和数据格式转换生成数据包，所述存储器用于存储所述地址格式转换用的动态路由表，所述网卡用于将所述数据包发送给控制中心。
优选的，所述电力载波模块包括电力载波处理芯片和载波信号滤波电路，所述载波信号滤波电路包括输入滤波电路和输出滤波电路，所述输入滤波电路用于滤除通过电力载波方式发送的抄表信号的噪声，并将滤除噪声后的抄表信号经所述电力载波处理芯片转换成数字信号，传入所述微控制单元中；所述输出滤波电路用于对由控制中心发出的指令信号经所述微控制单元处理后、再传送给所述电力载波芯片转化成的电力载波信号进行滤波，避免噪声信号耦合到电力线上。
优选的，所述存储器中存储的动态路由表，包括抄表***中的抄表设备的设备标识号以及与该设备标识号惟一对应的全局标识号。
优选的，所述微控制单元进一步用于从所述串口和电力载波模块接收的抄表信号中，提取抄表设备发送的抄表数据和该抄表设备的设备标识号，然后通过所述动态路由表查找出对应的全局标识号，再将该全局标识号与所述抄表数据封装成数据包；将控制中心发出的指令信号中的全局标识号转换成设备标识号，同时将指令信号转换为抄表设备能够识别的帧格式，再传输给所述串口或电力载波模块以发送给抄表设备。
优选的，所述存储器内包括数据队列和指令队列，所述数据队列用于存储未能及时发送给网卡的抄表数据和全局标识号，所述指令队列用于存储未能及时发送给串口或电力载波模块的指令信号。
同时提供一种将电力载波和无线通信的抄表方式结合的抄表***。
一种抄表***，包括无线通信数据采集设备、无线通信网络终端、电力载波数据采集设备、电力载波集中器以及抄表用网关，所述无线通信数据采集设备用于采集抄表信号并通过无线通信方式发送到所述无线通信网络终端，所述电力载波数据采集设备用于采集抄表信号并通过电力载波方式发送到所述电力载波集中器，所述抄表用网关包括至少一个串口、电力载波模块、微控制单元、存储器以及网卡，所述串口用于接收无线通信网络终端传入的抄表信号，所述电力载波模块用于接收电力载波集中器传入的抄表信号，所述微控制单元用于将串口和电力载波模块接收的抄表信号进行地址格式转换和数据格式转换生成数据包，所述存储器用于存储所述地址格式转换用的动态路由表，所述网卡用于将所述数据包发送给控制中心。
优选的，所述电力载波模块包括电力载波处理芯片和载波信号滤波电路，所述载波信号滤波电路包括输入滤波电路和输出滤波电路，所述输入滤波电路用于滤除通过电力载波方式发送的抄表信号的噪声，并将滤除噪声后的抄表信号经所述电力载波处理芯片转换成数字信号，传入所述微控制单元中；所述输出滤波电路用于对所述电力载波芯片转化成的电力载波信号进行滤波，避免噪声信号耦合到电力线上。
优选的，所述存储器中存储的动态路由表包括抄表***中的抄表设备的设备标识号以及与该设备标识号惟一对应的全局标识号；所述存储器内建有数据队列和指令队列，数据队列用于存储未能及时发送给网卡的抄表数据和全局标识号，指令队列用于存储未能及时发送给串口或电力载波模块的指令信号。
优选的，所述微控制单元进一步用于从所述串口和电力载波模块接收的抄表信号中提取出抄表设备发送的抄表数据和该抄表设备的设备标识号，然后通过所述动态路由表查找出对应的全局标识号，再将该全局标识号与所述抄表数据封装成数据包；将控制中心发出的指令信号中的全局标识号转换成设备标识号，同时将指令信号转换为抄表设备能够识别的帧格式，再传输给所述串口或电力载波模块以发送给抄表设备。
优选的，所述动态路由表还包括所述抄表设备的位置信息，且所述位置信息、设备标识号和全局标识号能够随着所述抄表设备的增减而更新。
还有必要提供一种将电力载波和无线通信的抄表方式结合的抄表方法。
一种抄表方法，包括以下步骤：采集抄表数据并选择通信方式，转换成抄表信号后发送，所述通信方式包括无线通信方式和电力载波方式；分别接收通过无线通信方式和电力载波方式发送的抄表信号；将所述抄表信号进行地址格式转换和数据格式转换生成数据包并发送；接收所述数据包，并从数据包中提取出抄表信号进行管理。
优选的，所述抄表方法还包括对接收的电力载波方式发送的抄表信号进行滤波并转换为数字信号。
优选的，所述将抄表信号进行地址格式转换和数据格式转换生成数据包还具体包括建立动态路由表，从接收的抄表信号中提取出抄表数据和抄表设备的设备标识号，并根据所述动态路由表查找与设备标识号惟一对应的全局标识号，再将所述全局标识号与抄表数据封装成数据包。
优选的，所述抄表方法还包括接收指令信号，将所述指令信号中的全局标识号转换成设备标识号，且将指令信号转换为抄表设备能够识别的帧格式。
上述抄表用网关和抄表***以及抄表方法可以根据现场不同的情况和要求自主选择适合的数据传输方式。而控制中心能够控制的范围也得到了相应的扩大，将不同的传输网络用同一个***将其合并起来统一监测和控制，增强各***之间的协同性。
【附图说明】
图1为抄表用网关应用于抄表***中的示意图。
图2为抄表用网关的示意图。
图3为本发明抄表方法的流程图。
【具体实施方式】
图1是抄表用网关应用于抄表***中的示意图。抄表***包括无线通信数据采集设备、无线通信网络终端、电力载波数据采集设备、电力载波集中器、抄表用网关以及控制中心。其中无线通信数据采集设备用于将从表具采集的抄表数据转换成抄表信号后通过无线通信网络进行发送，所述无线通信网络包括无线传感器网络、无线点对点通信、Wi-Fi，ZigBee，GPRS/EDGE等；无线通信网络终端接收无线通信数据采集设备发送的抄表信号，经过格式转换后将其传入抄表用网关中。同样的，电力载波数据采集设备用于将从表具采集的抄表数据转换成电力载波形式的抄表信号后通过电力线进行发送，电力载波集中器接收电力载波形式的抄表信号，经过转换后传入抄表用网关中。之后由抄表用网关对上传的数据进行处理，转换生成数据包后再上传到控制中心。从控制中心发出的指令传送到抄表用网关后，由网关识别此指令是作用于哪个或哪些抄表设备的，并将指令格式转换成能够使抄表设备识别的格式，再下发到相应的抄表设备中。所述抄表设备是指无线通信数据采集设备和电力载波数据采集设备。
上述抄表***中，一个无线通信网络终端负责接收多个无线通信数据采集设备发送的抄表信号，一个电力载波集中器负责接收多个电力载波数据采集设备发送的抄表信号。上述抄表用网关与传统的无线通信网络终端以及电力载波集中器的接口均兼容，因此可以连接多个无线通信网络终端和电力载波集中器，在一个抄表***中将传统的无线通信抄表网络和电力载波抄表网络融合到一起，针对不同的环境使用最适合的抄表方式，并进行统一控制。
图2为抄表用网关的示意图。抄表用网关包括串口、电力载波模块、微控制单元(Micro Controller Unit，MCU)、存储器以及网卡，在一个网关中可以设置多个串口。
串口连接抄表用网关和无线通信网络终端。无线通信网络终端将接收的抄表信号转换成串行数据的格式，经过串口传递到抄表用网关的微控制单元中。若串行数据到达时，串口恰好在工作，则进入无线通信网络终端的等待队列，等待串口空闲；若队列已满，则丢弃该串行数据。抄表信号应包含无线通信数据采集设备在无线通信网络中的设备标识号，以及该设备发送的抄表数据。同样，从微控制单元传送过来的指令信号应包括设备标识号及向该设备发出的指令数据，通过串口送到无线通信网络终端，再由无线通信网络终端根据设备标识号采用无线通信网络内部的路由协议向下转发。
电力载波模块包括电力载波处理芯片、载波信号滤波电路等。载波信号滤波电路包括输入滤波电路和输出滤波电路。来自电力载波集中器的电力载波形式的抄表信号通过输入滤波电路，滤除指定频率以外的噪声，之后经电力载波处理芯片转换成数字信号，传入微控制单元中。同理，控制中心发出的指令信号经微控制单元处理后，再传送给电力载波芯片转化成电力载波信号，然后传输给输出滤波电路进行滤波，避免噪声信号耦合到电力线上。电力载波集中器接收到指令后，再根据其网络内部协议继续向电力载波数据采集设备进行转发。
微控制单元从电力载波模块或者串口传入的数据中提取出抄表设备的设备标识号和该设备发送的抄表数据，之后将该设备标识号与存储器中的路由表对照，得到该抄表设备的全局标识号，然后将全局标识号与抄表数据按照一定格式封装成数据包，为保证实时性和可靠性，每个数据包里只包含来自一个抄表设备的信息。之后再将这个数据包送到网卡进行发送。若当前网卡忙，则将数据包送到存储器的数据队列中，等到网卡的当前数据发送完再依次发送；若数据队列已满，则通知串口和电力载波模块，不必再接收数据包，直到数据队列中有空位为止。同理，从控制中心向下传输的指令包含有全局标识号，微控制单元根据路由表把全局标识号转换成设备标识号，同时将指令转换为抄表设备能够识别的帧格式，再根据当前各接口的收发状态，通过串口或电力载波模块传送到各抄表设备或暂时存储在存储器的指令队列中。
存储器中有一个动态路由表，标明了每一种抄表设备的通信方式，规定对于不同抄表设备的查询采用何种方式，以识别信息的来源和去向，保证抄表用网关的双向通信。每个无线通信数据采集设备和电力载波数据采集设备在抄表用网关以及控制中心的路由表中都统一编有和设备标识号惟一对应的全局标识号，而不管其究竟是属于无线通信网络还是电力载波网络。控制中心发出的指令信号包括要查询的抄表设备的全局标识号和要求抄表设备报告的具体抄表数据，同时在控制中心可以打包各种指令集合，统一查询多个抄表设备的抄表数据。
存储器还用于存储当前因为接口忙而未能发送的全局标识号、设备标识号、抄表数据或指令信号。存储器内建有数据队列和指令队列，数据队列面向网卡，将未能及时发送的全局标识号和抄表数据按照一定的格式存储在数据队列中，等待发送；指令队列面向串口和电力载波模块，将未能及时发送的设备标识号和指令信号以一定格式存储在指令队列中，等待发送。
网卡的作用是将微控制单元传送出的数据发送到控制中心，以及接收控制中心发送的指令，并传给微控制单元。网卡与控制中心的通信方式可以采用无线通信，也可以采用有线通信。
由于抄表***中的抄表设备不是一成不变的，会有已加入的抄表设备因各种原因退出***，也会有新的抄表设备加入到***当中。因此路由表应当能够动态更新，实时反映出当前***中实际存在的抄表设备。当有抄表设备加入或退出时，实时地报告给无线通信网络终端或电力载波集中器，使其更新自身的路由表，并在数据传输过程中以较高优先级将此路由表的改动部分，包括退出的设备标识号和新加入的设备标识号，以及它们的位置信息传送到抄表用网关中。当微控制单元收到路由表的改动信息后，若有设备退出，则将存储器中的动态路由表中与该设备有关的信息(包括设备标识号、全局标识号和位置信息)删除；若有新设备加入，则在动态路由表中为其分配一个新的全局标识号，并将这一全局标识号与该新的设备标识号建立联系。抄表用网关中的动态路由表更新完毕后，同样应当以较高优先级将更新后的路由表报告给控制中心，使控制中心的路由表及各抄表设备的位置信息也随之更新。
图3是本发明抄表方法的流程图，其包括以下步骤：
S302，采集并通过无线通信方式发送抄表信号。采集抄表数据，转换成抄表信号后通过无线通信方式进行发送。所述无线通信方式包括无线传感器网络、无线点对点通信、Wi-Fi，ZigBee，GPRS/EDGE等
S304，接收通过无线通信方式发送的抄表信号。
S312，采集并通过电力载波方式发送抄表信号。采集抄表数据，转换成抄表信号后通过电力载波方式进行发送。
S314，接收通过电力载波方式发送的抄表信号。
S320，将抄表信号转换成数据包。将抄表信号进行统一的地址格式转换和数据格式转换，生成数据包并发送。
S330，接收数据包，并提取出抄表信号进行统一管理。
上述抄表用网关和抄表***以及抄表方法可以根据现场不同的情况和要求自主选择适合的数据传输方式。而控制中心能够控制的范围也得到了相应的扩大，将不同的传输网络用同一个***将其合并起来统一监测和控制，增强各***之间的协同性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种抄表用网关，其特征在于，包括至少一个串口、电力载波模块、微控制单元、存储器以及网卡，所述串口用于接收通过无线通信方式发送的抄表信号，所述电力载波模块用于接收通过电力载波方式发送的抄表信号，所述微控制单元用于将所述串口和电力载波模块接收的抄表信号进行地址格式转换和数据格式转换生成数据包，所述微控制单元具体用于从所述串口和电力载波模块接收的抄表信号中，提取抄表设备发送的抄表数据和该抄表设备的设备标识号，然后通过动态路由表查找出对应的全局标识号，再将该全局标识号与所述抄表数据封装成数据包，每个所述数据包只包含来自一个抄表设备的信息；还用于将控制中心发出的指令信号中的全局标识号转换成设备标识号，同时将指令信号转换为抄表设备能够识别的帧格式，再传输给所述串口或电力载波模块以发送给抄表设备；所述存储器用于存储所述地址格式转换用的所述动态路由表，所述动态路由表包括抄表***中的抄表设备的设备标识号以及与该设备标识号惟一对应的全局标识号，所述网卡用于将所述数据包发送给控制中心。
2.根据权利要求1所述的抄表用网关，其特征在于，所述电力载波模块包括电力载波处理芯片和载波信号滤波电路，所述载波信号滤波电路包括输入滤波电路和输出滤波电路，所述输入滤波电路用于滤除通过电力载波方式发送的抄表信号的噪声，并将滤除噪声后的抄表信号经所述电力载波处理芯片转换成数字信号，传入所述微控制单元中；所述输出滤波电路用于对由控制中心发出的指令信号经所述微控制单元处理后、再传送给所述电力载波芯片转化成的电力载波信号进行滤波，避免噪声信号耦合到电力线上。
3.根据权利要求1所述的抄表用网关，其特征在于，所述存储器内包括数据队列和指令队列，所述数据队列用于存储未能及时发送给网卡的抄表数据和全局标识号，所述指令队列用于存储未能及时发送给串口或电力载波模块的指令信号。
4.一种抄表***，包括无线通信数据采集设备、无线通信网络终端、电力载波数据采集设备、电力载波集中器以及抄表用网关，所述无线通信数据采集设备用于采集抄表信号并通过无线通信方式发送到所述无线通信网络终端，所述电力载波数据采集设备用于采集抄表信号并通过电力载波方式发送到所述电力载波集中器，其特征在于，所述抄表用网关包括至少一个串口、电力载波模块、微控制单元、存储器以及网卡，所述串口用于接收无线通信网络终端传入的抄表信号，所述电力载波模块用于接收电力载波集中器传入的抄表信号，所述微控制单元用于将串口和电力载波模块接收的抄表信号进行地址格式转换和数据格式转换生成数据包，所述微控制单元进一步用于从所述串口和电力载波模块接收的抄表信号中提取出抄表设备发送的抄表数据和该抄表设备的设备标识号，然后通过动态路由表查找出对应的全局标识号，再将该全局标识号与所述抄表数据封装成数据包，每个所述数据包只包含来自一个抄表设备的信息；还用于将控制中心发出的指令信号中的全局标识号转换成设备标识号，同时将指令信号转换为抄表设备能够识别的帧格式，再传输给所述串口或电力载波模块以发送给抄表设备；所述存储器用于存储所述地址格式转换用的所述动态路由表，所述动态路由表包括抄表***中的抄表设备的设备标识号以及与该设备标识号惟一对应的全局标识号；所述网卡用于将所述数据包发送给控制中心。
5.根据权利要求4所述的抄表***，其特征在于，所述电力载波模块包括电力载波处理芯片和载波信号滤波电路，所述载波信号滤波电路包括输入滤波电路和输出滤波电路，所述输入滤波电路用于滤除通过电力载波方式发送的抄表信号的噪声，并将滤除噪声后的抄表信号经所述电力载波处理芯片转换成数字信号，传入所述微控制单元中；所述输出滤波电路用于对所述电力载波芯片转化成的电力载波信号进行滤波，避免噪声信号耦合到电力线上。
6.根据权利要求4所述的抄表***，其特征在于，所述存储器内建有数据队列和指令队列，数据队列用于存储未能及时发送给网卡的抄表数据和全局标识号，指令队列用于存储未能及时发送给串口或电力载波模块的指令信号。
7.根据权利要求6所述的抄表***，其特征在于，所述动态路由表还包括所述抄表设备的位置信息，且所述位置信息、设备标识号和全局标识号能够随着抄表设备的增减而更新。
8.一种抄表方法，包括以下步骤：
采集抄表数据并选择通信方式，转换成抄表信号后发送，所述通信方式包括无线通信方式和电力载波方式；
分别接收通过无线通信方式和电力载波方式发送的抄表信号；
将所述抄表信号进行地址格式转换和数据格式转换生成数据包并发送；具体包括建立动态路由表，从接收的抄表信号中提取出抄表数据和抄表设备的设备标识号，并根据所述动态路由表查找与设备标识号惟一对应的全局标识号，再将所述全局标识号与抄表数据封装成数据包，每个所述数据包只包含来自一个抄表设备的信息；
接收所述数据包，并从数据包中提取出抄表信号进行管理。
9.根据权利要求8所述的抄表方法，其特征在于，所述抄表方法还包括对接收的电力载波方式发送的抄表信号进行滤波并转换为数字信号。
10.根据权利要求8所述的抄表方法，其特征在于，所述抄表方法还包括接收指令信号，将所述指令信号中的全局标识号转换成设备标识号，且将指令信号转换为抄表设备能够识别的帧格式。
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