CN103200241A - 一种远程无线抄表控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力仪表信息无线采集技术领域，涉及一种远程无线抄表控制装置，微处理器模块为内带Flash存储的单片机，微处理器模块的芯片各管脚分别与无线数传模块、数据通信接口模块、串行存储模块和电源模块电连接；无线数传模块选用高速GSM/GPRS/EDGE的G24模块；数据通信接口模块分别与无线数传模块和数据采集终端电连接；串行存储模块存储电能表数据；电源模块使GPRS无线数据传输终端的各个连接模块供电；数据采集终端自动组网，将多个路由节点加入ZigBee网络，路由节点分别与各个终端节点进行数据通信，终端节点对每个电能表进行数据采集；其结构简单，原理可靠，自动化程度高，抄表准确，节省人力和财力，环境友好。

Description

一种远程无线抄表控制装置
技术领域：
本发明属于电力仪表信息无线采集技术领域，涉及一种远程无线抄表控制装置，特别是一种ZigBee技术与GPRS技术相结合的远程无线抄表控制装置。
背景技术：
远程智能抄表计量工作，关系着公用事业行业和能源供给企业的经营、管理效益，传统的人工抄表由抄表人员每月逐户查抄电表，消耗大量的人力和物力，而且采集数据的时间跨度大，采集数据的准确度低，无法满足“周期性、实时性、准确性”的要求，采用传统的人工抄表方式已不能适应现代社会发展；远程自动化抄表***是现代化电力***中不可缺少的重要组成部分，远程自动化抄表***是指在电力网用户终端进行自动计量，并将计量数据周期性自动回传至控制中心，由控制中心对数据进行记录分析，以完成后续的优化调度、控制和计费等功能；目前，在现有的抄表***和技术方法中主要包括有线抄表***、掌上抄表***和无线抄表***，其中有线抄表***增加了综合布线的费用和难度，降低了***的应用灵活性，有线抄表***已难以广泛的推广和应用；掌上抄表***需抄表部门用掌上抄表器抄取数据，抄取数据不易管理且只能抄取少量数据，其自动化程度低，限制了应用范围；现有的无线抄表***虽然采用无线收发设备传输数据，不需要专门架线，***结构简单，可节省人力和物力，相对有线抄表***和掌上抄表***更有应用优势，但是其制备成本高，抄表范围小，因此，寻求设计一种采用低设备成本的无线网技术（ZigBee技术）与GPRS网络技术相结合实现远程无线自动抄表的控制装置，为供电企业带来技术改进，为广大用户的用电消费带来许多便利，具有很好的现实意义和经济效益，可以提高抄表效率，减少人工误差，节约运行成本，实现自动化抄表功能。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，寻求设计提供一种ZigBee和GPRS技术相结合的远程无线抄表控制装置，提高抄表***自动化程度，实现实时、准确和周期性的将采集信息传回至控制中心。
为了实现上述目的，本发明的主体结构包括监控中心站、GPRS数据传输终端、数据采集终端（ZigBee网络总节点）、路由节点、终端节点、电能表、电源模块、无线数传模块、数据通信接口模块、串行存储模块和微处理器(MCU)模块；GPRS数据传输终端由电源模块、无线数传模块、数据通信接口模块、串行存储模块和微处理器(MCU)模块电信息连通组成；微处理器(MCU)模块的结构为内带Flash存储的单片机，具有16位RISC结构，其CPU中的16个寄存器和常数发生器使其能达到最高的代码效率，灵活的时钟源能够使各模块和器件的功率消耗降低，微处理器(MCU)模块的芯片各管脚分别与无线数传模块、数据通信接口模块、串行存储模块和电源模块按电学原理对应电连接，通过微处理器模块的管脚分别控制各个功能模块协同工作；无线数传模块选用Motorola公司生产的高速GSM/GPRS/EDGE的G24模块，支持850/900/1800/1900MHz四种频率，由标准的AT指令控制，无线数传模块通过一个70PIN、0.5mm间距的表面安装插座和应用电路板相连接；数据通信接口模块分别与无线数传模块和数据采集终端(ZigBee网络总结点)电连接；串行存储模块存储电能表数据；电源模块使GPRS无线数据传输终端的各个连接模块供电并正常工作；数据采集终端(ZigBee网络总结点)自动组网，将多个路由节点加入ZigBee网络，通过ZigBee射频芯片与多个路由节点之间进行数据通信，同时路由节点通过ZigBee射频芯片分别与各个终端节点进行数据通信，终端节点再分别对每个电能表进行数据采集，终端节点将采集到的电能表数据传递给路由节点，路由节点再将收集到的数据汇总至数据采集终端（ZigBee网络总节点），数据采集终端（ZigBee网络总节点）将接收到的数据进行分析处理后把数据传送给GPRS无线数据传输终端，GPRS无线数据传输终端再通过无线数传模块将数据回传至监控中心站，实现对电能表的远程无线控制。
本发明基于ZigBee技术进行收发信号，通过ZigBee终端节点进行采集数据，然后经过数据采集终端（ZigBee网络总节点）协调器将采集的数据传给GPRS无线数据传输终端，最后通过GPRS网络传给监控中心站，实现远程无线抄表功能；其具体工艺过程为：
（1）、先在监控中心站的上位机中建立数据库，分别将所要采集的电能表信息和用户信息关联起来存入数据库；
（2）、再接通GPRS无线数据传输终端单元的电源模块，完成无线数传模块和网络注册的初始化工作；
（3）、由监控中心站发送网络连接请求，GPRS无线数据传输终端自动进行PPP拨号后通过TCP/IP协议与位于互联网上的数据中心建立连接，同时为监控中心站和数据采集终端(ZigBee网络总结点)建立一条双向透明传输的无线通信链路；
（4）、然后由监控中心站发送抄表指令(命令字+数据)给GPRS无线数据传输终端的无线数传模块，无线数传模块将收到的信号转发给数据通信接口模块，数据通信接口模块通过RS232串口将信号发送至数据采集终端(ZigBee网络总结点)；
（5）数据采集终端(ZigBee网络总结点)收到GPRS无线数据传输终端的数据通信接口模块传来的抄表信号后，数据采集终端(ZigBee网络总结点)自动组织网络，同时将抄表信号进行分析处理，然后通过ZigBee射频芯片将多个路由节点加入ZigBee网络；
（6）、多个路由节点将各自收到的抄表信号通过ZigBee射频芯片传送给终端节点，终端节点将接收到的抄表信号依次发送给电能表；
（7）、终端节点将采集到的电能表数据回传至相应的路由节点，路由节点再对收到的电能表数据进行路由选择，然后回传至数据采集终端(ZigBee网络总结点)，再由数据采集终端(ZigBee网络总结点)对收到的数据进行综合分析处理，回传至GPRS无线数据传输终端的数据通信接口模块，然后由串行存储模块对接收到的数据进行存储；
（8）、GPRS无线数据传输终端将串行存储模块存储的数据封装成IP包(包头+数据)，然后通过数据通信接口模块传回至监控中心，实现ZigBee和GPRS技术相结合的远程无线抄表及控制。
本发明与现有抄表技术相比，采用ZigBee和GPRS两种通信技术相结合的组网方式，改变了以往全人工抄表的模式，提高了抄表人员的工作效率和准确率；集中抄表范围广，便于安装和维护，不需要进行专门布线，同时可对仪表设备进行远程控制、参数调整和开关等控制操作，可根据抄表用户的不同分布，灵活地构建抄表的无线网络，实时、准确、有效地实现对电力仪表信息采集的控制，也可以将ZigBee无线模块集成到电能表、水表和燃气表中，实现居民区集中抄表、无布线和快速组网以及三表统一抄收的功能；其抄表***装置结构简单，原理可靠，实现远程无线抄表的自动化程度高，抄表准确度好，节省人力和财力，环境友好。
附图说明：
图1为本发明的***装置主体结构原理示意框图。
图2本发明涉及的***装置初始化工作流程示意框图。
图3为本发明涉及的GPRS数据传输终端工作流程示意框图。
图4为本发明涉及的数据采集终端工作流程示意框图。
具体实施方式：
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例：
本实施例涉及的远程无线抄表控制***装置主体结构包括监控中心站1、GPRS数据传输终端2、数据采集终端（ZigBee网络总节点）3、路由节点4、终端节点5、电能表6、电源模块7、无线数传模块8、数据通信接口模块9、串行存储模块10和微处理器(MCU)模块11；GPRS数据传输终端2由电源模块7、无线数传模块8、数据通信接口模块9、串行存储模块10和微处理器(MCU)模块11电信息连通组成；微处理器(MCU)模块11的结构为内带Flash存储的单片机，具有16位RISC结构，其CPU中的16个寄存器和常数发生器使其能达到最高的代码效率，灵活的时钟源能够使各模块和器件的功率消耗降低，微处理器(MCU)模块的芯片各管脚分别与无线数传模块8、数据通信接口模块9、串行存储模块10和电源模块7按电学原理对应电连接，通过微处理器模块11的管脚分别控制各个功能模块协同工作；无线数传模块8选用Motorola公司生产的高速GSM/GPRS/EDGE的G24模块，支持850/900/1800/1900MHz四种频率，由标准的AT指令控制，无线数传模块8通过一个70PIN、0.5mm间距的表面安装插座和应用电路板相连接；数据通信接口模块9分别与无线数传模块8和数据采集终端(ZigBee网络总结点)3电连接；串行存储模块10存储电能表数据；电源模块7使GPRS无线数据传输终端2的各个连接模块供电并正常工作；数据采集终端(ZigBee网络总结点)3自动组网，将多个路由节点4加入ZigBee网络，通过ZigBee射频芯片与多个路由节点4之间进行数据通信，同时路由节点4通过ZigBee射频芯片分别与各个终端节点5进行数据通信，终端节点5再分别对每个电能表6进行数据采集，终端节点5将采集到的电能表数据传递给路由节点4，路由节点4再将收集到的数据汇总至数据采集终端（ZigBee网络总节点）3，数据采集终端（ZigBee网络总节点）3将接收到的数据进行分析处理后把数据传送给GPRS无线数据传输终端2，GPRS无线数据传输终端2再通过无线数传模块8将数据回传至监控中心站1，实现对电能表6的远程无线控制。
本实施例在远程无线抄表控制***装置中完成，***装置基于ZigBee技术进行收发信号，通过ZigBee终端节点进行采集数据，然后经过数据采集终端（ZigBee网络总节点）3协调器将采集的数据传给GPRS无线数据传输终端2，最后通过GPRS网络传给监控中心站1；其具体工艺过程为：
（1）、在监控中心站1的上位机中建立数据库，分别将所要采集的电表信息和用户信息关联起来存入数据库；
（2）、接通GPRS无线数据传输终端2的电源模块7，完成无线数传模块8和网络注册的初始化工作；
（3）、监控中心站1发送网络连接请求，GPRS无线数据传输终端2自动进行PPP拨号后通过TCP/IP协议与位于互联网上的数据中心建立连接，同时为监控中心站1和数据采集终端(ZigBee网络总结点)3建立一条双向透明传输的无线通信链路；
（4）、监控中心站1发送抄表指令(命令字+数据)给GPRS无线数据传输终端2的无线数传模块8，无线数传模块8将收到的信号转发给数据通信接口模块9，数据通信接口模块9通过RS232串口将信号发送至数据采集终端(ZigBee网络总结点)3；
（5）数据采集终端(ZigBee网络总结点)3收到GPRS无线数据传输终端2的数据通信接口模块9传来的抄表信号后，数据采集终端(ZigBee网络总结点)3自动组织网络，同时将抄表信号进行分析处理，然后通过ZigBee射频芯片将多个路由节点4加入ZigBee网络；
（6）、多个路由节点4将各自收到的抄表信号通过ZigBee射频芯片传送给终端节点5，终端节点5将接收到的抄表信号依次发送给电能表6；
（7）、终端节点5将采集到的电能表数据回传至相应的路由节点4，路由节点4将对收到的电能表数据进行路由选择，然后回传至数据采集终端(ZigBee网络总结点)3，数据采集终端(ZigBee网络总结点)3对收到的数据进行综合分析处理，回传至GPRS无线数据传输终端2的数据通信接口模块9，串行存储模块10对接收到的数据进行存储；
（8）、GPRS无线数据传输终端2将串行存储模块10存储的数据封装成IP包(包头+数据)，然后通过数据通信接口模块9传回至监控中心1，实现ZigBee和GPRS技术相结合的远程无线抄表控制。

Claims (2)

1.一种远程无线抄表控制装置，其特征在于主体结构包括监控中心站、GPRS数据传输终端、数据采集终端、路由节点、终端节点、电能表、电源模块、无线数传模块、数据通信接口模块、串行存储模块和微处理器模块；GPRS数据传输终端由电源模块、无线数传模块、数据通信接口模块、串行存储模块和微处理器模块电信息连通组成；微处理器模块的结构为内带Flash存储的单片机，具有16位RISC结构，其CPU中的16个寄存器和常数发生器使其能达到最高的代码效率，灵活的时钟源能够使各模块和器件的功率消耗降低，微处理器模块的芯片各管脚分别与无线数传模块、数据通信接口模块、串行存储模块和电源模块按电学原理对应电连接，通过微处理器模块的管脚分别控制各个功能模块协同工作；无线数传模块选用Motorola公司生产的高速GSM/GPRS/EDGE的G24模块，支持850/900/1800/1900MHz四种频率，由标准的AT指令控制，无线数传模块通过一个70PIN、0.5mm间距的表面安装插座和应用电路板相连接；数据通信接口模块分别与无线数传模块和数据采集终端电连接；串行存储模块存储电能表数据；电源模块使GPRS无线数据传输终端的各个连接模块供电并正常工作；数据采集终端自动组网，将多个路由节点加入ZigBee网络，通过ZigBee射频芯片与多个路由节点之间进行数据通信，同时路由节点通过ZigBee射频芯片分别与各个终端节点进行数据通信，终端节点再分别对每个电能表进行数据采集，终端节点将采集到的电能表数据传递给路由节点，路由节点再将收集到的数据汇总至数据采集终端，数据采集终端将接收到的数据进行分析处理后把数据传送给GPRS无线数据传输终端，GPRS无线数据传输终端再通过无线数传模块将数据回传至监控中心站，实现对电能表的远程无线控制。
2.根据权利要求1所述的远程无线抄表控制装置，其特征在于基于ZigBee技术进行收发信号，通过ZigBee终端节点进行采集数据，然后经过数据采集终端协调器将采集的数据传给GPRS无线数据传输终端，最后通过GPRS网络传给监控中心站，实现远程无线抄表功能；其具体工艺过程为：
（1）、先在监控中心站的上位机中建立数据库，分别将所要采集的电能表信息和用户信息关联起来存入数据库；
（2）、再接通GPRS无线数据传输终端单元的电源模块，完成无线数传模块和网络注册的初始化工作；
（3）、由监控中心站发送网络连接请求，GPRS无线数据传输终端自动进行PPP拨号后通过TCP/IP协议与位于互联网上的数据中心建立连接，同时为监控中心站和数据采集终端建立一条双向透明传输的无线通信链路；
（4）、然后由监控中心站发送抄表指令给GPRS无线数据传输终端的无线数传模块，无线数传模块将收到的信号转发给数据通信接口模块，数据通信接口模块通过RS232串口将信号发送至数据采集终端；
（5）数据采集终端收到GPRS无线数据传输终端的数据通信接口模块传来的抄表信号后，数据采集终端自动组织网络，同时将抄表信号进行分析处理，然后通过ZigBee射频芯片将多个路由节点加入ZigBee网络；
（6）、多个路由节点将各自收到的抄表信号通过ZigBee射频芯片传送给终端节点，终端节点将接收到的抄表信号依次发送给电能表；
（7）、终端节点将采集到的电能表数据回传至相应的路由节点，路由节点再对收到的电能表数据进行路由选择，然后回传至数据采集终端，再由数据采集终端对收到的数据进行综合分析处理，回传至GPRS无线数据传输终端的数据通信接口模块，然后由串行存储模块对接收到的数据进行存储；
（8）、GPRS无线数据传输终端将串行存储模块存储的数据封装成包头+数据的IP包，然后通过数据通信接口模块传回至监控中心，实现ZigBee和GPRS技术相结合的远程无线抄表及控制。
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