CN111065155A - 一种基于dlt634.5-101标准的低功耗无线通讯*** - Google Patents

一种基于dlt634.5-101标准的低功耗无线通讯*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于DLT634.5‑101标准的低功耗无线通讯***，包括无线通信层、主机***层、数据采集层和电源模块；所述无线通信层与所述主机***层连接，所述主机***层与所述数据采集层连接，所述电源模块与所述无线通信层、主机***层和数据采集层连接，并提供电能。本发明通过超低功耗技术将设备功耗由几十瓦降低到2W，大大降耗节能，可以减小电流电压互感器PT/CT的运行负荷，延长相关设备使用寿命，并可促进传统配电开关以及PT/CT等一次设备的升级换代，降低维护费用。

Description

一种基于DLT634.5-101标准的低功耗无线通讯***
技术领域
本发明涉及智能电网技术领域，具体涉及一种基于DLT634.5-101标准的低功耗无线通讯 ***。
背景技术
提出升级改造配电网，推进智能电网建设，全面提升电力***的智能化水平，提高电网 接纳和优化配置多种能源的能力，满足多元用户供需互动，因此对远程监控的实时性、可靠 性和功耗的要求也越来越严格。传统的馈线自动化终端FTU装置电源取自于高压线路上安装 的PT装置。PT装置属于一次设备，它起的作用是把10千伏高压电源变成220伏低压电源给 FTU供电。设备重量大，运输和安装都不太方便，尤其是PT装置经常发生谐振等一些原因造 成装置损坏、***等事故，这对电网造成了新的故障隐患。传统的FTU也只能通过此方式进 行供电，因为传统FTU耗电比较大。馈线终端的功耗主要是由通信部分、采集部分、开关和 指示灯部分、芯片的自身功耗组成。主站与FTU通信主要是通过主站的总召唤，子站检测到 遥测信息异常或者遥信变位事件发生的主动上报，其余时间通信模块都处于待机浪费能源。 一般的FTU终端整机功耗大约都在几十瓦，这一损耗无论从能源还是经济性角度来说都是难 以接受的。而通过超低功耗技术将设备功耗由几十瓦降低到2W，大大降耗节能。可以减小电 流电压互感器PT/CT的运行负荷，延长相关设备使用寿命，并可促进传统配电开关以及PT/CT 等一次设备的升级换代，降低维护费用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提出一种基于DLT634.5-101标准的低功耗无线通讯***。所述基于DLT634.5-101标准的低功耗无线通讯***具有设计新颖、造价低廉和实用性强的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于DLT634.5-101标准的低功耗无线通讯***，包括无线通信层、主机***层、数 据采集层和电源模块；所述无线通信层与所述主机***层连接，所述主机***层与所述数据 采集层连接，所述主机***层包括事件处理层、硬件接口层和任务调度层，所述主机***层 通过任务调度层将无线通信层，数据采集层，硬件接口层，事件处理层联系起来，所述主机 ***层通过任务调度层进行查询需要执行的任务，通过事件处理层进行处理，通过硬件接口 层实现根据当前事件处理层是否有任务需要执行，来决定进入或退出硬件低功耗模式，所述 电源模块包括供电***单元、稳压处理单元和电压检测单元，所述电源模块与所述无线通信 层、主机***层和数据采集层连接，并提供电能。
进一步地，所述供电***单元采用直流电压互感器供电或者通过太阳能板供电，然后通 过二极管隔离，一部分用来给备用电池充电，备用电池输出24v后进入24v转5v开关电源， 再进行降压稳压处理然后经过5v转3.3v稳压电路后输出3.3v给***供电；另一部分直接接 到24v转5v开关电源，再进行降压稳压处理然后经过5v转3.3v稳压电路后输出3.3v给系 统供电。
进一步地，所述无线通信层具有主机***控制其进入休眠的睡眠机制、主动唤醒主机系 统机制、主机***主动唤醒无线通信单元机制。
进一步地，所述睡眠机制是主站会发出总召帧、链路状态帧、心跳帧等，无线通信单元 可以实现睡眠降低功耗，并缓存主站下发的数据，并根据状态判定来是否发送给主机***。
进一步地，所述主动唤醒主机制是当通信单元判定成功可以给主机***发送主站的数据 帧时，可以主动唤醒主机***并发送数据。
进一步地，所述主机***主动唤醒无线通信单元机制是当主机***通过数据采集层采集 到遥信变位、带时标的事件记录、遥测值超过死区范围时，会主动发送数据帧给主站，主机 ***会唤醒无线通信单元以便发送数据帧给主站进行上报；当通信链路存在异常时，为降低 功耗，如果是终端异常，则主站发送的心跳包，终端不会做出响应；如果是主站异常，无线 模块会定时发送链接请求主站，并通过无线通信层告知事件处理层，直到恢复链路通信正常 之前，不主动发送数据给无线通信模块，并通知硬件处理层关闭相应的串口外设进入硬件低 功耗模式。
进一步地，所述主机***层的硬件电路采用低功耗设计，核心MCU芯片采用STM32L系列， LDO采用高效IC芯片且满足功率输出需求。
进一步地，所述数据采集层可以采集遥测数据或者遥信数据，所述遥测数据是电压电流 数据，所述遥信是指远动通信数据的开入量，各种二值信号的变化。
进一步地，所述供电***单元设有电源芯片，所述电源检测单元设有电压监测芯片，保 证***电源部分高效稳定工作。
参见图3，图3介绍了通过任务调度层进行查询需要执行的任务，通过事件处理层进行 处理，通过硬件接口层实现根据当前事件处理层是否有任务需要执行，来决定进入或退出硬 件低功耗模式；***开始时，任务调度层一直处于任务查询状态，通过任务调度层进行查询 需要执行的任务，事件处理函数发送任务，若无任务，则空闲，关闭相应的串口外设进入硬 件低功耗模式，若有任务，无空闲，硬件接口层开启串口外设，退出硬件低功耗模式。
参见图4，图4介绍了通过两种方式供电，通过直流电压互感器供电或者通过太阳能板 供电，然后通过二极管隔离。一部分用来给电池充电，备用电池输出24v后进入24v转5v开 关电源；另一部分直接接到开关电源上进行降压稳压处理。然后经过5v转3.3v稳压电路后 输出3.3v给***供电。
参见图5，图5介绍了电压检测单元中设有电压检测芯片，电压检测芯片用来监测3.3v 直流输入是否稳定，当电压低于2.63v时，电压监测芯片会输出复位信号，***会复位；防 止***故障，一旦***故障要重启；当***控制信号输入在1.6秒内给如电压监测芯片有效 信号，***就不会发生复位，否则超时就会发生复位。
参见图6，图6介绍了主机***层可以通过电源使能，打开或关闭电源，以降低功耗； 主机***层可以发送复位命令，复位芯片，如果一直连接主站失败；主机***层可以打开或 者关闭4G无线芯片，以降低功耗；通过3.3v与1.8v的逻辑电平转换，以实现***控制层与 4g芯片的正常通信。
参见图7，图7介绍了数据采集层可以采集遥测数据和遥信数据；所谓遥测数据就是， 电压电流数据。遥信是指远动通信数据的开入量，各种二值信号的变化；遥测数据是交流量， 需要通过运算放大器进行电压抬升1.5v，然后进入ad采集芯片进行ad计算，通过spi接口， 主机***层可以读出ad采集的数据，进行数据处理和逻辑判断；遥信数据采集有效变化后， 通过光耦会输出高低电平，主机***层收到遥信变化，进行逻辑判断。
本发明与现有技术相比具有以下优点：传统的FTU采用电压互感器和后备电源配合的方 式供电并没有考虑降低功耗等因素，配套市场上现有GPRS无线模块，通信模块一直处于运行 状态，功耗稳定在2W以上；并没有模块化处理各功能单元，也没有基于DLT634.5-101协议 标准实现的无线模块睡眠唤醒机制，导致传统的FTU的个功能部分不管有没有任务需要执行 都出来全速运行状态，大大浪费了能源。本发明采用太阳能供电，为降低功耗，延长电池使 用寿命，专门设计对应的电源模块，将无线通信层，数据采集层，模块化处理，并由主机系 统层控制是否为无线模块供电。采用基于DLT634.5-101标准的通信协议而实现的睡眠唤醒机 制，可以将无线通信层的功耗降低到0.7w，从而延长供电设备的使用寿命，降低维护费用。
附图说明
图1为本发明的整体结构的示意图；
图2为本发明的电源模块的结构示意图；
图3为本发明的流程的执行示意图；
图4为本发明的供电***单元和稳压处理单元的结构示意图；
图5为本发明的电压监测单元的结构示意图；
图6为本发明的无线通信层的结构示意图；
图7为本发明的数据采集层的结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：
需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所 揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件， 任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达 成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等 的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或 调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
一种基于DLT634.5-101标准的低功耗无线通讯***，包括无线通信层、主机***层、数 据采集层和电源模块；所述无线通信层与所述主机***层连接，所述主机***层与所述数据 采集层连接，所述主机***层包括事件处理层、硬件接口层和任务调度层，所述主机***层 通过任务调度层将无线通信层，数据采集层，硬件接口层，事件处理层联系起来，所述主机 ***层通过任务调度层进行查询需要执行的任务，通过事件处理层进行处理，通过硬件接口 层实现根据当前事件处理层是否有任务需要执行，来决定进入或退出硬件低功耗模式，所述 电源模块包括供电***单元、稳压处理单元和电压检测单元，所述电源模块与所述无线通信 层、主机***层和数据采集层连接，并提供电能。
具体而言，所述供电***单元采用直流电压互感器供电或者通过太阳能板供电，然后通 过二极管隔离，一部分用来给备用电池充电，备用电池输出24v后进入24v转5v开关电源，再 进行降压稳压处理然后经过5v转3.3v稳压电路后输出3.3v给***供电；另一部分直接接到24v 转5v开关电源，再进行降压稳压处理然后经过5v转3.3v稳压电路后输出3.3v给***供电。
具体而言，所述无线通信层具有主机***控制其进入休眠的睡眠机制、主动唤醒主机系 统机制、主机***主动唤醒无线通信单元机制。
具体而言，所述睡眠机制是主站会发出总召帧、链路状态帧、心跳帧等，无线通信单元 可以实现睡眠降低功耗，并缓存主站下发的数据，并根据状态判定来是否发送给主机***。
具体而言，所述主动唤醒主机制是当通信单元判定成功可以给主机***发送主站的数据 帧时，可以主动唤醒主机***并发送数据。
具体而言，所述主机***主动唤醒无线通信单元机制是当主机***通过数据采集层采集 到遥信变位、带时标的事件记录、遥测值超过死区范围时，会主动发送数据帧给主站，主机 ***会唤醒无线通信单元以便发送数据帧给主站进行上报；当通信链路存在异常时，为降低 功耗，如果是终端异常，则主站发送的心跳包，终端不会做出响应；如果是主站异常，无线 模块会定时发送链接请求主站，并通过无线通信层告知事件处理层，直到恢复链路通信正常 之前，不主动发送数据给无线通信模块，并通知硬件处理层关闭相应的串口外设进入硬件低 功耗模式。
具体而言，所述主机***层的硬件电路采用低功耗设计，核心MCU芯片采用STM32L系列， LDO采用高效IC芯片且满足功率输出需求。
具体而言，所述数据采集层可以采集遥测数据或者遥信数据，所述遥测数据是电压电流 数据，所述遥信是指远动通信数据的开入量，各种二值信号的变化。
具体而言，所述供电***单元设有电源芯片，所述电源检测单元设有电压监测芯片，保 证***电源部分高效稳定工作。
参见图3，图3介绍了通过任务调度层进行查询需要执行的任务，通过事件处理层进行处 理，通过硬件接口层实现根据当前事件处理层是否有任务需要执行，来决定进入或退出硬件 低功耗模式；***开始时，任务调度层一直处于任务查询状态，通过任务调度层进行查询需 要执行的任务，事件处理函数发送任务，若无任务，则空闲，关闭相应的串口外设进入硬件 低功耗模式，若有任务，无空闲，硬件接口层开启串口外设，退出硬件低功耗模式。
参见图4，图4介绍了通过两种方式供电，通过直流电压互感器供电或者通过太阳能板供 电，然后通过二极管隔离。一部分用来给电池充电，备用电池输出24v后进入24v转5v开关电 源；另一部分直接接到开关电源上进行降压稳压处理。然后经过5v转3.3v稳压电路后输出3.3v 给***供电。
参见图5，图5介绍了电压检测单元中设有电压检测芯片，电压检测芯片用来监测3.3v直 流输入是否稳定，当电压低于2.63v时，电压监测芯片会输出复位信号，***会复位；防止系 统故障，一旦***故障要重启；当***控制信号输入在1.6秒内给如电压监测芯片有效信号， ***就不会发生复位，否则超时就会发生复位。
参见图6，图6介绍了主机***层可以通过电源使能，打开或关闭电源，以降低功耗；主 机***层可以发送复位命令，复位芯片，如果一直连接主站失败；主机***层可以打开或者 关闭4G无线芯片，以降低功耗；通过3.3v与1.8v的逻辑电平转换，以实现***控制层与4g芯 片的正常通信。
参见图7，图7介绍了数据采集层可以采集遥测数据和遥信数据；所谓遥测数据就是，电 压电流数据。遥信是指远动通信数据的开入量，各种二值信号的变化；遥测数据是交流量， 需要通过运算放大器进行电压抬升1.5v，然后进入ad采集芯片进行ad计算，通过spi接口，主 机***层可以读出ad采集的数据，进行数据处理和逻辑判断；遥信数据采集有效变化后，通 过光耦会输出高低电平，主机***层收到遥信变化，进行逻辑判断。
发明原理：采用模块化设计思路，由电源模块，数据采集模块，无线通信模块，主机系 统几个部分构成；由主机***层通过任务调度层进行查询需要执行的任务，通过事件处理层 进行处理，通过硬件接口层实现根据当前事件处理层是否有任务需要执行，来决定进入或退 出硬件低功耗模式；主机***层的硬件电路采用低功耗设计，核心MCU芯片采用STM32L系列， 电源模块部分采用高效LDO芯片且满足功率输出要求，并实现电压监测功能；无线通信层基于 基于DLT634.5-101标准，实现由主机***控制其进入休眠的睡眠机制、主动唤醒主机***机 制、主机***主动唤醒无线通信单元机制。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式， 在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种 变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特 定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (9)

1.一种基于DLT634.5-101标准的低功耗无线通讯***，其特征在于：包括无线通信层、主机***层、数据采集层和电源模块；所述无线通信层与所述主机***层连接，所述主机***层与所述数据采集层连接，所述主机***层包括事件处理层、硬件接口层和任务调度层，所述主机***层通过任务调度层将无线通信层，数据采集层，硬件接口层，事件处理层联系起来，所述主机***层通过任务调度层进行查询需要执行的任务，通过事件处理层进行处理，通过硬件接口层实现根据当前事件处理层是否有任务需要执行，来决定进入或退出硬件低功耗模式，所述电源模块包括供电***单元、稳压处理单元和电压检测单元，所述电源模块与所述无线通信层、主机***层和数据采集层连接，并提供电能。
2.如权利要求1所述的基于DLT634.5-101标准的低功耗无线通讯***，其特征是所述供电***单元采用直流电压互感器供电或者通过太阳能板供电，然后通过二极管隔离，一部分用来给备用电池充电，备用电池输出24v后进入24v转5v开关电源，再进行降压稳压处理然后经过5v转3.3v稳压电路后输出3.3v给***供电；另一部分直接接到24v转5v开关电源，再进行降压稳压处理然后经过5v转3.3v稳压电路后输出3.3v给***供电。
3.如权利要求1所述的基于DLT634.5-101标准的低功耗无线通讯***，其特征是所述无线通信层具有主机***控制其进入休眠的睡眠机制、主动唤醒主机***机制、主机***主动唤醒无线通信单元机制。
4.如权利要求3所述的基于DLT634.5-101标准的低功耗无线通讯***，其特征是所述睡眠机制是主站会发出总召帧、链路状态帧、心跳帧等，无线通信单元可以实现睡眠降低功耗，并缓存主站下发的数据，并根据状态判定来是否发送给主机***。
5.如权利要求3所述的基于DLT634.5-101标准的低功耗无线通讯***，其特征是所述主动唤醒主机制是当通信单元判定成功可以给主机***发送主站的数据帧时，可以主动唤醒主机***并发送数据。
6.如权利要求3所述的基于DLT634.5-101标准的低功耗无线通讯***，其特征是所述主机***主动唤醒无线通信单元机制是当主机***通过数据采集层采集到遥信变位、带时标的事件记录、遥测值超过死区范围时，会主动发送数据帧给主站，主机***会唤醒无线通信单元以便发送数据帧给主站进行上报；当通信链路存在异常时，为降低功耗，如果是终端异常，则主站发送的心跳包，终端不会做出响应；如果是主站异常，无线模块会定时发送链接请求主站，并通过无线通信层告知事件处理层，直到恢复链路通信正常之前，不主动发送数据给无线通信模块，并通知硬件处理层关闭相应的串口外设进入硬件低功耗模式。
7.如权利要求1所述的基于DLT634.5-101标准的低功耗无线通讯***，其特征是所述主机***层的硬件电路采用低功耗设计，核心MCU芯片采用STM32L系列，LDO采用高效IC芯片且满足功率输出需求。
8.如权利要求1所述的基于DLT634.5-101标准的低功耗无线通讯***，其特征是所述数据采集层可以采集遥测数据或者遥信数据，所述遥测数据是电压电流数据，所述遥信是指远动通信数据的开入量，各种二值信号的变化。
9.如权利要求2所述的基于DLT634.5-101标准的低功耗无线通讯***，其特征是所述供电***单元设有电源芯片，所述电源检测单元设有电压监测芯片，保证***电源部分高效稳定工作。
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