CN204833667U - 基于北斗***与短距离无线通信的集中器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于北斗***与短距离无线通信的集中器，其特征在于，包括微处理器、北斗卫星通信模块、短距离无线通信模块、协议处理模块、存储模块；所述微处理器分别与北斗卫星通信模块、协议处理模块以及存储模块相连接，所述短距离无线通信模块与协议处理模块相连接。本实用新型提出的基于北斗与短距离无线通信的集中器，特别针对采集器到集中器，集中器到中心主站的通信问题，分别采用短距离无线通信与北斗卫星通信相结合的通信方法，解决了由于偏远地区公网信号微弱而电信息采集困难的问题。

Description

基于北斗***与短距离无线通信的集中器

技术领域

本实用新型涉及电力***用电信息采集技术领域，特别是指一种基于北斗***与短距离无线通信的集中器。

背景技术

智能电网的提出，被认为是21世纪电力***的重大科技创新和发展趋势。在国内外的智能电网建设和应用中，智能配电网络和智能用电网络是智能电网的重点应用领域。

用电数据采集***可分为骨干层和接入层两部分，目前的接入层的通信方式主要采用工业以太网、电力线载波、无线通信网等；工业以太网为有源设备，不具备抗多点失效性，扩容成本高，且缺乏统一的产品标准，无法整体应用；电力线载波传输效率低，噪声干扰大，信号衰减严重，不适于信号的远距离传输。

在电无线通信方面，我国主要采用公网(GPRS、3G、4G)、230M数传电台专网等，存在组网能力弱、安全可靠性弱等缺点。尽管部分电力企业也在尝试将无线宽带通信(全球微波互联继而WIMAX、多载波无线信息本地环路Mcwill)等引入配用电***，但基本还处于试验阶段，既没有形成大规模应用，也没有行业/企业标准规范。

目前GPRS无线电力远程抄表***，电力部门可将工业和民用电表采集的用电数据数据通过GPRS网络实时传送到地、市、省级电力公司的用电数据管理主站***，以实现对居民和工业用电数据的管理，及符合分析等。然而该***需要基于现有的GPRS网络，在广阔的无人区，GPRS并不能完全覆盖，因此在通信盲区GPRS无线电力远程抄表***并不能得到充分的应用。

电力用户用电能表采集用户用电数据，上传至部署在附近的集中抄表装置。一台集中抄表装置可以连接最多上百台电能表。目前电力公司的集中抄表装置是通过光纤或者无线公网通道上送至电力公司的用电数据管理主站***。但对于广大人烟稀少的牧区，偏远的农村，则因成本过高而无法安装光纤通道，或很难保证公网信号，可靠性极低。同时，依靠电力线载波传输也无法满足远程的载波传输。

短距离无线通信的主要特点为通信距离短，覆盖距离一般在10-200m；另外，无线发射器的发射功率低，一般小于100mW，工作频率多为免付费、免申请的全球通用的工业、科学、医学频段，频段一般为2.4G或者5.8G。

Wi-Fi(WirelessFidelity无线高保真)属于无线局域网的一种，通常是指符合IEEE802.11系列标准的网络产品，是利用无线接入手段的新型局域网解决方案。Wi-Fi的主要特点是传输速率高、可靠性高、建网快速便捷、可移动性好、网络结构弹性化、组网灵活、组网价格较低等。ZigBee它使用2.4GHz波段，采用跳频技术，功率更低，它的基本速率是250kb/s，当降低到28kb/s时，传输范围可扩大到134m，并获得更高的可靠性。ZigBee可与254个节点联网，可应用与电力通信、仪器和家庭自动化等领域。

北斗卫星导航定位***(简称“北斗***”)从2004年4月正式运行，是我国自主知识产权的全天候全天时提供卫星导航定位信息的区域导航***，无缝覆盖我国全部国土和周边海域，具有快速定位、简短通信和精密授时三大主要功能，目前全面对民用用户开放，已在测绘、电信、水利、交通运输、勘探和国家安全等诸多领域提供导航定位、报文通信和授时服务等应用。

北斗卫星导航定位***目前已经建成覆盖我国及周边地区的基本***，并开始提供试运行服务。截止2014年8月我国已经发射16颗北斗导航卫星，全面完成亚太区域导航的建设。北斗卫星导航定位***的应用领域主要包括国防军工、通信、应急救灾、电力通信、气象海洋、交通运输等，随着技术的跟新换代，未来还将在安防、农林牧渔、森林防火、高端装备制造等领域进一步拓展。市场上对于北斗导航卫星的关注，将随着相关政策扶持措施的出台、行业应用示范项目等刺激性事件的出现而不断升温。

北斗卫星导航定位***是中国自主研发的全球卫星导航定位***，目前该***已经具备在中国及周边地区开展定位、受时和报文等服务。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型针对现在技术的不足，提出了一种基于北斗与短距离无线通信的集中器，特别针对采集器到集中器，集中器到中心主站的通信问题，分别采用短距离无线通信与北斗卫星通信相结合的通信方法，解决了由于偏远地区公网信号微弱而电信息采集困难的问题。

基于上述目的本实用新型提供的基于北斗***与短距离无线通信的集中器，包括微处理器、北斗卫星通信模块、短距离无线通信模块、协议处理模块、存储模块；所述微处理器分别与北斗卫星通信模块、协议处理模块以及存储模块相连接，所述短距离无线通信模块与协议处理模块相连接。

在一些实施方式中，所述短距离无线通信模块通过短距离无线通信网络接收电能表或者采集终端所采集的用电数据；所述协议处理模块对用电数据进行解析，将短距离无线通信网络所传输的数据格式的用电数据转换为北斗卫星通信数据报文格式的用电数据；所述微处理器接收转换为北斗卫星通信数据报文的用电数据并将该用电数据发送给存储模块进行存储以及排队、拆包和分包；所述存储模块存储转换为北斗卫星通信数据报文的用电数据并对该用电数据进行排队、拆包和分包；所述微处理器将存储模块中的已完成排队、拆包和分包的用电数据发送给北斗卫星通信模块；所述北斗卫星通信模块通过北斗卫星通信网络将已完成排队、拆包和分包的用电数据发送给主站。

在一些实施方式中，所述北斗卫星通信模块包括CNSS收发器和表面波滤波器，所述CNSS收发器经表面波滤波器与天线连接。

在一些实施方式中，所述协议处理模块采用CC2530芯片。

在一些实施方式中，所述短距离无线通信模块包括CC2530芯片和RFX2401芯片，二者配合使用完成用电数据的接收。

在一些实施方式中，所述微处理器采用MAX716芯片。

在一些实施方式中，所述存储模块包括依次连接的缓存队列模块、低功耗芯片、数据存储器；

所述缓存队列模块对短距离无线通信网络所传输的数据格式的用电数据按用电数据到来的先后顺序进行排队，形成缓存队列；所述低功耗芯片对用电数据进行拆包和分包，将在缓存队列中的用电数据分为大小为1920比特的数据包；所述数据存储器存储完成拆包和分包的用电数据。

在一些实施方式中，所述低功耗芯片包括ATmega48芯片和RFM12S芯片，二者配合使用完成低功耗处理功能。

在一些实施方式中，所述数据存储器采用的是至少三个并联的6116芯片。

在一些实施方式中，所述的短距离无线通信网络同时支持WIFI和Zigbee两种模式。

从上面所述可以看出，本实用新型提供的基于北斗与短距离无线通信的集中器，可以有效的解决偏远地区用电数据采集困难的问题，有效克服了偏远地区光纤铺设不方便所带来的难题，极大地提高用电数据采集效率，有力的推进了偏远地区智能电网的应用。

附图说明

图1为本实用新型提供的基于北斗与短距离无线通信的集中器实施例的结构示意图；

图2为本实用新型提供的基于北斗与短距离无线通信的集中器实施例中与北斗***进行通信的数据格式示意图；

图3为本实用新型提供的基于北斗与短距离无线通信的集中器实施例中存储模块的结构示意图；

图4a为本实用新型提供的基于北斗与短距离无线通信的集中器实施例中北斗卫星通信模块的电路结构示意图；

图4b为本实用新型提供的基于北斗与短距离无线通信的集中器实施例中协议处理模块的电路结构示意图；

图4c为本实用新型提供的基于北斗与短距离无线通信的集中器实施例中短距离无线通信模块的电路结构示意图；

图4d为本实用新型提供的基于北斗与短距离无线通信的集中器实施例中微处理器的电路结构示意图；

图4e为本实用新型提供的基于北斗与短距离无线通信的集中器实施例中缓存队列模块的电路结构示意图；

图4f为本实用新型提供的基于北斗与短距离无线通信的集中器实施例中低功耗芯片的电路结构示意图；

图4g为本实用新型提供的基于北斗与短距离无线通信的集中器实施例中数据存储器的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

参照附图1，为本实用新型提供的基于北斗与短距离无线通信的集中器实施例的结构示意图。

所述基于北斗与短距离无线通信的集中器，包括微处理器104、北斗卫星通信模块101、短距离无线通信模块103、协议处理模块102、存储模块105；所述微处理器104分别与北斗卫星通信模块101、协议处理模块102以及存储模块105相连接，所述短距离无线通信模块103协议处理模块102相连接；

所述短距离无线通信模块103，负责微处理器104与短距离无线通信网络(短距离无线通信自组织网络)之间的通信，用于通过短距离无线通信网络接收电能表或者采集终端所采集的用电数据；

所述协议处理模块102，用于对用电数据进行解析，将短距离无线通信网络所传输的数据格式的用电数据转换为北斗卫星通信数据报文格式的用电数据，以便集中器通过北斗通信***传输用电数据；

所述存储模块105，用于存储转换为北斗卫星通信数据报文的用电数据，并对该用电数据进行排队、拆包和分包；

所述微处理器104，用于接收转换为北斗卫星通信数据报文(参照附图2)的用电数据，并将该用电数据发送给存储模块105进行存储以及排队、拆包和分包；将存储模块105中的已完成排队、拆包和分包的用电数据发送给北斗卫星通信模块101；

所述北斗卫星通信模块101，负责实现微处理器104与北斗卫星通信***之间的通信，用于通过北斗卫星通信网络将已完成排队、拆包和分包的用电数据发送给主站(可选为每隔60秒发送一次，每次发送数据量不超过1920比特)。

所述基于北斗与短距离无线通信的集中器的工作过程包括：所述短距离无线通信模块103通过短距离无线通信网络接收电能表或者采集终端所采集的用电数据；所述协议处理模块102对用电数据进行解析，将短距离无线通信网络所传输的数据格式的用电数据转换为北斗卫星通信数据报文格式的用电数据；所述微处理器104接收转换为北斗卫星通信数据报文的用电数据并将该用电数据发送给存储模块105进行存储以及排队、拆包和分包；所述存储模块105存储转换为北斗卫星通信数据报文的用电数据并对该用电数据进行排队、拆包和分包；所述微处理器104将存储模块中的已完成排队、拆包和分包的用电数据发送给北斗卫星通信模块101；所述北斗卫星通信模块101通过北斗卫星通信网络将已完成排队、拆包和分包的用电数据发送给主站。

较佳的，所述的短距离无线通信网络同时支持WIFI和Zigbee两种模式(WIFI为802.11系列、Zigbee为802.15.4)。

进一步的，所述微处理器104还用于发送第一条指定协议指令给所述协议处理模块102；

所述协议处理模块102还用于将第一条指定协议指令转换为短距离无线通信网络所传输的数据格式的第一条指定协议指令；

所述短距离无线通信模块103还用于将转换为短距离无线通信网络所传输的数据格式的第一条指定协议指令通过短距离无线通信网络发送给电能表或者采集终端；

所述电能表或者采集终端解析所述第一条指定协议指令并根据第一条指定协议指令将用电数据转换为短距离无线通信网络所传输的数据格式的用电数据，对用电数据进行分装并通过短距离无线通信网络发送给短距离无线通信模块103；

所述短距离无线通信模块103还用于接收电能表或者采集终端发来的用电数据并转发给协议处理模块102；

所述协议处理模块102还用于根据第一指令协议对用电数据进行解析，解析完成后将用电数据重新转换为北斗卫星通信数据报文格式的用电数据并将该用电数据通过所述微处理器104发送给存储模块105。

具体地，第一条指定协议指令可包含有指示电能表或者采集终端进行用电数据采集的指令，以及指示协议处理模块102对电能表或者采集终端返回的用电数据进行转换的指令。

较佳的，所述北斗卫星通信模块101还用于接收用电主站发送的第二条指定协议指令；

所述微处理器104还用于根据第二条指定协议指令从存储模块105读取相应的用电数据，对已完成排队、拆包和分包的北斗卫星通信数据报文格式的用电数据使用北斗卫星通信模块101通过北斗卫星通信网络返回给用电主站。

具体地，第二条指定协议指令可包含有指示微处理器104从存储模块105中提取相应的用电数据的指令，以及指示北斗卫星通信模块101返回相应用电数据的指令。

进一步的，参照图3，为本实用新型提供的基于北斗与短距离无线通信的集中器实施例中存储模块的结构示意图。

所述存储模块包括缓存队列模块1051、低功耗芯片1052、数据存储器1053；

所述缓存队列模块1051，用于对短距离无线通信网络所传输的数据格式的用电数据按用电数据到来的先后顺序进行排队，形成缓存队列；

所述低功耗芯片1052，用于对用电数据进行拆包和分包，将在缓存队列中的用电数据分为大小为1920比特的数据包；

所述数据存储器1053，用于存储完成拆包和分包的用电数据。

从上述实施例可以看出，本实用新型提供的基于北斗与短距离无线通信的集中器，通过短距离无线通信模块与电能表或者采集终端进行数据通信，从而能够在不依赖光纤或移动通信网络的情况下很好地采集用电数据；并且通过北斗***与主站进行通信，同样地，可以在不依赖光纤或移动通信网络的情况下很好地向主站反馈用电数据；有效的解决偏远地区用电数据采集困难的问题，有效克服了偏远地区光纤铺设不方便所带来的难题，极大地提高用电数据采集效率，有力的推进了偏远地区智能电网的应用。

需要特别指出的是，上述集中器实施例中协议处理模块102除了采用单独的芯片来完成协议转换工作外，还可将其与短距离无线通信模块103合并为同一芯片，或与微处理器104合并为同一芯片，相应的协议转换功能也一起合并到相应的模块中，这些处理方式，也应属于本实用新型实施例的几种，应该包含在本实用新型的保护范围内。

可选的，参照附图4a，所述北斗卫星通信模块101包括CNSS收发器(具有区域性有源三维卫星定位与通信***，简称CNSS)和表面波滤波器(SAWfilter)，所述CNSS收发器经表面波滤波器与天线连接；具体电路结构参考附图4a。

可选的，所述协议处理模块102可采用CC2530芯片；具体电路结构参考附图4b。CC2530是用于2.4-GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上***(SoC)解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，***内可编程闪存，8-KBRAM和许多其它强大的功能。CC2530有四种不同的闪存版本：CC2530F32/64/128/256，分别具有32/64/128/256KB的闪存。CC2530具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的***。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。

可选的，所述短距离无线通信模块103包括CC2530芯片和RFX2401芯片，二者配合使用完成用电数据的接收；具体电路结构参考附图4c。

可选的，所述微处理器104采用MAX716芯片；具体电路结构参考附图4d。

可选的，所述低功耗芯片1052包括ATmega48芯片和RFM12S芯片，二者配合使用完成低功耗处理功能；具体电路结构参考附图4f。

可选的，所述数据存储器1053采用的是至少三个并联的6116芯片；具体电路结构参考附图4g。

此外，缓存队列模块1051的电路结构可参考附图4e进行设计。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于北斗***与短距离无线通信的集中器，其特征在于，包括微处理器、北斗卫星通信模块、短距离无线通信模块、协议处理模块、存储模块；所述微处理器分别与北斗卫星通信模块、协议处理模块以及存储模块相连接，所述短距离无线通信模块与协议处理模块相连接。

2.根据权利要求1所述的集中器，其特征在于，所述短距离无线通信模块通过短距离无线通信网络接收电能表或者采集终端所采集的用电数据；所述协议处理模块对用电数据进行解析，将短距离无线通信网络所传输的数据格式的用电数据转换为北斗卫星通信数据报文格式的用电数据；所述微处理器接收转换为北斗卫星通信数据报文的用电数据并将该用电数据发送给存储模块进行存储以及排队、拆包和分包；所述存储模块存储转换为北斗卫星通信数据报文的用电数据并对该用电数据进行排队、拆包和分包；所述微处理器将存储模块中的已完成排队、拆包和分包的用电数据发送给北斗卫星通信模块；所述北斗卫星通信模块通过北斗卫星通信网络将已完成排队、拆包和分包的用电数据发送给主站。

3.根据权利要求1或2所述的集中器，其特征在于，所述北斗卫星通信模块包括CNSS收发器和表面波滤波器，所述CNSS收发器经表面波滤波器与天线连接。

4.根据权利要求1或2所述的集中器，其特征在于，所述协议处理模块采用CC2530芯片。

5.根据权利要求1或2所述的集中器，其特征在于，所述短距离无线通信模块包括CC2530芯片和RFX2401芯片，二者配合使用完成用电数据的接收。

6.根据权利要求1或2所述的集中器，其特征在于，所述微处理器采用MAX716芯片。

7.根据权利要求1或2所述的集中器，其特征在于，所述存储模块包括依次连接的缓存队列模块、低功耗芯片、数据存储器；

所述缓存队列模块对短距离无线通信网络所传输的数据格式的用电数据按用电数据到来的先后顺序进行排队，形成缓存队列；所述低功耗芯片对用电数据进行拆包和分包，将在缓存队列中的用电数据分为大小为1920比特的数据包；所述数据存储器存储完成拆包和分包的用电数据。

8.根据权利要求7所述的集中器，其特征在于，所述低功耗芯片包括ATmega48芯片和RFM12S芯片，二者配合使用完成低功耗处理功能。

9.根据权利要求7所述的集中器，其特征在于，所述数据存储器采用的是至少三个并联的6116芯片。

10.根据权利要求1或2所述的集中器，其特征在于，所述的短距离无线通信网络同时支持WIFI和Zigbee两种模式。