專利名稱：基于無線中繼網(wǎng)的居民用電抄表系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及居民用電抄表系統(tǒng)，尤其涉及一種基于無線中繼網(wǎng)的居民用電抄表系統(tǒng)。
背景技術：
居民用電抄表系統(tǒng)主要由三部分組成抄表中心、集中器和采集器。抄表中心一般位于 居民抄表的實施管理單位，如供電公司客戶服務中心，集中器一般安裝在小區(qū)內配電變壓器 附近，采集器一般安裝在每個居民樓洞的電表箱內。抄表中心與各集中器之間因距離較遠，
通訊媒介通常為GPRS、 GSM等方式。目前，以GPRS方式最為流行，且技術較為成熟。集中器 與采集器之間通訊通常為以電力線為媒介的低壓載波方式。理想情況下，低壓載波傳輸距離 能達到1000米，但實際上由于低壓電網(wǎng)的復雜及無序，傳輸距離一般在200到300米左右。 電力部門上抄表系統(tǒng)的目的， 一是實現(xiàn)自動抄表，免除人力抄表的負擔；二是計算線損，
進而發(fā)現(xiàn)可能的竊電現(xiàn)象。但低壓載波方式在實際應用中存在以下問題
1、 數(shù)據(jù)通訊不穩(wěn)定。由于低壓載波的工作機理是在工頻正弦波的基礎上疊加約100KHz 的載波來傳輸信息，對載波的幅度和頻譜都有一定的限制，同時電網(wǎng)上的諧波干擾對通訊質 有重大影響。在現(xiàn)場工程安裝中，若在配電變壓器上安裝無功補償裝置，載波通訊就不正常， 原因是無功補償裝置中的補償電容對低壓載波有較強的吸收作用；同樣，若電力線上有功率 較大的變頻設備，如變頻空調，整流裝置等，也會造成載波通訊不正常，原因是變頻設備產(chǎn) 生的諧波成分中有接近載波的頻率成分。
2、 載波信號不能跨相。集中器必須產(chǎn)生3路載波信號分別與掛接在A、 B、 C三相上的采 集器通訊而造成信號中繼困難，尤其如同一座樓的相鄰兩個樓洞內的供電不在同一相電等情 況時。
3、 載波信號中繼并非工作在理想狀態(tài)。在安裝采集器時，有時無法知道電力線走線距離 和方向，只能由設備本身試探著進行自動中繼路線選擇，導致該路線并非最優(yōu)。即低壓載波 通訊不能確保采集器工作在最優(yōu)中繼狀態(tài)，這將會影響通訊質量。
4、 中繼級數(shù)較少。理論上，中繼級數(shù)與通訊媒介無關，但實際上，由于低壓載波通訊不 能確保采集器工作在最優(yōu)中繼狀態(tài)，極易造成距離集中器遠的采集器的數(shù)據(jù)不能可靠抄收。
對于上述問題，如果采用有線如RS485接口作為通訊媒介來改善通訊質量，又涉及到入 戶線路鋪設及居民區(qū)布線的工作量大等問題，很難實現(xiàn)規(guī)模應用。 發(fā)明內容
本實用新型要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術存在的不足，用無線通訊方式解決集中 器與采集器之間通訊質量和通訊距離的問題，提供一種基于無線中繼網(wǎng)的居民用電抄表系統(tǒng)。本實用新型的技術方案是 一種基于無線中繼網(wǎng)的居民用電抄表系統(tǒng)，包括采集器、集 中器和抄表中心，其特征在于多個所述采集器之間采用無線中繼通訊方式連接構成無線中 繼網(wǎng)并與相應設置的集中器無線通訊連接，多個所述集中器分別與抄表中心通過無線通信網(wǎng) 絡連接。
進一歩地，所述的多個采集器之間采用無線中繼通訊方式連接構成無線中繼網(wǎng)并與相應
設置的集中器無線通訊連接方式為采用433MHz、 866 MHz或2. 4GHz無線通訊模塊。
所述的集中器分別與抄表中心通過無線通信網(wǎng)絡連接為采用GPRS或GSM移動電話網(wǎng)絡。 本實用新型與現(xiàn)有技術比較，具有如下優(yōu)點
1、 本實用新型由于采集器和集中器之間采用了無線通訊連接，因而用電負載或電網(wǎng)上的 諧波干擾對通訊質量的影響大大減弱。
2、 本實用新型不用考慮是否跨相的問題。
3、 若通訊中繼出現(xiàn)問題，通過人為調整中繼路線即可很容易地解決。
4、 本實用新型由于實現(xiàn)了無線抄表，避免了入戶布線和入戶抄表，節(jié)約了人力成本，且 抄表及時。
5、 本實用新型由于多個采集器之間采用了無線中繼通訊方式連接，與集中器之間可實現(xiàn) 多層最優(yōu)中繼，從而有效擴張抄收范圍。處于最優(yōu)中繼狀態(tài)的無線通訊，通過增加中繼級數(shù)， 可以很容易的實現(xiàn)對直徑為3000米的一個園區(qū)內所有采集器數(shù)據(jù)的可靠抄收。
圖1為本實用新型的總體結構示意圖2為本實用新型的采集器之間采用無線中繼通訊方式連接構成無線中繼網(wǎng)的網(wǎng)絡結構 示意圖3為本實用新型的采集器的結構原理方框圖中l(wèi):低壓用戶用電采集器，2:免申請、免付費無線模塊，3:接口。
圖4為本實用新型的集中器的結構原理方框圖中l(wèi):免申請、免付費無線模塊，2:集中器，3:接口a， 4:接口b， 5: GPRS或GSM
電話線或光纖。
圖5為本實用新型的采集器/集中器與無線模塊的連接原理方框圖； 圖6為本實用新型的采集器的軟件工作流程圖7為本實用新型的集中器的軟件工作流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖詳細說明本實用新型的具體實施方式
。
圖1本實用新型的總體結構示意圖中，基于無線中繼網(wǎng)的居民用電抄表系統(tǒng)包括采集器、集中器和抄表中心，其中多個所述采集器如Al…Am、 Bl…Bm、 Cl…Cm之間采用無線中繼通訊 方式連接構成無線中繼網(wǎng)1并與相應設置的集中器1無線通訊連接；多個所述采集器如 Ax…An、 Bx…Bn、 Cx…Cn之間采用無線中繼通訊方式連接構成無線中繼網(wǎng)n并與相應設置的 集中器n無線通訊連接；多個所述集中器1…集中器n分別與抄表中心通過無線網(wǎng)絡連接。
其中n為所構成無線網(wǎng)絡數(shù)及相應集中器數(shù)，m為某個無線網(wǎng)絡中分別掛接在A、 B、 C 三相交流電網(wǎng)上的采集器數(shù)，n、 m、 x取自然數(shù)，m < x 〈 n 。圖1僅為示意圖，實際上可 根某一小區(qū)的樓幢數(shù)來組網(wǎng)，如n幢樓，每幢樓有3個單元，每個單元安裝一個采集器則如 圖l所示；如果每幢樓有6個單元，則可能需安裝六個采集器，如圖2所示。
圖2示意相當于某一小區(qū)的俯瞰地理位置圖，共有n幢樓，每幢樓有6個單元，每個單 元安裝一個采集器，例如1弁樓中安裝采集器A1、 A2,B1、 B2，C1、 C2。
目前，免付費，免申請的無線頻段主要有433MHz、 866 MHz、 2.4GHz等，且市場上現(xiàn) 成的無線模塊非常多，發(fā)射功率范圍較寬，發(fā)射距離在100米一1000米之間，考慮到成本方 面的因素，本實用新型所選無線模塊的傳輸距離僅滿足如下條件即可
1、 無線模塊在兩個樓洞之間能可靠傳輸數(shù)據(jù)； '
2、 無線模塊在兩個樓與樓之間能可靠傳輸數(shù)據(jù)；
3、 至少有一個采集器上的無線模塊與集中器上的模塊能可靠傳輸數(shù)據(jù)。
實際中，兩個樓洞之間的距離十幾米，樓與樓之間的距離幾十米，無線模塊要達到這個 條件其實很簡單。參照圖2，我們可以人為的設置中繼路線，例如采集器A1的數(shù)據(jù)要想送到 集中器，中繼路線可人為設定為Al - A2 - Bl - B2 - Cl - C2 -集中器；若欲將采集器 An-l的數(shù)據(jù)送到集中器，中繼路線可人為設定為An-l - An - Bn_l - Bn - Cn_l - Cn… -C6 - C4 - C2 -集中器，當然，也可設定其它的中繼路線，只要能可靠通訊即可。這里 面有一個最優(yōu)中繼路徑的問題，只需根據(jù)現(xiàn)場情況人為設定，并將中繼路線拓撲圖通過手持 設備輸入到現(xiàn)場的每一個采集器中即可。其一般原則是
1、 同一幢樓的相鄰樓洞可以互為中繼，例如采集器A4和B3可以互為中繼
2、 樓與樓之間，以靠近集中器的樓洞互為中繼，例如釆集器C4和C6可以互為中繼。而 B5和B3通常不作為最優(yōu)中繼的互為中繼，因為2#樓和3井樓的樓高對通訊質量有一定的影 響。也就是說，最優(yōu)中繼的實質是采集器安裝者根據(jù)安裝現(xiàn)場的實際情況，從最有利于無線 信號傳播的角度出發(fā)，在現(xiàn)場人為設定各樓及各樓洞的中繼路線圖。
圖3本實用新型的采集器的結構原理方框圖和圖4本實用新型的集中器的結構原理方框 圖中，采集器/集中器的硬件采用現(xiàn)有技術，即在采集器/集中器上加無線模塊方案。采集器/ 集中器包括微處理器CPU、存儲器和外圍電路，無線模塊通過接口引線與采集器/集中器中微 處理器交換信息，例如使用SPI總線或串行口等。
圖5給出了采集器和集中器采用無線模塊作為其通訊媒介的例子，無線模塊選用市售的PTR6000PA，其特點是
1、 自動重發(fā)功能，自動檢測和重發(fā)丟失的數(shù)據(jù)包，重發(fā)時間及重發(fā)次數(shù)可軟件控制；
2、 自動存儲未收到應答信號的數(shù)據(jù)包；
3、 自動應答功能，在收到有效數(shù)據(jù)后，模塊自動發(fā)送應答信號，無需另行編程；
4、 載波檢測一固定頻率檢測，內置硬件CRC檢錯和點對多點通信地址控制；
5、 數(shù)據(jù)包傳輸錯誤計數(shù)器及載波檢測功能可用于跳頻設置；
6、 可同時設置六路接收通道地址，可有選擇性的打開接收通道。
圖中MCU為采集器或集中器所采用的微處理器。PTR6000PA共有CE、 CSN、 SCK、 MOSI、 MISO、 IRQ共6條I/0口線與MCU交換信息，對MCU的型號無特殊要求，只要采用市售產(chǎn)品 有足夠的I/O 口線與PTR6000PA接口即可。
以無線作為通訊媒介的低壓用戶用電采集器用于采集表箱內實際可達8 — 32戶的電表的 數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)平時保存于其內部的數(shù)據(jù)存儲器中，該數(shù)據(jù)存儲器一般采用EERAM。當采集器 掉電時，電表數(shù)據(jù)不會因停電而丟失。大多數(shù)情況下，采集器內的CPU迫使無線模塊處于接 收狀態(tài)，它接收的命令一般有兩種來自集中器的讀本采集器數(shù)據(jù)命令或來自鄰近采集器/ 集中器的數(shù)據(jù)轉發(fā)命令。通常，來自采集器的命令為上行命令；送往采集器的數(shù)據(jù)為下行命 令。圖6給出了圖3中以無線作為通訊媒介的低壓抄表采集器的軟件工作流程圖；圖7給出 了圖4中以無線作為通訊媒介的集中器的軟件工作流程圖。
整個系統(tǒng)中，集中器相對于采集器來說，是主動索要采集器數(shù)據(jù)；無線通訊媒介支持整 個系統(tǒng)具有歷史抄收數(shù)據(jù)和實時抄收數(shù)據(jù)的功能。
至于集中器通過加裝移動通信模塊與抄表中心之間采用GPRS或GSM方式利用國家已建成 的通信網(wǎng)絡通訊均為現(xiàn)有技術，在此不贅述。
本實用新型采用無線通訊方式解決集中器與采集器之間通訊質量和通訊距離的問題，提 供一種基于無線中繼網(wǎng)的居民用電抄表系統(tǒng)，可實現(xiàn)多層最優(yōu)中繼，從而有效擴張抄收范圍。
權利要求1、一種基于無線中繼網(wǎng)的居民用電抄表系統(tǒng)，包括采集器、集中器和抄表中心，其特征在于多個所述采集器之間采用無線中繼通訊方式連接構成無線中繼網(wǎng)并與相應設置的集中器無線通訊連接，多個所述集中器分別與抄表中心通過無線通信網(wǎng)絡連接。
2、 根據(jù)權利要求l所述的基于無線中繼網(wǎng)的居民用電抄表系統(tǒng)，其特征在于所述的多 個采集器之間采用無線中繼通訊方式連接構成無線中繼網(wǎng)并與相應設置的集中器無線通訊連 接方式為采用433MHz、 866 MHz或2. 4GHz無線通訊模塊。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的基于無線中繼網(wǎng)的居民用電抄表系統(tǒng)，其特征在于所述 的集中器分別與抄表中心通過無線通信網(wǎng)絡連接為采用GPRS或GSM移動電話網(wǎng)絡。
專利摘要本實用新型公開了一種基于無線中繼網(wǎng)的居民用電抄表系統(tǒng)，包括采集器、集中器和抄表中心，其特征在于多個所述采集器之間采用無線中繼通訊方式連接構成無線中繼網(wǎng)并與相應設置的集中器無線通訊連接，多個所述集中器分別與抄表中心通過無線通信網(wǎng)絡連接。本實用新型采用無線通訊方式解決集中器與采集器之間通訊質量和通訊距離的問題，提供一種基于無線中繼網(wǎng)的居民用電抄表系統(tǒng)，可實現(xiàn)多層最優(yōu)中繼，從而有效擴張抄收范圍。
文檔編號G08C17/02GK201247519SQ200820021648
公開日2009年5月27日 申請日期2008年4月30日 優(yōu)先權日2008年4月30日
發(fā)明者李洪景 申請人:淄博惠杰電氣技術開發(fā)有限公司