本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用電信息采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

用電信息采集系統(tǒng)對(duì)電力企業(yè)運(yùn)營和資產(chǎn)管理有著重要的意義，具有采集范圍廣、數(shù)量多、時(shí)效性強(qiáng)等特點(diǎn)，應(yīng)滿足實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、高效、可靠等基本要求。而目前傳統(tǒng)的用電信息采集系統(tǒng)使用采集器和集中器進(jìn)行電表數(shù)據(jù)采集：采集器使用單路RS485與表箱內(nèi)數(shù)十個(gè)電表連接，將抄讀的數(shù)據(jù)通過電力載波發(fā)送至集中器，再由集中器將數(shù)據(jù)通過2G/3G/4G/有線的方式回傳至采集系統(tǒng)主站。由于RS485總線不能夠做總線的自動(dòng)仲裁，也就是不能夠同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)以避免總線競(jìng)爭(zhēng)，單個(gè)RS485的通信效率必然低下；同時(shí)，電力載波也有傳輸速率低、易受干擾等缺陷，這就導(dǎo)致了用電采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性和可靠性較差、數(shù)據(jù)采集效率低下的現(xiàn)狀，已嚴(yán)重制約了低壓電力數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用和發(fā)展。

目前的智能電表是以供電企業(yè)為主體而設(shè)置，其功能都沒有考慮用電用戶的體驗(yàn)及需求；由于受到安裝地點(diǎn)位置的限制、以及安全預(yù)防及防竊電等一系列客觀因素影響，用戶對(duì)智能電表的查詢和操作都顯得極為不便，而在用戶戶內(nèi)安裝可直接對(duì)智能電表進(jìn)行查詢和操作的智慧電能終端極大地改善這一現(xiàn)狀。顯然，利用目前已有的電力線路、通過電力載波傳輸智能電表數(shù)據(jù)至用戶戶內(nèi)是平衡成本投入與實(shí)用效果的最佳解決方案，但隨著電表查詢和操作設(shè)備的增加，若任由智慧電能終端無序地隨意發(fā)起通訊，電力載波沖突的可能性將不斷增大，數(shù)據(jù)傳輸?shù)男蕦⒉粩嘟档?，用戶體驗(yàn)也將越來越差，導(dǎo)致這一解決方案無法得到很好的推廣和應(yīng)用。

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)電能的依賴程度日益增強(qiáng)，社會(huì)需要更加優(yōu)質(zhì)、安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)的電能，對(duì)電力企業(yè)的規(guī)劃建設(shè)、運(yùn)營管理和營銷服務(wù)提出了更高的要求，這就使得為電力企業(yè)提供分析決策的數(shù)據(jù)支撐變得越發(fā)重要。針對(duì)傳統(tǒng)用電信息采集系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，依靠現(xiàn)代信息、通信和控制技術(shù)積極發(fā)展低壓用電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)海量、實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、高效、可靠的低壓電力數(shù)據(jù)采集，已成為電力行業(yè)積極應(yīng)對(duì)未來挑戰(zhàn)的共同選擇。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供了一種用電信息采集系統(tǒng)，包括主站、光纖采集單元和電表，光纖采集單元上行至主站采用高速光纖的傳輸方式，光纖采集單元下行至電表將RS485總線增至多路，每路485都可互不干擾的獨(dú)立并行運(yùn)行，上行下行傳輸通道的改造使得數(shù)據(jù)采集的能力大幅提升。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：用電信息采集系統(tǒng)，包括主站、電表和光纖采集單元，所述光纖采集單元包括：

微控制單元，用于運(yùn)行程序指令，控制其他部件工作；

至少2路RS485電路，每路RS485電路分別與所述微控制單元相連，用于將微控制單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的RS485信號(hào)，使電表識(shí)別接收，同時(shí)將電表返回的標(biāo)準(zhǔn)RS485信號(hào)，轉(zhuǎn)換成微控制單元能識(shí)別的數(shù)據(jù)包；

光通信電路，與所述微控制單元相連，用于在微控制單元與外部光纖設(shè)備之間建立通訊硬件鏈路，讓微控制單元與外部網(wǎng)絡(luò)可相互通訊；

存儲(chǔ)芯片，與所述微控制單元相連，用于存儲(chǔ)該光纖采集單元RS485端口上連接的電表號(hào)、設(shè)備參數(shù)和事件記錄；

電源模塊，與所述微控制單元相連，用于給該光纖采集單元供電。

更優(yōu)的，所述每路RS485電路包括RS485通信芯片和隔離保護(hù)電路。

更優(yōu)的，所述隔離保護(hù)電路包括光耦芯片。

更優(yōu)的，所述光通信電路包括光通信芯片和光模塊。

更優(yōu)的，所述光纖采集單元還包括：

網(wǎng)口電路，與所述微控制單元相連，用于在微控制單元與外部網(wǎng)口設(shè)備之間建立通訊硬件鏈路，讓微控制單元與外部網(wǎng)絡(luò)可相互通訊；

紅外收發(fā)電路，與所述微控制單元相連，用于將微控制單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的紅外光信號(hào)，使手抄器識(shí)別接收；同時(shí)將手抄器返回的標(biāo)準(zhǔn)紅外光信號(hào)，轉(zhuǎn)換成微控制單元能識(shí)別的數(shù)據(jù)包；

指示燈電路，與所述微控制單元相連，用于實(shí)時(shí)顯示該光纖采集單元的工作狀況；

時(shí)鐘芯片，與所述微控制單元相連，用于計(jì)時(shí)。

更優(yōu)的，該用電信息采集系統(tǒng)還包括智慧電能終端，該光纖采集單元還包括載波模塊，所述載波模塊與所述微控制單元相連，用于將微控制單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的載波信號(hào)，使智慧電能終端識(shí)別接收；同時(shí)將智慧電能終端返回的標(biāo)準(zhǔn)載波信號(hào)，轉(zhuǎn)換成微控制單元能識(shí)別的數(shù)據(jù)包；

所述電源模塊還與載波模塊相連，用于給載波模塊供電。

更優(yōu)的，所述電源模塊包括EMC防護(hù)電路。

更優(yōu)的，所述EMC防護(hù)電路包括在所述電源的輸入回路的A相、B相、C相和N相各分別串聯(lián)1個(gè)電感；在所述A相和N相，B相和N相，C和N之間各分別并聯(lián)1個(gè)Y電容；在所述A相、B相和C相各分別接入1個(gè)二極管和1個(gè)壓敏電阻。

本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述用電信息采集系統(tǒng)的用電信息采集方法，包括：

（1）主站發(fā)起點(diǎn)抄或計(jì)劃抄表任務(wù)；

（2）主站按任務(wù)優(yōu)先級(jí)排隊(duì)；

（3）主站向?qū)?yīng)光纖采集單元下發(fā)抄表指令；

（4）光纖采集單元接收指令并解析協(xié)議，向指定485端口的電表發(fā)送抄表命令，收到電表數(shù)據(jù)并返回主站；

（5）主站計(jì)時(shí)并循環(huán)監(jiān)測(cè)返回?cái)?shù)據(jù)。若超時(shí)未收到抄讀數(shù)據(jù)，則判斷是否已超時(shí)三次，若已超時(shí)三次，則記錄事件日志；若未超時(shí)三次，則發(fā)起補(bǔ)抄任務(wù)，并排到任務(wù)隊(duì)列末端等待下發(fā)；若收到抄讀的數(shù)據(jù)，解析并存儲(chǔ)該數(shù)據(jù)；

（6）主站判斷隊(duì)列中是否還有未下發(fā)的命令，有則馬上下發(fā)，無則結(jié)束流程。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明提供的用電信息采集系統(tǒng)，包括主站、光纖采集單元和電表，光纖采集單元上行至主站采用高速光纖的傳輸方式，可承載海量數(shù)據(jù)傳輸并使得通訊鏈路更加穩(wěn)定，光纖采集單元下行至電表將RS485總線增至多路，每路485總線都可互不干擾獨(dú)立并行運(yùn)行，上行下行傳輸通道的改造使得數(shù)據(jù)采集的能力大幅提升，可完全滿足當(dāng)前電力數(shù)據(jù)采集高頻度和高精度的需要。

2、光纖采集單元的RS485通信芯片與微控制單元之間，采用光耦芯片做隔離保護(hù)，通過光電隔離保護(hù)電路,將微控制單元電路系統(tǒng)和RS485外圍電路系統(tǒng)電氣完全隔離開來，大大提高了微控制單元電路系統(tǒng)的抗干擾特性，從而提高電路系統(tǒng)的可靠性，另一方面，電氣隔離系統(tǒng)可以防止共模電壓形成電流回路，從而防止電路系統(tǒng)意外損壞。

3、由于電源前面有電力載波，因此不能直接并聯(lián)差模電容和共模電容作為防護(hù)，否則會(huì)吸收電力載波信號(hào)，造成電力載波信號(hào)衰減。因此在光纖采集單元電源輸入回路首先串入了四個(gè)電感，分別接入ABC三相和N相，然后再在ABC各相和N之間并接Y電容，進(jìn)行三相對(duì)零線共模濾波，再經(jīng)過三個(gè)二極管對(duì)三相交流電進(jìn)行整流，并在整流后的電源中并接一只壓敏電阻。當(dāng)電網(wǎng)上由于雷擊浪涌電流導(dǎo)致電源電壓異常升高并達(dá)到壓敏電阻的動(dòng)作電壓時(shí)，壓敏電阻導(dǎo)通，從而吸收浪涌能量。在三相相線上，除了串接電感，還串接了電阻，由于整機(jī)電源功耗較低(2W)，因此電源輸入電流較小，串接的電阻和電感的直流電阻不會(huì)造成什么影響。但由于后端整流濾波電容的存在，通過RC串聯(lián)電路，從而使得電容兩端電壓不能突變，因此當(dāng)雷擊浪涌電流發(fā)生時(shí)，開關(guān)電源輸入電壓也能保持比較平穩(wěn)，從而提高電源系統(tǒng)可靠性。

4、通過載波模塊，使光纖采集單元可通過電力載波自動(dòng)檢測(cè)和管理用戶戶內(nèi)的智慧電能終端，并建立了終端數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的機(jī)制，避免終端無序發(fā)送數(shù)據(jù)從而干擾電力線路，造成載波沖突的現(xiàn)象發(fā)生。通過紅外收發(fā)電路，可以與外部紅外設(shè)備進(jìn)行互通，滿足手抄器抄表的需求。通過網(wǎng)口電路，可以與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互通，滿足設(shè)備設(shè)置和數(shù)據(jù)讀取的需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1用電信息采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1光纖采集單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1光纖采集單元的RS485電路電路圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例1光纖采集單元的光通信電路和網(wǎng)口電路電路圖；

圖5本發(fā)明實(shí)施例2用電信息采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例2光纖采集單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例2光纖采集單元的電源模塊EMC防護(hù)電路電路圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例3光纖采集單元的電表數(shù)據(jù)采集方法流程圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例3光纖采集單元與主站網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)檢測(cè)流程圖；

圖10是本發(fā)明實(shí)施例3智慧電能終端注冊(cè)到更優(yōu)地光纖采集單元流程圖；

圖11是本發(fā)明實(shí)施例3用電信息采集系統(tǒng)主站接受光纖采集單元登錄和心跳監(jiān)聽流程圖；

圖12是本發(fā)明實(shí)施例3用電信息采集系統(tǒng)主站抄表流程圖；

圖13是本發(fā)明實(shí)施例3用電信息采集系統(tǒng)智慧電能終端查詢電表數(shù)據(jù)流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

如圖1所示，本發(fā)明了提供了一種用電信息采集系統(tǒng)，包括主站和電表，還包括光纖采集單元。

本發(fā)明提供的光纖采集單元，如圖2所示，包括：

MCU，用于運(yùn)行程序指令，控制其他部件工作。

5路RS485電路，每路RS485電路分別與MCU相連，用于將MCU傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的RS485信號(hào)，使電表識(shí)別接收；同時(shí)將電表返回的標(biāo)準(zhǔn)RS485信號(hào)，轉(zhuǎn)換成微控制單元能識(shí)別的數(shù)據(jù)包。

如圖3所示，每路RS485電路包括RS485通信芯片和隔離保護(hù)電路。RS485芯片與MCU之間，采用光耦芯片做隔離保護(hù)，通過光電隔離電路，將處理器電路系統(tǒng)和RS485外圍電路系統(tǒng)電氣完全隔離開來，大大提高了處理器系統(tǒng)的抗干擾特性，從而提高電路系統(tǒng)的可靠性，另一方面，電氣隔離系統(tǒng)可以防止共模電壓形成電流回路，從而防止電路系統(tǒng)意外損壞。

光通信電路，如圖4所示，與MCU相連，用于在MCU與外部光纖設(shè)備之間建立通訊硬件鏈路，讓MCU與外部網(wǎng)絡(luò)可相互通訊。光通信電路包括光通信芯片和光模塊。

存儲(chǔ)芯片，與MCU相連，用于存儲(chǔ)該光纖采集單元RS485端口上連接的電表號(hào)、設(shè)備參數(shù)和事件記錄等。

電源模塊，與MCU相連，用于給該光纖采集單元供電。

網(wǎng)口電路，如圖4所示，與MCU相連，用于在MCU與外部網(wǎng)口設(shè)備之間建立通訊硬件鏈路，讓MCU與外部網(wǎng)絡(luò)可相互通訊，滿足設(shè)備設(shè)置和數(shù)據(jù)讀取的需求。

紅外收發(fā)電路，與MCU相連，用于將MCU傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的紅外光信號(hào)，以便手抄器識(shí)別接收；同時(shí)將手抄器返回的標(biāo)準(zhǔn)紅外光信號(hào)，轉(zhuǎn)換成MCU能識(shí)別的數(shù)據(jù)包。

指示燈電路，與MCU相連，用于實(shí)時(shí)顯示該光纖采集單元的工作狀況。

時(shí)鐘芯片，與MCU相連，用于計(jì)時(shí)。

該光纖采集單元，上行至主站采用高速光纖的傳輸方式，可承載海量數(shù)據(jù)傳輸并使得通訊鏈路更加穩(wěn)定，下行至電表將RS485總線增至5路，每路485總線都可互不干擾的獨(dú)立并行運(yùn)行，上行下行傳輸通道的改造使得用電數(shù)據(jù)采集的能力大幅提升，可完全滿足當(dāng)前電力數(shù)據(jù)采集高頻度和高精度的需要。

實(shí)施例2：

本發(fā)明還提供了一種更優(yōu)的用電信息采集系統(tǒng)，如圖5所示，包括主站、光纖采集單元、電表和智慧電能終端。

本發(fā)明提供的光纖采集單元為更優(yōu)地光纖采集單元，如圖6所示，在上述圖2所示的光纖采集單元的基礎(chǔ)上，還包括：

載波模塊，載波模塊與MCU相連，用于將MCU傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的載波信號(hào)，使智慧電能終端識(shí)別接收；同時(shí)將智慧電能終端返回的標(biāo)準(zhǔn)載波信號(hào)，轉(zhuǎn)換成MCU能識(shí)別的數(shù)據(jù)包。

電源模塊，還與載波模塊相連，用于給載波模塊供電。電源模塊包括AC-DC單元和DC-DC單元，AC-DC模塊將輸入交流220V變壓到直流5V輸出，為載波模塊和光纖采集單元供電，DC-DC模塊將直流5V升壓到12V輸出，供載波模塊使用。

如圖7所示，電源模塊還包括EMC防護(hù)電路，EMC防護(hù)電路包括在電源的輸入回路的A相、B相、C相和N相各分別串聯(lián)1個(gè)電感；在電源A相和N相之間，B相和N相之間，C相和N相之間各分別并接1個(gè)Y電容；在A相、B相和C相各分別接入1個(gè)二極管和1個(gè)壓敏電阻。由于電源前面有電力載波,因此不能直接并聯(lián)差模電容和共模電容用于防護(hù)，否則會(huì)吸收電力載波信號(hào)，造成電力載波信號(hào)衰減。因此在電源輸入回路首先串入了四個(gè)電感，分別接入ABC三相和N相，然后再在ABC各相和N相之間并聯(lián)接入Y電容，進(jìn)行三相對(duì)零線共模濾波，再經(jīng)過三個(gè)二極管對(duì)三相交流電進(jìn)行整流，并在整流后的電源中接入一只壓敏電阻。當(dāng)電網(wǎng)上由于雷擊浪涌電流導(dǎo)致電源電壓異常升高并達(dá)到壓敏電阻的動(dòng)作電壓時(shí)，壓敏電阻導(dǎo)通，從而吸收浪涌能量。在三相相線上，除了串接電感，還串接了電阻，由于整機(jī)電源功耗較低(2W)，因此電源輸入電流較小，串接的電阻和電感的直流電阻不會(huì)造成什么影響。但由于后端整流濾波電容的存在，通過RC串聯(lián)電路，從而使得電容兩端電壓不能突變，因此當(dāng)雷擊浪涌電流發(fā)生時(shí)，開關(guān)電源輸入電壓也能保持比較平穩(wěn)，從而提高電源系統(tǒng)可靠性。

本發(fā)明的光纖采集單元替代了傳統(tǒng)的集中器+采集器的運(yùn)行模式。該光纖采集單元配備了光纖、以太網(wǎng)、載波模塊、紅外通信和多路RS485接口，各接口獨(dú)立并行運(yùn)行，通過MCU協(xié)調(diào)工作。上行至主站采用高速光纖/以太網(wǎng)絡(luò)的傳輸方式，可承載海量數(shù)據(jù)傳輸并使得通訊鏈路更加穩(wěn)定，下行至電表將RS485總線增至多路，每路485都可互不干擾的獨(dú)立并行運(yùn)行，上行下行傳輸通道的改造使得用電數(shù)據(jù)采集的能力大幅提升，可完全滿足當(dāng)前電力數(shù)據(jù)采集高頻度和高精度的需要；同時(shí)，該光纖采集單元可通過電力載波自動(dòng)檢測(cè)和管理用戶戶內(nèi)的智慧電能終端，并建立了終端數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的機(jī)制，避免終端無序發(fā)送數(shù)據(jù)干擾電力線路，造成載波沖突的現(xiàn)象發(fā)生；紅外收發(fā)線路主要用于設(shè)備參數(shù)讀取和寫入。

本發(fā)明的光纖采集單元除具備高速數(shù)據(jù)采集和傳輸特性以外，還具備數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)和交換功能，使數(shù)據(jù)傳輸可在主站、電表和戶內(nèi)的智慧電能終端之間進(jìn)行，如主站與電表，主站與終端，電表與終端。

實(shí)施例3：

本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述實(shí)施例1和實(shí)施例2的光纖采集單元的用電數(shù)據(jù)采集方法，如圖8所示，包括：

（1）光通信電路/網(wǎng)口電路接收主站下發(fā)的抄表指令并傳遞至微控制單元；

（2）微控制單元解析抄表指令確定對(duì)應(yīng)的485端口；

（3）微控制單元順序向各個(gè)485端口發(fā)送帶表號(hào)的抄表命令；

（4）微控制單元輪巡各個(gè)485端口，偵聽電表返回?cái)?shù)據(jù)；

（5）微控制單元收到電表返回?cái)?shù)據(jù)，通過光通信電路/網(wǎng)口電路回傳主站。

本發(fā)明的實(shí)施例1和實(shí)施例2的光纖采集單元的工作原理：

1、實(shí)施例1和實(shí)施例2的光纖采集單元通過光口/網(wǎng)口與調(diào)試軟件鏈接，實(shí)現(xiàn)查看其運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)置工作參數(shù)。

在PC上運(yùn)行調(diào)試軟件，軟件運(yùn)行后建立TCP服務(wù)端口，等待設(shè)備連接。光纖采集單元上電后，MCU運(yùn)行，通過其SPI接口，經(jīng)過33歐保護(hù)電阻（R75-R78），將片選，時(shí)鐘，數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出，復(fù)位信號(hào)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)芯片（U4）。網(wǎng)絡(luò)芯片（U4）將通信包轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)傳輸電信號(hào)，通過網(wǎng)絡(luò)變壓器驅(qū)動(dòng)芯片（T1）增強(qiáng)信號(hào)后發(fā)送到光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)芯片（SFP interface）的CH2接口，經(jīng)過光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)芯片（SFP interface）轉(zhuǎn)發(fā)，將CH2接口信號(hào)轉(zhuǎn)到CH1接口上，CH1接口通過JP3網(wǎng)絡(luò)接口連接網(wǎng)線連接PC端的TCP服務(wù)端口，建立socket連接，socket連接成功后，光纖采集單元即可通過調(diào)試軟件進(jìn)行狀態(tài)查看或者設(shè)置參數(shù)。

2、實(shí)施例1和實(shí)施例2的光纖采集單元與主站的通訊機(jī)制。

（1）光纖采集單元通過光口/網(wǎng)口與主站服務(wù)器建立TCP鏈接并互通數(shù)據(jù)。

在主站服務(wù)器端運(yùn)行主站軟件，軟件運(yùn)行后建立TCP服務(wù)端口，等待設(shè)備連接。光纖采集單元上電后，MCU運(yùn)行，通過其SPI接口，經(jīng)過33歐保護(hù)電阻（R75-R78），將片選，時(shí)鐘，數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出，復(fù)位信號(hào)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)芯片（U4）。網(wǎng)絡(luò)芯片（U4）將通信包轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)傳輸電信號(hào)，通過網(wǎng)絡(luò)變壓器驅(qū)動(dòng)芯片（T1）后通過光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)芯片（SFP interface），通過0.1uF的隔直電容（C66-C69），將網(wǎng)絡(luò)傳輸電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光模塊所需的差分信號(hào)，通過（CON1）驅(qū)動(dòng)光模塊將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)通過光纖傳遞到主站，從而主動(dòng)與主站進(jìn)行socket連接，socket連接成功后，光纖采集單元與主站按照約定數(shù)據(jù)格式進(jìn)行信息交換。如果連接中途斷開，光纖采集單元會(huì)自動(dòng)重連。

（2）如圖9所示，光纖采集單元的光口/網(wǎng)口與主站服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)檢測(cè)：

①光口/網(wǎng)口網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)需要定期檢查，檢查周期為20秒，以確保通信過程是穩(wěn)定可靠的。

②確保通信正常的機(jī)制是：若在定期檢查周期內(nèi)光纖采集單元不曾收到主站數(shù)據(jù)，光纖采集單元定時(shí)主動(dòng)發(fā)起一個(gè)規(guī)定協(xié)議的心跳包，正常情況下主站會(huì)立即返回一個(gè)數(shù)據(jù)包。光纖采集單元收到數(shù)據(jù)包后判定連接正常，反之則判斷網(wǎng)絡(luò)異常。

連接過程：光纖采集單元的MCU定時(shí)打包好一個(gè)規(guī)定協(xié)議的心跳包，MCU通過其SPI接口，經(jīng)過33歐電阻，將片選，時(shí)鐘，數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出，復(fù)位信號(hào)，將心跳包傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)芯片（U4）。網(wǎng)絡(luò)芯片（U4）將通信包轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)傳輸電信號(hào)，通過網(wǎng)絡(luò)變壓器驅(qū)動(dòng)芯片（T1）后通過光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)芯片 （SFP interface），通過0.1uF隔離電容（C66-C69），將網(wǎng)絡(luò)傳輸電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光模塊所需的差分信號(hào)，通過（CON1）驅(qū)動(dòng)光模塊將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)通過光纖將心跳包傳遞到主站。

主站接收到心跳包后立即回應(yīng)一個(gè)應(yīng)答包，并通過光纖發(fā)送該應(yīng)答包，指令通過光纖傳送到光纖采集單元的光模塊上，光模塊將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成為差分的電信號(hào)（TD和RD），經(jīng)過隔直電容（C66-C69），將差分信號(hào)傳遞給光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)芯片（SFP interface），光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)芯片（SFP interface）將信號(hào)轉(zhuǎn)化為網(wǎng)口信號(hào)，經(jīng)過CH2端口，將信號(hào)傳遞給網(wǎng)路變壓器（T1），網(wǎng)路變壓器（T1）將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)變壓為3.3V的安全電壓后，將信號(hào)傳遞給網(wǎng)口轉(zhuǎn)SPI芯片（U4），（U4）將網(wǎng)口信號(hào)轉(zhuǎn)化為SPI協(xié)議的數(shù)字信號(hào)，通過33歐保護(hù)電阻（R75-R78）傳遞給光纖采集單元的MCU。

③若連接成功，則繼續(xù)②的步驟，異常計(jì)數(shù)值清零；

④若連接失敗，則繼續(xù)②的步驟，異常計(jì)數(shù)值增加1次，多次連接失敗后，MCU發(fā)起初始化硬件指令，設(shè)備重啟；

⑤重啟后繼續(xù)主站連接流程。

（3）主站通過光纖采集單元采集前端電表數(shù)據(jù)。

當(dāng)主站需要獲取前端電表數(shù)據(jù)時(shí)，主站將指令打包通過光纖傳送到光纖采集單元的光模塊上，光模塊將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成為差分的電信號(hào)（TD和RD），經(jīng)過隔直電容（C66-C69），將差分信號(hào)傳遞給光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)芯片（SFP interface），光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)芯片（SFP interface）將信號(hào)轉(zhuǎn)化為網(wǎng)口信號(hào)，經(jīng)過CH2端口，將信號(hào)傳遞給網(wǎng)路變壓器（T1），網(wǎng)路變壓器（T1）將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)變壓為3.3V的安全電壓后，將信號(hào)傳遞給網(wǎng)口轉(zhuǎn)SPI芯片（U4），（U4）將網(wǎng)口信號(hào)轉(zhuǎn)化為SPI協(xié)議的數(shù)字信號(hào)，通過33歐保護(hù)電阻（R75-R78）傳遞給MCU。MCU識(shí)別通信包后，解析出要查詢的端口，打包相應(yīng)的命令，通過485E線使能相應(yīng)的485芯片，通過485TX線發(fā)送命令，信號(hào)經(jīng)過1K的保護(hù)電阻后通過光耦，控制光耦產(chǎn)生信號(hào)傳輸給485芯片，485芯片將信號(hào)轉(zhuǎn)化為485格式的差分信號(hào)，發(fā)送給前端電表。電表通過上述相反的路徑傳遞數(shù)據(jù)給MCU，MCU識(shí)別通信包后通過上述相反路徑最終傳遞給主站，完成一次通信。

3、實(shí)施例2的光纖采集單元與戶內(nèi)的智慧電能終端通訊機(jī)制。

（1）如圖10所示，智慧電能終端注冊(cè)至光纖采集單元流程。

智慧電能終端部分：智慧電能終端通電后如果沒有綁定電表的，會(huì)要求用戶綁定電卡，當(dāng)用戶插入電卡后，從電卡中獲取電表號(hào)；智慧電能終端按照協(xié)議規(guī)范將電表號(hào)作為地址打包后，以波特率1000bps的速率通過U2TXD和U2RXD線傳遞給載波模塊，載波模塊解調(diào)后，通過電力線將數(shù)據(jù)傳遞給光纖采集單元的MCU。

智慧電能終端通過載波模塊監(jiān)聽注冊(cè)成功回復(fù)信號(hào)，若無回復(fù)，則間隔一定時(shí)間后重新發(fā)送該注冊(cè)包。有回復(fù)后停止發(fā)送注冊(cè)包。

光纖采集單元部分：光纖采集單元會(huì)監(jiān)聽載波模塊信號(hào)，當(dāng)電力線中有符合通訊協(xié)議的載波數(shù)據(jù)包，以波特率1000bps的速率通過U2TXD和U2RXD線傳遞給載波模塊, 載波模塊解調(diào)后，通過電力線將數(shù)據(jù)傳遞給光纖采集單元的MCU；光纖采集單元的MCU解析數(shù)據(jù)包內(nèi)容，判斷若是發(fā)自智慧電能終端的注冊(cè)數(shù)據(jù)包，則將包中表號(hào)與存儲(chǔ)芯片中的表號(hào)進(jìn)行比對(duì)；若無該表號(hào)，則丟棄該數(shù)據(jù)包，錯(cuò)誤信息通過載波模塊調(diào)制后通過電力線反饋至智慧電能終端；若有該表號(hào)，則存儲(chǔ)智慧電能終端信息并與電表關(guān)聯(lián)，綁定信息通過載波模塊調(diào)制后通過電力線反饋至智慧電能終端；若該表號(hào)已與智慧電能終端關(guān)聯(lián)，已綁定信息通過載波模塊調(diào)制后通過電力線反饋至智慧電能終端。

（2）光纖采集單元抄讀電表數(shù)據(jù)并向智慧電能終端發(fā)送。

由于一個(gè)變壓器的二次側(cè)可能存在多個(gè)光纖采集單元，為避免多個(gè)光纖采集單元無序發(fā)送載波數(shù)據(jù)，則由主站對(duì)光纖采集單元進(jìn)行集中配置和調(diào)度。主站以一個(gè)變壓器二次側(cè)的所有光纖采集單元為范圍制定計(jì)劃任務(wù)，以5分鐘為時(shí)間間隔為每個(gè)光纖采集單元配置不同的任務(wù)時(shí)間。

當(dāng)計(jì)劃任務(wù)時(shí)間到了后，主站通過光纖將任務(wù)指令傳送到光纖采集單元的光模塊上，光模塊將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成為差分的電信號(hào)（TD和RD），經(jīng)過隔直電容（C66-C69），將差分信號(hào)傳遞給光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)芯片（SFP interface），光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)芯片（SFP interface）將信號(hào)轉(zhuǎn)化為網(wǎng)口信號(hào)，經(jīng)過CH2端口，將信號(hào)傳遞給網(wǎng)路變壓器（T1），網(wǎng)路變壓器（T1）將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)變壓為3.3V的安全電壓后，將信號(hào)傳遞給網(wǎng)口轉(zhuǎn)SPI芯片（U4），（U4）將網(wǎng)口信號(hào)轉(zhuǎn)化為SPI協(xié)議的數(shù)字信號(hào)，通過33歐保護(hù)電阻（R75-R78）傳遞給光纖采集單元的MCU。

MCU將讀取存儲(chǔ)芯片中已綁定智慧電能終端的電表號(hào)，獲取對(duì)應(yīng)的RS485接口。

MCU將校時(shí)命令轉(zhuǎn)發(fā)至對(duì)應(yīng)的RS485接口，通過485TX線發(fā)送命令，信號(hào)經(jīng)過1K的保護(hù)電阻后通過光耦，控制光耦產(chǎn)生信號(hào)傳輸給485芯片，485芯片將信號(hào)轉(zhuǎn)化為485格式的差分信號(hào)，將抄讀指令發(fā)送給前端電表。

對(duì)應(yīng)地址的電表接收到該命令并校時(shí)，后將執(zhí)行結(jié)果通過485芯片轉(zhuǎn)化為差分信號(hào)，傳遞給對(duì)應(yīng)的RS485芯片，485芯片將差分信號(hào)轉(zhuǎn)化為TTL的電平信號(hào)從RO端口輸出，控制光耦的開關(guān)，產(chǎn)生符合MCU電平電壓的TTL電信號(hào)，通過510歐的保護(hù)電阻傳回MCU的485TX引腳，MCU接收并識(shí)別該信號(hào)。

光纖采集單元的MCU等待485返回單條數(shù)據(jù)抄讀指令回傳的時(shí)間為500ms，若數(shù)據(jù)回傳超時(shí)，MCU記錄日志并回傳主站。

若接收到回傳數(shù)據(jù)，則通過載波模塊的引腳偵聽電力線上的載波信號(hào)，若有其他載波信號(hào)則等待；若無，則MCU將校時(shí)命令，通過載波模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去并等待。

戶內(nèi)的智慧電能終端接收到數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，然后將執(zhí)行結(jié)果回傳。

若光纖采集單元等待回傳結(jié)果超時(shí)，則偵聽載波信號(hào)并重發(fā)；若接收到回傳結(jié)果，則回傳主站。

4、實(shí)施例1和實(shí)施例2的光纖采集單元多路485控制的機(jī)制：

MCU的5個(gè)獨(dú)立串行口分別通過5個(gè)RS485芯片驅(qū)動(dòng)5路RS485接口電路。設(shè)備采用多任務(wù)操作系統(tǒng)控制多路RS485電路，每個(gè)任務(wù)控制每1路RS485電路由對(duì)應(yīng)的一個(gè)任務(wù)去管理，多個(gè)任務(wù)可并行運(yùn)行，則RS485電路相互間不會(huì)干擾。設(shè)備上電初始化的時(shí)候啟動(dòng)5個(gè)線程，分別控制5個(gè)RS485總線電路。當(dāng)需要采集某個(gè)RS485總線上的電表數(shù)據(jù)時(shí)，MCU通過相應(yīng)的線程向該路485總線發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，相應(yīng)的電表接收到請(qǐng)求命令后，回傳數(shù)據(jù)，完成一次通訊過程。以上數(shù)據(jù)通訊過程可以由MCU順序向各個(gè)總線發(fā)起，由于MCU速度極快，同時(shí)又是多任務(wù)機(jī)制，相當(dāng)于是多路RS485總線在同時(shí)工作，可以在一次通訊的時(shí)間內(nèi)，同時(shí)完成5個(gè)485總線的數(shù)據(jù)通訊采集過程。

為進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的傳輸速度，每路RS485的波特率默認(rèn)設(shè)置為9600bps。每一條485總線可以接多個(gè)電表，MCU發(fā)送到RS485的數(shù)據(jù)包中包含電表地址ID，在485總線上發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，電表接收該命令后解析命令包對(duì)比自己的地址ID和命令包中的地址ID是否相同，雖然所有電表都能夠接收到該命令，但只有與地址對(duì)應(yīng)的電表才會(huì)返回?cái)?shù)據(jù)。

如圖11所示，在實(shí)施例1和實(shí)施例2的用電信息采集系統(tǒng)中，包括主站接受光纖采集單元登錄和心跳監(jiān)聽流程。

1、主站初始化電表和光纖采集單元（含端口）的配置信息。

2、主站監(jiān)聽光纖采集單元登錄請(qǐng)求。主站收到登錄請(qǐng)求后，通過配置信息判斷當(dāng)前連接的光纖采集單元是否有效，如果無效主動(dòng)斷開鏈接，如果有效則登錄成功，同時(shí)向光纖采集單元返回登錄確認(rèn)信息并保持連接。

3、對(duì)已登錄的光纖采集單元，主站計(jì)時(shí)10分鐘并監(jiān)聽光纖采集單元發(fā)來的心跳信息，若收到心跳信息，則更新連接狀態(tài)并返回確認(rèn)信息，若超時(shí)未收到則主動(dòng)斷開連接并更新連接狀態(tài)。

如圖12所示，在實(shí)施例1和實(shí)施例2的用電信息采集系統(tǒng)中，包括主站通過光纖采集單元抄表的流程。

1、主站發(fā)起點(diǎn)抄或計(jì)劃抄表任務(wù)。

2、主站判斷任務(wù)優(yōu)先級(jí)并排隊(duì)。

3、主站通過電表和光纖采集單元配置信息找到對(duì)應(yīng)的連接，并通過循環(huán)的方式向光纖采集單元上的多組485通道發(fā)送抄表指令，同一組485通道連接的指令通過排隊(duì)方式下發(fā)。

4、光纖采集單元接收指令并解析協(xié)議，然后向指定485端口的電表發(fā)送抄表命令，收到電表數(shù)據(jù)并返回主站。

5、主站計(jì)時(shí)并通過循環(huán)方式監(jiān)測(cè)光纖采集單元的每一組485端口是否收到返回?cái)?shù)據(jù)。若超時(shí)未收到返回?cái)?shù)據(jù)，則馬上下發(fā)隊(duì)列中的下一個(gè)采集命令，同時(shí)判斷是否已超時(shí)三次，若已超時(shí)三次，則記錄事件日志，若未超時(shí)三次，則發(fā)起補(bǔ)抄任務(wù)，并排到任務(wù)隊(duì)列末端并等待下發(fā)。

6、主站收到抄讀的數(shù)據(jù)，解析并存儲(chǔ)該數(shù)據(jù)。

7、主站判斷隊(duì)列中是否還有未下發(fā)的命令，有則馬上下發(fā)，無則結(jié)束流程。

如圖13所示，在實(shí)施例2的用電信息采集查詢系統(tǒng)中，包括智慧電能終端查詢電表信息的流程：

1、智慧電能終端生成包含電表地址的查詢指令，通過電力線發(fā)送到載波模塊；

2、載波模塊解碼后將查詢指令發(fā)送到光纖采集單元；

3、光纖采集單元將查詢指令中的電表地址與存儲(chǔ)芯片中的電表地址進(jìn)行比對(duì)，得到電表地址對(duì)應(yīng)的RS485端口；

4、光纖采集單元將查詢指令轉(zhuǎn)發(fā)至對(duì)應(yīng)的RS485端口；

5、電表返回?cái)?shù)據(jù)到RS485端口，光纖采集單元收到電表返回?cái)?shù)據(jù)；

6、光纖采集單元將電表返回?cái)?shù)據(jù)發(fā)送到載波模塊；

7、載波模塊將電表返回?cái)?shù)據(jù)發(fā)送到智慧電能終端，流程結(jié)束。

以上實(shí)施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。