專利名稱：一種支持ZigBee的電能數(shù)據(jù)采集方法和電能計(jì)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測(cè)量電功率或電流的時(shí)間積分的機(jī)電裝置，尤其是涉及一種支持ZigBee的電能數(shù)據(jù)采集方法和電能計(jì)量裝置。
背景技術(shù)：
電能計(jì)量、電費(fèi)核算與準(zhǔn)確、及時(shí)的收繳電費(fèi)是用電管理的重要內(nèi)容。而現(xiàn)有電能數(shù)據(jù)的采集基本上是手工抄表，需要用電管理人員進(jìn)樓入戶，每月或兩個(gè)月抄表一次，再通過微機(jī)或手工制作的電費(fèi)單催促用戶繳納電費(fèi)，存在著錯(cuò)抄、漏抄、估抄問題以及不安全的隱患。采用自動(dòng)抄表系統(tǒng)是解決上述問題和提高電力系統(tǒng)用電管理水平的有效途徑之一，其中無線抄表系統(tǒng)又是自動(dòng)抄表系統(tǒng)中一種比較先進(jìn)的抄表方式，例如中國專利CN1122388C、CN1122389C分別公告的《利用GSM、CDMA網(wǎng)進(jìn)行信息交換的電能計(jì)量裝置數(shù)據(jù)采集器及通信方法》和《利用GSM、CDMA網(wǎng)進(jìn)行信息交換的電能計(jì)量裝置及通信方法》，但是，這種無線抄表系統(tǒng)受到GSM、CDMA網(wǎng)絡(luò)蜂窩通信技術(shù)規(guī)模的限制，單位地域的用戶數(shù)量不能太多，不適于大規(guī)模地同時(shí)采集電能計(jì)量數(shù)據(jù)，而且，需要交納網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行費(fèi)用，長(zhǎng)年的運(yùn)行費(fèi)用，特別是在遠(yuǎn)程終端單元(Remote Terminal Unit，簡(jiǎn)稱RTU)比較多時(shí)，運(yùn)行費(fèi)用往往難以被使用RTU的用電用戶所接收。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的一個(gè)技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種支持ZigBee的電能數(shù)據(jù)采集方法。
本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提出一種實(shí)現(xiàn)上述方法的電能計(jì)量裝置。
對(duì)于本發(fā)明支持ZigBee的電能數(shù)據(jù)采集方法來說，其技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案予以解決。
這種支持ZigBee的電能數(shù)據(jù)采集方法的特點(diǎn)是依次有以下步驟(1)每個(gè)支持ZigBee的電能計(jì)量裝置通電后，啟動(dòng)建立支持ZigBee的自組織網(wǎng)絡(luò)，包括每個(gè)支持ZigBee的電能計(jì)量裝置建立至ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)的路由，以及ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)建立至ZigBee網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)電能計(jì)量裝置的路由表；(2)每個(gè)支持ZigBee的電能計(jì)量裝置，通過其建立至ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)的路由，將采集的常規(guī)數(shù)據(jù)、異常狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸至ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)；(3)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心通過ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)到ZigBee網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)電能計(jì)量裝置的路由，向每個(gè)支持ZigBee的電能計(jì)量裝置發(fā)送巡檢、查詢指令，在匯整電能計(jì)量裝置的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和費(fèi)率信息后，對(duì)指定的電能計(jì)量裝置發(fā)送斷電或通電指令。
對(duì)于本發(fā)明的支持ZigBee的電能數(shù)據(jù)采集方法來說，其技術(shù)問題通過以下進(jìn)一步的技術(shù)方案予以解決。
所述建立支持ZigBee的自組織網(wǎng)絡(luò)是建立Ad hoc網(wǎng)絡(luò)(Ad hocnetwork)，由每個(gè)設(shè)有支持ZigBee的無線通信模塊的支持ZigBee的電能計(jì)量裝置形成有組織、有結(jié)構(gòu)、自形成、自恢復(fù)的多跳無線網(wǎng)絡(luò)，支持ZigBee的無線通信模塊具有路由功能，可以通過無線連接構(gòu)成任意的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，由網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)本身與本節(jié)點(diǎn)周圍的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，即實(shí)現(xiàn)無線通信模塊之間以及與數(shù)據(jù)監(jiān)控中心之間的通信，這種網(wǎng)絡(luò)可以獨(dú)立工作，也可以與Internet或蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)連接，在后一種情況中，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)通常是以末端子網(wǎng)即樹狀網(wǎng)絡(luò)的形式接入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。
所述支持ZigBee是支持ZigBee聯(lián)盟(ZigBee Alliance)所主導(dǎo)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，采用IEEE 802.15.4作為其物理層標(biāo)準(zhǔn)，在其之上開發(fā)網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用接口協(xié)議，并提供產(chǎn)品測(cè)試和認(rèn)證。
所述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)即通信信道，包括PSTN電話網(wǎng)絡(luò)、GSM/CDMA/3G無線網(wǎng)絡(luò)、IP網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi、Wi-Max、UWB無線寬帶網(wǎng)絡(luò)，以及光纖、xDSL、ISDN有線寬帶網(wǎng)絡(luò)。
所述每個(gè)支持ZigBee的電能計(jì)量裝置建立至ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)的路由，包括經(jīng)至少一個(gè)支持ZigBee的電能計(jì)量裝置或支持ZigBee的中繼器建立至ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)的路由。
對(duì)于本發(fā)明支持ZigBee的電能計(jì)量裝置來說，其技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案予以解決。
所述支持ZigBee的電能計(jì)量裝置，直接安裝在用戶總進(jìn)線前端，包括設(shè)置在輸入端與輸出端之間逐級(jí)連接的分壓分流單元、電能計(jì)量單元、主控制單元和通斷電繼電開關(guān)，所述主控制單元包括帶非易失性存儲(chǔ)器的微控制器，以及微控制器的外圍電路。
所述支持ZigBee的電能計(jì)量裝置的特點(diǎn)是所述微控制器是支持ZigBee的嵌入式處理器/控制器，固化的程序包括多線程實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、ZigBee協(xié)議棧、數(shù)據(jù)安全層、應(yīng)用支持子層和ZigBee設(shè)備管理，負(fù)責(zé)安全，可靠的信息交換。
設(shè)有支持ZigBee的無線通信模塊，所述支持ZigBee的無線通信模塊由所述微控制器控制，通過SPI總線接口與所述微控制器相連，即支持ZigBee的無線通信模塊與電能計(jì)量單元合用主控制單元的微控制器，以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，并顯著降低系統(tǒng)成本。
所述支持ZigBee的無線通信模塊通過ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)與數(shù)據(jù)監(jiān)控中心相連，微控制器通過支持ZigBee的無線通信模塊接收數(shù)據(jù)監(jiān)控中心的巡檢、查詢指令，向通斷電繼電開關(guān)發(fā)布斷電或通電指令，并將采集的數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)監(jiān)控中心匯整。
對(duì)于本發(fā)明的支持ZigBee的電能計(jì)量裝置來說，其技術(shù)問題通過以下進(jìn)一步的技術(shù)方案予以解決。
所述支持ZigBee的無線通信模塊是至少具有以下功能的無線通信模塊(1)有2.4GHz直接序列擴(kuò)頻(Direct Sequence Spread Spectrum，簡(jiǎn)稱DSSS)通信方式；(2)低功耗設(shè)計(jì)；(3)有SPI接口；(4)有接收信號(hào)強(qiáng)度指示(Received Signal Strength Indication，簡(jiǎn)稱RSSI)與鏈路質(zhì)量指示(link quality indication，簡(jiǎn)稱LQI)支持。
所述支持ZigBee的無線通信模塊與微控制器采用分立接插件結(jié)構(gòu)通過SPI總線接口相連。在支持ZigBee的無線通信模塊性能下降時(shí)，只要將其單獨(dú)更換，而不必更換整個(gè)電能計(jì)量裝置，明顯延長(zhǎng)電能計(jì)量裝置的使用壽命。
所述支持ZigBee的嵌入式處理器/控制器是至少具有以下功能的嵌入式處理器/控制器(1)有足夠容量存放ZigBee協(xié)議棧的RAM，且Flash程序區(qū)可自讀寫；(2)固化有用電指令接收、電量檢測(cè)、時(shí)段切換、電量運(yùn)行計(jì)算、存貯、用電數(shù)據(jù)發(fā)送，以及支持ZigBee組網(wǎng)通信程序，且有在線編程功能；(3)有包括中斷、復(fù)位的異?？刂乒δ?；(4)低功耗設(shè)計(jì)；(5)有EMS電磁防護(hù)功能。
所述ZigBee協(xié)議棧，包括提供MAC層和網(wǎng)絡(luò)層的服務(wù)、自動(dòng)形成多跳網(wǎng)絡(luò)路由和可自主控制的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)在個(gè)別節(jié)點(diǎn)失效的情況下快速自適應(yīng)恢復(fù)，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自組織、自冗余、自恢復(fù)、自動(dòng)睡眠與蘇醒，保持電能計(jì)量裝置極低的能耗，安全層提供系統(tǒng)的整體安全機(jī)制.保護(hù)MAC層、網(wǎng)絡(luò)或應(yīng)用層，為了降低存儲(chǔ)要求，它們可以分享安全鑰匙，應(yīng)用支持子層通過網(wǎng)絡(luò)層和安全層與端點(diǎn)相接，并為數(shù)據(jù)傳送、安全和綁定提供服務(wù)。
所述微控制器的外圍電路包括分別與其連接的RS485接口電路、顯示電路。
所述RS485接口電路，通過UART接口與微控制器連接。用于由用電管理部門預(yù)先設(shè)置包括用電底度數(shù)、用電時(shí)段、峰、平、谷三種費(fèi)率的運(yùn)行參數(shù)。
所述顯示電路包括LCD、LED或數(shù)碼管及其顯示驅(qū)動(dòng)電路，通過SPI接口與微控制器連接。用于顯示電能計(jì)量裝置運(yùn)行的有關(guān)用電數(shù)據(jù)，以便用戶及用電管理部門觀察。顯示內(nèi)容包括運(yùn)行時(shí)段、日期、當(dāng)前總電量、當(dāng)前峰電量、當(dāng)前平電量、當(dāng)前谷電量、電能計(jì)量裝置的編號(hào)。
所述數(shù)據(jù)監(jiān)控中心包括網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和HTTP服務(wù)器，所述網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)基于Web數(shù)據(jù)管理方式，監(jiān)控ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、路由狀態(tài)、支持ZigBee的電能計(jì)量裝置的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和費(fèi)率信息，并作出及時(shí)處置；所述數(shù)據(jù)庫接收各個(gè)電能計(jì)量裝置采集的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、運(yùn)算、處理，完成分類、篩選和綜合分析，自動(dòng)生成各種報(bào)表；所述HTTP服務(wù)器接收來自遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的連接請(qǐng)求，并以客戶/服務(wù)器的方式向用電管理部門提供標(biāo)準(zhǔn)的HTTP服務(wù)。
所述非易失性存儲(chǔ)器是快閃存儲(chǔ)器(Flash Memory)、鐵電體存儲(chǔ)器(Ferroelectric RAM)、磁阻存儲(chǔ)器(Magneto-resistive RAM)、相變存儲(chǔ)器(Ovonic Unified Memory)，或快閃存儲(chǔ)器與鐵電體存儲(chǔ)器、磁阻存儲(chǔ)器、相變存儲(chǔ)器的組合。所述快閃存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)經(jīng)用電管理部門注冊(cè)登記且不能更改和抹掉的不變數(shù)據(jù)。所述鐵電存儲(chǔ)器、磁阻存儲(chǔ)器、相變存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)包括每日不同時(shí)段用電量、累計(jì)用電量在內(nèi)的可變數(shù)據(jù)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果本發(fā)明方法采用Ad hoc自動(dòng)組網(wǎng)技術(shù)，任何支持ZigBee電能計(jì)量裝置只要處于無線通信范圍內(nèi)，無須任何安裝配置，即可自動(dòng)加入已有網(wǎng)絡(luò)，并自動(dòng)形成信息路由路徑，免除了傳統(tǒng)抄表網(wǎng)絡(luò)的煩瑣的配置過程，由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備硬件價(jià)格低廉，不僅最大程度地降低了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本、人力和時(shí)間，而且允許組建容納多達(dá)六萬五千個(gè)電能計(jì)量裝置的高冗余節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，保證網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力和出錯(cuò)自恢復(fù)能力，在個(gè)別節(jié)點(diǎn)停止工作的情況下仍然可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，本發(fā)明方法采用2.4GHz工控頻段無線通信，無需國家無線電管理機(jī)關(guān)批準(zhǔn)，不必繳納頻譜占用費(fèi)用，也不必租用公網(wǎng)，不用繳納通信費(fèi)用，可以顯著降低運(yùn)行成本，而且支持ZigBee的無線通信模塊是硬幣大小的低功耗智能設(shè)備，其微小的體積可以降低安裝和維護(hù)的要求與成本，還可以在特殊環(huán)境下應(yīng)用。
本發(fā)明的支持ZigBee的電能計(jì)量裝置可以取代現(xiàn)有有功電能計(jì)量裝置，用電管理部門可以采用按用電時(shí)段的計(jì)費(fèi)方式向用戶收取電費(fèi)，有效預(yù)防私自修改表計(jì)的盜電行為，可以根據(jù)用戶預(yù)付費(fèi)情況和電能計(jì)量裝置的數(shù)據(jù)、狀態(tài)，遠(yuǎn)程控制禁止或允許用戶用電，進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)用電管理水平。


下面結(jié)合具體實(shí)施方式
并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1為本發(fā)明方法的用電數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)組成示意圖；圖2為本發(fā)明的電能計(jì)量裝置具體實(shí)施方式
電路組成方框圖；
圖3為本發(fā)明方法的具體實(shí)施方式
的常規(guī)電能數(shù)據(jù)采集發(fā)送過程示意圖；圖4為本發(fā)明方法的具體實(shí)施方式
的異常電能數(shù)據(jù)報(bào)告過程示意圖；圖5為本發(fā)明方法的具體實(shí)施方式
的電能計(jì)量裝置斷電過程示意圖；圖6為本發(fā)明方法的具體實(shí)施方式
的電能計(jì)量裝置通電過程示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示的支持ZigBee電能數(shù)據(jù)采集方法的用電數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)由集成ZigBee的數(shù)據(jù)采集模塊1、ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)2和數(shù)據(jù)監(jiān)控中心3組成。
集成ZigBee的數(shù)據(jù)采集模塊1是支持ZigBee的電能計(jì)量裝置，通電后，啟動(dòng)建立支持ZigBee的自組織網(wǎng)絡(luò)，包括每個(gè)支持ZigBee的電能計(jì)量裝置建立至ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)的路由，ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)建立至ZigBee網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)電能計(jì)量裝置的路由表。
每個(gè)支持ZigBee的電能計(jì)量裝置，通過其建立至ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)的路由，將采集的常規(guī)數(shù)據(jù)、異常狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸至ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，由ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)2再傳輸至數(shù)據(jù)監(jiān)控中心3，同時(shí)接收來自數(shù)據(jù)監(jiān)控中心3的巡檢、查詢指令。
數(shù)據(jù)監(jiān)控中心3通過ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)到ZigBee網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)電能計(jì)量裝置的路由，向每個(gè)支持ZigBee的電能計(jì)量裝置發(fā)送巡檢、查詢指令，在匯整電能計(jì)量裝置的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和費(fèi)率信息后，對(duì)指定的電能計(jì)量裝置發(fā)送斷電或通電指令。
如圖2所示的支持ZigBee的電能計(jì)量裝置，直接安裝在用戶總進(jìn)線前端，包括設(shè)置在輸入端與輸出端之間逐級(jí)連接的分壓分流單元4、電能計(jì)量單元5、主控制單元和通斷電繼電開關(guān)6。
電能計(jì)量單元5是ADI公司出品的型號(hào)為ADE7755的單相電能計(jì)量集成電路或型號(hào)為ADE7758的三相電能計(jì)量集成電路，內(nèi)部集成有Δ-∑模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號(hào)處理器，輸出的有功功率平均值、瞬時(shí)值能直接與所述微控制器接口。
主控制單元包括帶非易失性存儲(chǔ)器7的微控制器8，以及微控制器8的外圍電路RS485接口電路9、LCD顯示電路10。
非易失性存儲(chǔ)器7是Ramtron公司出品的型號(hào)為FM24C64/FM24C256的64/256KB非易失性鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器，可擦寫壽命為100億次，掉電數(shù)據(jù)保存10年，寫數(shù)據(jù)無延時(shí)，總線速度可以達(dá)到1MHz。
微控制器8是Freescale公司出品的型號(hào)為MC68HC908LJ24的支持ZigBee的嵌入式微控制器，8MHZ內(nèi)部總線頻率，768字節(jié)片內(nèi)RAM，24K片內(nèi)FLASH程序存儲(chǔ)器，具有在線編程能力和保密功能，運(yùn)行電壓比較低，功耗小，使用電池即可完成供電，其自帶實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊和LCD驅(qū)動(dòng)模塊，特別適用于智能儀表，微控制器8固化的程序包括多線程實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、ZigBee協(xié)議棧、數(shù)據(jù)安全層、應(yīng)用支持子層和ZigBee設(shè)備管理，負(fù)責(zé)安全，可靠的信息交換。
設(shè)有由微控制器8控制的支持ZigBee的無線通信模塊11，它通過SPI總線接口與微控制器8相連，并通過ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)2與數(shù)據(jù)監(jiān)控中心3相連，微控制器8通過支持ZigBee的無線通信模塊11接收數(shù)據(jù)監(jiān)控中心3的巡檢、查詢指令，向通斷電繼電開關(guān)6發(fā)布斷電或通電指令，并將采集的數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)監(jiān)控中心3匯整。
支持ZigBee的無線通信模塊11包括Freescale公司出品的型號(hào)為MC13192/1的雙向2.4GHz射頻數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器、時(shí)鐘電路，平衡與非平衡電路和天線，所述射頻數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器根據(jù)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，采用ZigBee技術(shù)，具有優(yōu)化的數(shù)字核心，有助于降低處理功率，縮短執(zhí)行周期，使用電池即可完成供電。
本發(fā)明提供DES、AES、SSF33空中加密算法，先編寫通過SPI接口控制MC13192/1射頻數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的驅(qū)動(dòng)程序，然后在其上完成ZigBee的MAC層開發(fā)。
固化的程序包括提供電能計(jì)量裝置計(jì)量、計(jì)費(fèi)、斷續(xù)電管理等服務(wù)的表計(jì)應(yīng)用程序，提供信息顯示服務(wù)的顯示應(yīng)用程序，提供RS485通信服務(wù)的通信應(yīng)用程序，提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)層參數(shù)進(jìn)行配置和訪問的ZigBee設(shè)備系統(tǒng)程序，它們共同使用802.15.4和ZigBee協(xié)議棧提供的服務(wù)。
本發(fā)明方法的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集包括常規(guī)電能數(shù)據(jù)采集發(fā)送、異常電能數(shù)據(jù)報(bào)告、電能計(jì)量裝置斷電報(bào)告，以及電能計(jì)量裝置通電報(bào)告。
如圖3所示的常規(guī)電能數(shù)據(jù)采集發(fā)送過程，依次有以下步驟
(1)每個(gè)電能計(jì)量裝置將采集的電能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在緩沖器內(nèi)等待發(fā)送；(2)在下一發(fā)送時(shí)隙前，如果有相同目標(biāo)地址的數(shù)據(jù)，就匯聚成數(shù)據(jù)包，按照自組織網(wǎng)絡(luò)的路由，將數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一個(gè)電能計(jì)量裝置節(jié)點(diǎn)；如果到達(dá)的不是網(wǎng)關(guān)，就按照路由表將數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一個(gè)電能計(jì)量裝置節(jié)點(diǎn)；如果到達(dá)的是網(wǎng)關(guān)，就由網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)包通過異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心。
如圖4所示的異常電能數(shù)據(jù)報(bào)告過程，依次有以下步驟(1)每個(gè)電能計(jì)量裝置將采集的電能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在緩沖器內(nèi)；(2)檢查數(shù)據(jù)是否呈遞減、增長(zhǎng)或異常波動(dòng)狀態(tài)；(3)如果電能計(jì)量裝置采集的電能數(shù)據(jù)呈異常波動(dòng)狀態(tài)，就形成狀態(tài)異常報(bào)告等待發(fā)送；(4)在下一發(fā)送時(shí)隙前，如果有相同目標(biāo)地址的數(shù)據(jù)，就匯聚成數(shù)據(jù)包，按照自組織網(wǎng)絡(luò)的路由，將數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一個(gè)電能計(jì)量裝置節(jié)點(diǎn)；如果到達(dá)的不是網(wǎng)關(guān)，就按照路由表將數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一個(gè)電能計(jì)量裝置節(jié)點(diǎn)；如果到達(dá)的是網(wǎng)關(guān)，就由網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)包通過異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心。
如圖5所示的電能計(jì)量裝置斷電報(bào)告過程，依次有以下步驟(1)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心通過異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送斷電指令給ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)；(2)按照自組織網(wǎng)絡(luò)的路由，由網(wǎng)關(guān)中繼將斷電指令發(fā)送到下一個(gè)電能計(jì)量裝置節(jié)點(diǎn)；(3)如果下一個(gè)電能計(jì)量裝置節(jié)點(diǎn)是目標(biāo)電能計(jì)量裝置，檢查是否已斷電，如果是，發(fā)送報(bào)告回傳數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，如果否，就執(zhí)行斷電；如果下一個(gè)電能計(jì)量裝置節(jié)點(diǎn)不是目標(biāo)電能計(jì)量裝置，按照自組織網(wǎng)絡(luò)的路由，繼續(xù)將斷電指令發(fā)送到再下一個(gè)電能計(jì)量裝置節(jié)點(diǎn)，直至發(fā)送到目標(biāo)電能計(jì)量裝置。
如圖6所示的電能計(jì)量裝置通電報(bào)告過程，依次有以下步驟(1)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心通過異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送通電指令給ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)；(2)按照自組織網(wǎng)絡(luò)的路由，由網(wǎng)關(guān)中繼將通電指令發(fā)送到下一個(gè)電能計(jì)量裝置節(jié)點(diǎn)；(3)如果下一個(gè)電能計(jì)量裝置節(jié)點(diǎn)是目標(biāo)電能計(jì)量裝置，檢查是否已通電，如果是，發(fā)送報(bào)告回傳數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，如果否，就執(zhí)行通電；如果下一個(gè)電能計(jì)量裝置節(jié)點(diǎn)不是目標(biāo)電能計(jì)量裝置，按照自組織網(wǎng)絡(luò)的路由，繼續(xù)將通電指令發(fā)送到再下一個(gè)電能計(jì)量裝置節(jié)點(diǎn)，直至發(fā)送到目標(biāo)電能計(jì)量裝置。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種支持ZigBee的電能數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于依次有以下步驟(1)每個(gè)支持ZigBee的電能計(jì)量裝置通電后，啟動(dòng)建立支持ZigBee的自組織網(wǎng)絡(luò)，包括每個(gè)支持ZigBee的電能計(jì)量裝置建立至ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)的路由，以及ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)建立至ZigBee網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)電能計(jì)量裝置的路由表；(2)每個(gè)支持ZigBee的電能計(jì)量裝置，通過其建立至ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)的路由，將采集的常規(guī)數(shù)據(jù)、異常狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸至ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)；(3)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心通過ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)到ZigBee網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)電能計(jì)量裝置的路由，向每個(gè)支持ZigBee的電能計(jì)量裝置發(fā)送巡檢、查詢指令，在匯整電能計(jì)量裝置的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和費(fèi)率信息后，對(duì)指定的電能計(jì)量裝置發(fā)送斷電或通電指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支持ZigBee的電能數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于所述建立支持ZigBee的自組織網(wǎng)絡(luò)是建立Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，由每個(gè)設(shè)有支持ZigBee的無線通信模塊的支持ZigBee的電能計(jì)量裝置形成有組織、有結(jié)構(gòu)、自形成、自恢復(fù)的多跳無線網(wǎng)絡(luò)，支持ZigBee的無線通信模塊具有路由功能，可以通過無線連接構(gòu)成任意的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，由網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)本身與本節(jié)點(diǎn)周圍的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的支持ZigBee的電能數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于所述支持ZigBee是支持ZigBee聯(lián)盟所主導(dǎo)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，采用IEEE 802.15.4作為其物理層標(biāo)準(zhǔn)，在其之上開發(fā)網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用接口協(xié)議，并提供產(chǎn)品測(cè)試和認(rèn)證。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的支持ZigBee的電能計(jì)量方法，其特征在于所述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)即通信信道，包括PSTN電話網(wǎng)絡(luò)、GSM/CDMA/3G無線網(wǎng)絡(luò)、IP網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi、Wi-Max、UWB無線寬帶網(wǎng)絡(luò)，以及光纖、xDSL、ISDN有線寬帶網(wǎng)絡(luò)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的支持ZigBee的電能計(jì)量方法，其特征在于所述每個(gè)支持ZigBee的電能計(jì)量裝置建立至ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)的路由，包括經(jīng)至少一個(gè)支持ZigBee的電能計(jì)量裝置或支持ZigBee的中繼器建立至ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)的路由。
6.一種支持ZigBee的電能計(jì)量裝置，直接安裝在用戶總進(jìn)線前端，包括設(shè)置在輸入端與輸出端之間逐級(jí)連接的分壓分流單元、電能計(jì)量單元、主控制單元和通斷電繼電開關(guān)，所述主控制單元包括帶非易失性存儲(chǔ)器的微控制器，以及微控制器的外圍電路，其特征在于所述微控制器是支持ZigBee的嵌入式處理器/控制器，固化的程序包括多線程實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、ZigBee協(xié)議棧、數(shù)據(jù)安全層、應(yīng)用支持子層和ZigBee設(shè)備管理，負(fù)責(zé)安全，可靠的信息交換；設(shè)有支持ZigBee的無線通信模塊，所述支持ZigBee的無線通信模塊由所述微控制器控制，通過SPI總線接口與所述微控制器相連，即支持ZigBee的無線通信模塊與電能計(jì)量單元合用主控制單元的微控制器；所述支持ZigBee的無線通信模塊通過ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)與數(shù)據(jù)監(jiān)控中心相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的支持ZigBee的電能計(jì)量裝置，其特征在于所述支持ZigBee的無線通信模塊是至少具有以下功能的無線通信模塊(1)有2.4GHz直接序列擴(kuò)頻通信方式；(2)低功耗設(shè)計(jì)；(3)有SPI接口；(4)有接收信號(hào)強(qiáng)度指示與鏈路質(zhì)量指示支持。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的支持ZigBee的電能計(jì)量裝置，其特征在于所述支持ZigBee的嵌入式處理器/控制器是至少具有以下功能的嵌入式處理器/控制器(1)有足夠容量存放ZigBee協(xié)議棧的RAM，且Flash程序區(qū)可自讀寫；(2)固化有用電指令接收、電量檢測(cè)、時(shí)段切換、電量運(yùn)行計(jì)算、存貯、用電數(shù)據(jù)發(fā)送，以及支持ZigBee組網(wǎng)通信程序，且有在線編程功能；(3)有包括中斷、復(fù)位的異?？刂乒δ埽?4)低功耗設(shè)計(jì)；(5)有EMS電磁防護(hù)功能。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的支持ZigBee的電能計(jì)量裝置，其特征在于所述ZigBee協(xié)議棧，包括提供MAC層和網(wǎng)絡(luò)層的服務(wù)、自動(dòng)形成多跳網(wǎng)絡(luò)路由和可自主控制的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，安全層提供系統(tǒng)的整體安全機(jī)制.保護(hù)MAC層、網(wǎng)絡(luò)或應(yīng)用層，應(yīng)用支持子層通過網(wǎng)絡(luò)層和安全層與端點(diǎn)相接，并為數(shù)據(jù)傳送、安全和綁定提供服務(wù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的支持ZigBee的電能計(jì)量裝置，其特征在于所述支持ZigBee的無線通信模塊與微控制器采用分立接插件結(jié)構(gòu)通過SPI總線接口相連。
全文摘要
一種支持ZigBee的電能數(shù)據(jù)采集方法和電能計(jì)量裝置，其特征在于采用支持ZigBee的嵌入式處理器/控制器，設(shè)有通過SPI總線接口與微控制器相連的支持ZigBee的無線通信模塊，支持ZigBee的無線通信模塊通過ZigBee與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)與數(shù)據(jù)監(jiān)控中心相連，微控制器通過其接收數(shù)據(jù)監(jiān)控中心的巡檢、查詢指令，向通斷電繼電開關(guān)發(fā)布斷電或通電指令，并將采集的數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)監(jiān)控中心匯整。免除了傳統(tǒng)抄表網(wǎng)絡(luò)的煩瑣的配置過程，由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備硬件價(jià)格低廉，不僅最大程度地降低了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本、人力和時(shí)間，而且允許組建容納多達(dá)六萬五千個(gè)電能計(jì)量裝置的高冗余節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，保證網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力和出錯(cuò)自恢復(fù)能力，在個(gè)別節(jié)點(diǎn)停止工作的情況下仍然可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)H04L12/28GK1874280SQ20061006112
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2006年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月14日
發(fā)明者秦毅 申請(qǐng)人:秦毅