专利名称：一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种远程无线抄表装置，尤其涉及应用在小区，数据通过多层无线网络逐层上传，再经由小区终端通过有线方式传至帐务中心的一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器。
背景技术：
随着社会进步和城市建设的发展，居民小区规模日益扩大，由此水表读取逐渐成为一个突出的问题。
传统的抄表模式是由抄表人员挨家挨户入室进行用水的抄表记录，然后交收费部门开出用水账单寄给用户。上述的传统的抄表模式的主要不足在于，①用户与收费部门在时间上难以协调；②人工抄表不仅用人多并且费时费力；③上门入室抄表带来了安全上的隐患。
因此人们研究开发了自动抄表系统。在众多的不同方案的自动抄表系统中，无线传输模式因其无需布线、安装简便的优点而受到格外的重视。
如，中国专利号为ZL 96202204.7的专利公告中公开了一种多用户煤气、电、水表自动抄表装置，其特点是，它在每个用户仪表的转动位置安装一个用户数据采集单元，通过检测器件，将转动信号转换成电脉冲信号，对脉冲信号进行累计计数，再将每个数据采集单元汇总连接到一个数据集中处理单元；红外抄表器通过控制数据集中处理单元对每个数据采集单元的累计结果进行读取、清零；并且，红外抄表器通过输出接口将读取的数据向其他装置输出。上述自动抄表装置存在的缺陷是，其传输方式采用的是红外方式进行传输数据，由于红外具有传输距离短的特点，从而产生数据传输不稳定的缺陷。
又如，中国专利号为ZL 02200581.1的专利公告中公开了一种利用电话线的自动抄表装置，该装置包括用户端和管理端，用户端由水表、采集器、数据处理器组成，水表将数据传输给采集器，采集器与数据处理器通过无线方式传输数据，无线发射频率为400MHz左右，数据处理器与管理端通过电话线传输数据，实现自动抄表。该装置由于是利用电话线进行自动抄表，因此无线方式只局限在用户端范围，要求用户必须具有电话线的硬件条件。
如果利用空间的无线信道实现远距数据传送的，其优点不仅简单、方便，并且不需对现有的线路进行改动，而且传输频带较宽，通信距离长(一般几十公里，还可通过中继站延伸到更远)，尤其是避免布线入户、抄表入户，对旧城改造有着重要的实际意义。但这种系统面临着这样的一个问题无线数据传输存在着在建筑物对无线电信号的反射、吸收等作用下信号传输不稳定的问题，另外表具安装位置、空间干扰等也对数据传输的稳定工作有较大影响，同时也存在功耗等问题。如何很好地解决上述问题将对整个系统的优劣性起到很大的影响，因为系统中无论哪个模块一旦出现故障，它自己不具备及时反映具体问题的功能，于是系统就无法迅速确定故障位置乃至排除，这就使整个系统丧失了自检功能，很难保证系统能长期稳定的运行，并且不便于未来的维护。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器，它能根据以小区为基本应用对象的远程无线抄表系统的需求，将楼层的用户数据进行集中，提供远程无线抄表系统通过多层无线网络逐层上传，再经由小区终端通过有线方式传至帐务中心，从而实现远程无线自动抄表的目的。
本实用新型的目的是这样实现的一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器，包括电源单元、中央控制单元和射频单元，其特点是所述的电源单元由与AC交流输入连接的AC/DC变换器和与AC/DC变换器连接的DC-DC变换器组成；所述的中央控制单元与电源单元连接，中央控制单元包括，一控制电路、设置在控制电路输入端的接口电路、通过I2C总线与控制电路连接的时钟电路；所述的射频单元由通过SPI总线与中央控制单元中控制电路连接的射频电路、与射频电路连接的功率放大器、与功率放大器连接的天线组成。
在上述的一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器中，其中，所述的电源单元中的AC交流输入是220V交流输入；所述的AC/DC变换器采用的是型号为UU3的电源转换集成电路芯片，以将交流电变换为5V直流电；所述的DC-DC变换器采用的是型号为UU3的电源转换集成电路芯片，以将5V直流电变换为提供中央控制单元和射频单元所需的3.3V工作电源。
在上述的一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器中，其中，所述的中央控制单元中的控制电路由CPU集成电路芯片构成。
在上述的一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器中，其中，所述的由CPU集成电路芯片构成的控制电路采用的是型号为MSP430F149低功耗的16位RSIC结构的CPU集成电路芯片。
在上述的一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器中，其中，所述的中央控制单元中的接口电路由RS232转换集成电路构成；所述的时钟电路由RTC时钟集成电路芯片构成。
在上述的一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器中，其中，所述的射频单元中的射频电路由工作在433MZH且GFSK调制形式的型号为CC1020的射频集成电路芯片构成，该射频芯片通过SPI总线与中央控制单元中控制电路CPU通讯连接；所述的功率放大器由型号为RF2117的功率放大集成电路芯片构成。
在上述的一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器中，其中，所述的中央控制单元还包括，一与电源单元DC-DC变换器连接的电源切断电路，一与电源切断电路连接的后备电池；所述的电源切断电路由型号为UU2的电源转换集成电路芯片构成。
在上述的一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器中，其中，所述的中央控制单元中的控制电路包括，RTC时钟模块、参数申请模块、无线通讯模块、串口通讯模块、数据接收缓存模块、数据包拆分模块、数据存储模块、数据转发模块、数据组合打包模块、无线测试模块、命令解析模块、参数存储模块、参数设置模块、功率控制模块、数据发送存储模块；所述的RTC时钟模块分别与参数申请模块和数据转发模块双向连接；所述的参数申请模块以及数据转发模块、参数设置模块的输出端分别与数据组合打包模块的输入端连接；
所述的无线测试模块、命令解析模块、参数存储模块、参数设置模块顺序双向连接；所述的数据组合打包模块和无线测试模块的输出端分别与数据发送存储模块的输入端连接；数据发送存储模块的输出端分别与无线通讯模块和串口通讯模块的输入端连接；所述的无线通讯模块和串口通讯模块的输出端分别与数据接收缓存模块的输入端连接；所述的数据接收缓存模块、数据包拆分模块、数据存储模块、数据转发模块顺序双向连接；其中，数据包拆分模块还分别与命令解析模块和参数存储模块顺序双向连接；所述的功率控制模块的输出端与无线通讯模块连接；所述的无线通讯模块与天线连接。
本实用新型一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器，由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果本实用新型由于根据远程无线抄表系统的实际抄表需求，能有效接收楼层中的各水表数据并进行处理，是该系统的第一级传输接收环节，因此为系统的多层无线网络逐层上传奠定了基础；2.本实用新型由于设置了电源切断电路和后备电池供电，从而可在外部电源断电时，通过电源切断电路快速切断与外部电源的连接且立即用后备电池向时钟电路供电，由此可确保时钟电路提供控制电路正常时钟频率，从而可保证中央控制单元的数据不遗失。
通过以下对本实用新型一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本实用新型的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为图1是一种以小区为基本应用对象的远程无线抄表系统的总体结构及其原理的示意图；图2是本实用新型一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器的电路结构图；图3是图2中控制电路的框图；图4(a)是本实用新型楼层集中器数据的收集、上报及参数申请(数据上行)的流程图；图4(b)是本实用新型楼层集中器的参数设置、读取及安装测试(数据下行)的流程图。
具体实施方式
请参见图1所示，这是一种以小区为基本应用对象的远程无线抄表系统100的总体结构及其原理的示意图。这是根据目前对无线抄表系统的需求和需要重点解决的问题而发明的一种短距无线和有线连接方式相结合的以小区为基本应用对象的远程无线抄表系统，通过在小区范围内采用多层无线传输结构，数据逐级汇总到小区终端后利用有线网络将数据上报，从而实现无线远程抄表。
从图1可见，远程无线抄表系统100由水表101、楼层集中器102、楼栋集中器103、小区数据终端104、手持机105、帐务中心106、以及防火墙108、接收终端107组成。本实用新型楼层集中器是该系统中的第一级传输接收环节，同时是第二级传输的发射环节。
请结合图1参见图2所示，这是本实用新型一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器的电路结构图。本实用新型楼层集中器包括电源单元10、中央控制单元20和射频单元30。
所述的电源单元10由AC交流输入11、AC/DC变换器12以及DC-DC变换器13组成。其中，AC交流输入11为220V交流输入；AC/DC变换器12的输入端与AC交流输入11连接，AC/DC变换器12采用的是型号为UU3的电源转换集成电路芯片，用以将交流电变换为5V直流电；DC-DC变换器13与AC/DC变换器12连接，DC-DC变换器13采用的是型号为UU3的电源转换集成电路芯片，将5V直流电变换为提供中央控制单元20和射频单元30所需的3.3V工作电源。
所述的中央控制单元20通过与电源单元10连接得到工作电源。中央控制单元20包括，一控制电路21、设置在控制电路21输入端的接口电路22、通过I2C总线与控制电路21连接的时钟电路23；还包括，与电源单元10的DC-DC变换器13连接的电源切断电路24，以及，与电源切断电路24连接的后备电池25。其中，接口电路22用于接收楼层的各水表数据，并将所接收到的楼层的各水表数据经过转换后送至控制电路21；在本实施例中，接口电路22由RS232转换集成电路构成，以将楼层的各水表数据转换为控制电路21能接收的电平；控制电路21用以将接口电路22接收的楼层的各水表数据进行数据处理，并将处理后的楼层的各水表数据通过射频单元30发射出去，因此，控制电路21通常由具有处理功能的CPU集成电路芯片构成；在本实施例中，控制电路21采用的是型号为MSP430F149低功耗的16位RSIC结构的CPU集成电路芯片；控制电路21通过I2C总线与时钟电路23连接，在本实施例中，时钟电路23由RTC时钟集成电路芯片构成，以提供由CPU集成电路芯片构成的控制电路21工作的时钟频率；中央控制单元20还包括，与电源单元10的DC-DC变换器13连接的电源切断电路24、与电源切断电路24连接的后备电池25。电源切断电路24和后备电池25的设置是因为，上述的由RTC时钟集成电路芯片构成时钟电路23在正常工作时由系统的电源供电，若外部电源断电时，则由电源切断电路24快速切断与外部电源的连接且立即用后备电池25向时钟电路23供电，为此在本实施例中，电源切断电路24由型号为UU2的电源转换集成电路芯片构成，以确保时钟电路23提供控制电路21正常时钟频率，从而可保证中央控制单元20的数据不遗失。
所述的射频单元30通过SPI总线与中央控制单元20连接；射频单元30由射频电路31、功率放大器32和天线33组成；射频电路31通过SPI总线与中央控制单元20中控制电路21连接，在本实施例中，射频电路31由型号为CC1020的射频集成电路芯片构成，该射频集成电路芯片工作在433MZH且调制形式是GFSK制式；功率放大器32连接在射频电路31的输出端，在本实施例中，功率放大器32采用的是的型号为RF2117的功率放大集成电路芯片，功率放大器32功率放大集成电路芯片的输出端与天线33连接，由天线33将控制电路21处理后的楼层的各水表数据发射出去。
请参见图3所示，这是图3是图2中控制电路的框图。本实用新型本实用新型中央控制单元20中的控制电路21包括，RTC时钟模块2101、参数申请模块2102、无线通讯模块2103、串口通讯模块2104、数据接收缓存模块2105、数据包拆分模块2106、数据存储模块2107、数据转发模块2108、数据组合打包模块2109、无线测试模块2110、命令解析模块2111、参数存储模块2112、参数设置模块2113、功率控制模块2114、数据发送存储模块2115。
上述控制电路21的各模块的连接关系如下RTC时钟模块2101分别与参数申请模块2102和数据转发模块2108双向连接；参数申请模块2102以及数据转发模块2108、参数设置模块2113的输出端分别与数据组合打包模块2109的输入端连接；无线测试模块2110、命令解析模块2111、参数存储模块2112、参数设置模块2113顺序双向连接；数据组合打包模块2109和无线测试模块2110的输出端分别与数据发送存储模块2115的输入端连接；数据发送存储模块2115的输出端分别与无线通讯模块2103和串口通讯模块2104的输入端连接；无线通讯模块2103和串口通讯模块2104的输出端分别与数据接收缓存模块2105的输入端连接；数据接收缓存模块2105、数据包拆分模块2106、数据存储模块2107、数据转发模块2108顺序双向连接；其中，数据包拆分模块2106还分别与命令解析模块2111和参数存储模块2112顺序双向连接；功率控制模块2114的输出端与无线通讯模块2103连接；所述的无线通讯模块2103与天线33连接。
上述控制电路21的各模块的功能如下所述的RTC时钟模块2101分别与参数申请模块2102和数据转发模块2108双向连接；数据转发模块2108向RTC时钟模块2101设置数据转发的时间，当数据转发的时间到时，RTC时钟模块2101向数据转发模块2108发出数据转发信号；参数申请模块2102向RTC时钟模块2101设置参数申请的时间，当参数申请的时间到时，RTC时钟模块2101向参数申请模块2102发出申请参数的信号；所述的参数申请模块2102以及数据转发模块2108、参数设置模块2113的输出端分别与数据组合打包模块2109的输入端连接；当参数申请模块2102收到RTC时钟模块2101发出的参数申请信号时，参数申请模块2102将所需申请的参数发给数据组合打包模块2109；所述的无线通讯模块2103用以与水表以及楼栋集中器、手持机进行无线通讯，并完成数据的调制解调；无线测试模块2110、命令解析模块2111、参数存储模块2112、参数设置模块2113顺序双向连接；所述的串口通讯模块2104用以完成和手持机的有线通讯，包括参数的设置、修改、读取；所述的数据接收缓存模块2105用以将无线通讯模块2103、串口通讯模块2104接收到的楼层各水表数据存放到缓存区；所述的数据包拆分模块2106用以将数据接收缓存模块2105的缓存区中的数据解包拆分，并分离出数据及命令；所述的数据存储模块2107用以将数据包拆分模块2106分离出的数据进行分类并存储；所述的数据转发模块2108收到RTC时钟模块2101发出的数据转发申请信号，数据转发模块2108便在数据存储区将收集到需要转发的数据传递给数据组合打包模块2109；所述的数据组合打包模块2109将参数申请模块2102、数据转发模块2108、参数存储模块2112传递的数据根据协议分组打包，并存放到数据发送存储模块2115；所述的无线测试模块2110若接收到命令解析模块2111发送的无线测试命令，无线测试模块2110将测试数据打包存放到数据发送存储模块2115；所述的命令解析模块2111接收到数据包拆分模块2106发送的命令解析信号，命令解析模块2111根据解析出的命令决定是否做无线测试、参数存储或向水表设置参数；所述的参数存储模块2112进行并完成参数的分类存储；
所述的参数设置模块2113进行并完成对水表的参数设置；所述的功率控制模块2114根据接收到的信号强度RSSI值，调整无线通讯模块2103的射频输出信号功率；所述的数据发送存储模块2115缓存无线测试模块2110的测试数据和组合打包模块2109的数据；天线33接收无线通讯模块2103发送的信息，并完成射频信号的耦合及发射，使之达到与水表以及楼栋集中器、手持机的无线通讯。
请参见图4所示，这是本实用新型楼层集中器的流程图。楼层集中器的工作流程图分为“层集中器数据的收集、上报及参数申请(数据上行)”和“楼层集中器的参数设置、读取及安装测试(数据下行)”两部分。
请参见图4(a)所示，图4(a)是本实用新型楼层集中器数据的收集、上报及参数申请(数据上行)的工作流程图。楼层集中器数据的收集、上报及参数申请(数据上行)主要工作的内容是，楼层集中器收集多只水表的数据(水量信息、报警信息)，经过查错、筛选，分类存储；包括1.当接收的是水表数据时，将水表数据排序、分类，然后存储；当RTC上报数据的时间到时，楼层集中器将数据打包，再分组上报，经过无线传输，发送到楼栋集中器；2.当接收的是水表的报警信息时，则将报警信息分类存储；当RTC上报数据的时间到时，楼层集中器将报警信息打包、上报，经过无线传输，发送到楼栋集中器。
请参见图4(b)所示，图4(b)是本实用新型楼层集中器的参数设置、读取及安装测试(数据下行)的流程图。楼层集中器的参数设置、读取及安装测试(数据下行)主要工作的内容是，楼层集中器通过串口接收手持机的数据，通过无线接收手持机、楼栋集中器的数据，通过命令解析，按以下叙述处理1.参数设置楼层集中器接收手持机、楼栋集中器的参数设置，并将参数分类，再存储；2.参数读取楼层集中器接收手持机的参数读取命令，则楼层集中器将手持机所读取的参数打包，如果是无线接收的，通过无线传输；如果是通过串口接收的，则通过串口发送；3.安装测试楼层集中器接收的是手持机的安装测试命令，则将测试数据打包，通过无线传输发送给手持机。
由上述可知，本实用新型楼层集中器具有如下功能1.水表上报数据时，读取上报水量数据并设置水表参数；2.水表复位键激活时检测是否为本集中器管辖范围，返回应答及分配时间片；3.时间片池为20个时间片加5分钟集中器上报时间；设置时写入集中器，为绝对时间；4.在内置的上报时间片上报楼栋集中器数据及水表工作状态；5.上报数据时，接受参数设置和系统较时；6.保存2个月上报数据；7.交流供电，附加掉电保护电池，保证10天以上；8.看门狗；9.提供手持机接口用于功能检测及数据读取，可实现手持机模拟水表和集中器通信；10.接受手持机命令发送测试信号Beacon，以确定楼栋集中器安装位置；11.按键功能扩展。
综上所述，本实用新型一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器，由于能够根据远程无线抄表系统的实际抄表需求，能有效接收楼层中的各水表数据并进行处理，为系统的多层无线网络逐层上传奠定了基础；同时，由于设置了电源切断电路和后备电池供电，从而可在外部电源断电时，通过电源切断电路快速切断与外部电源的连接且立即用后备电池向时钟电路供电，由此可确保时钟电路提供控制电路正常时钟频率，从而可保证中央控制单元的数据不遗失。
权利要求1.一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器，包括电源单元(10)、中央控制单元(20)和射频单元(30)，其特征在于所述的电源单元(10)由与AC交流输入(11)连接的AC/DC变换器(12)和与AC/DC变换器(12)连接的DC-DC变换器(13)组成；所述的中央控制单元(20)与电源单元(10)连接，中央控制单元(20)包括，一控制电路(21)、设置在控制电路(21)输入端的接口电路(22)、通过I2C总线与控制电路(21)连接的时钟电路(23)；所述的射频单元(30)由通过SPI总线与中央控制单元(20)中控制电路(21)连接的射频电路(31)、与射频电路(31)连接的功率放大器(32)、与功率放大器(32)连接的天线(33)组成。
2.如权利要求1所述的一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器，其特征在于所述的电源单元(10)中的AC交流输入(11)是220V交流输入；所述的AC/DC变换器(12)采用的是型号为UU3的电源转换集成电路芯片，以将交流电变换为5V直流电；所述的DC-DC变换器(13)采用的是型号为UU3的电源转换集成电路芯片，以将5V直流电变换为提供中央控制单元(20)和射频单元(30)所需的3.3V工作电源。
3.如权利要求1所述的一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器，其特征在于所述的中央控制单元(20)中的控制电路(21)由CPU集成电路芯片构成。
4.如权利要求1或3所述的一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器，其特征在于所述的由CPU集成电路芯片构成的控制电路(21)采用的是型号为MSP430F149低功耗的16位RSIC结构的CPU集成电路芯片。
5.如权利要求1所述的一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器，其特征在于所述的中央控制单元(20)中的接口电路(22)由RS232转换集成电路构成；所述的时钟电路(23)由RTC时钟集成电路芯片构成。
6.如权利要求1所述的一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器，其特征在于所述的射频单元(30)中的射频电路(31)由工作在433MZH且GFSK调制形式的型号为CC1020的射频集成电路芯片构成，该射频芯片通过SPI总线与中央控制单元(20)中控制电路(21)CPU通讯连接；所述的功率放大器(32)由型号为RF2117的功率放大集成电路芯片构成。
7.如权利要求1所述的一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器，其特征在于所述的中央控制单元(20)还包括，一与电源单元(10)DC-DC变换器(13)连接的电源切断电路(24)，一与电源切断电路(24)连接的后备电池(25)；所述的电源切断电路(24)由型号为UU2的电源转换集成电路芯片构成。
8.如权利要求1所述的一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器，其特征在于所述的中央控制单元(20)中的控制电路(21)包括，RTC时钟模块(2101)、参数申请模块(2102)、无线通讯模块(2103)、串口通讯模块(2104)、数据接收缓存模块(2105)、数据包拆分模块(2106)、数据存储模块(2107)、数据转发模块(2108)、数据组合打包模块(2109)、无线测试模块(2110)、命令解析模块(2111)、参数存储模块(2112)、参数设置模块(2113)、功率控制模块(2114)、数据发送存储模块(2115)；所述的RTC时钟模块(2101)分别与参数申请模块(2102)和数据转发模块(2108)双向连接；所述的参数申请模块(2102)以及数据转发模块(2108)、参数设置模块(2113)的输出端分别与数据组合打包模块(2109)的输入端连接；所述的无线测试模块(2110)、命令解析模块(2111)、参数存储模块(2112)、参数设置模块(2113)顺序双向连接；所述的数据组合打包模块(2109)和无线测试模块(2110)的输出端分别与数据发送存储模块(2115)的输入端连接；数据发送存储模块(2115)的输出端分别与无线通讯模块(2103)和串口通讯模块(2104)的输入端连接；所述的无线通讯模块(2103)和串口通讯模块(2104)的输出端分别与数据接收缓存模块(2105)的输入端连接；所述的数据接收缓存模块(2105)、数据包拆分模块(2106)、数据存储模块(2107)、数据转发模块(2108)顺序双向连接；其中，数据包拆分模块(2106)还分别与命令解析模块(2111)和参数存储模块(2112)顺序双向连接；所述的功率控制模块(2114)的输出端与无线通讯模块(2103)连接；所述的无线通讯模块(2103)与天线(33)连接。
专利摘要本实用新型涉及一种用于远程无线抄表系统的楼层集中器，包括电源单元、中央控制单元和射频单元，其特点是电源单元由与交流输入连接的AC/DC变换器以及DC－DC变换器组成；中央控制单元包括控制电路、位于控制电路输入端的接口电路、通过I2C总线与控制电路连接的时钟电路；射频单元由通过SPI总线与控制电路连接的射频电路以及功率放大器和天线组成。本实用新型能根据远程无线抄表系统的抄表需求，有效接收楼层中各水表数据并进行处理，为系统的多层无线网络逐层上传奠定基础；并且可在外部电源断电时，通过电源切断电路快速切断与外部电源的连接且立即用后备电池向时钟电路供电，使时钟电路提供控制电路正常的时钟频率，从而保证中央控制单元的数据不遗失。
文档编号G08C17/00GK2779354SQ20052003955
公开日2006年5月10日 申请日期2005年2月5日 优先权日2005年2月5日
发明者赵玖德, 宋勇, 吴迈, 鲍士荣 申请人:上海自来水市北科技有限公司, 上海无线通信研究中心