专利名称：全无线网络化电力用户用电信息采集系统的制作方法
技术领域：
全无线网络化电力用户用电信息采集系统
技术领域：
本实用新型涉及一种自动抄表系统，特别涉及一种全无线网络化电力用户用电信 息采集系统。
背景技术：
传统的手工抄电表方式采用人工抄收电能表数据费时、费力，准确性和及时性得 不到保障，其不可避免地存在以下问题抄读数据存在误差，不能真实反映用户用电情况； 操作难以规范化，造成不明损失增加；数据采集不及时，无法实时反映系统状况，不能对用 户行为进行有效监控；耗费人工多、成本高、效率低。随着社会的不断发展，电力用户的增长 和一户一表工作的进一步推行，供电企业的抄表工作量大幅增加。而随着城市高层建筑的 不断增多和住宅小区物业化管理的加强，给电力员工抄表带来诸多阻碍和不便，这迫切需 要利用现代科技手段，解决电能表抄收工作中遇到的问题，提高用电管理水平。随着技术的发展，出现了远程自动抄表系统。自动抄表系统一般由电能表、集中 器、采集器、通信信道、主站管理系统组成。就通信信道而言，分为上行信道(主站与集中器 之间)和下行信道(集中器与数量庞大的采集器或电能表之间)。上行信道常采用光纤、电 话线、公网无线GPRS/CDMA等方式。近年来，随着移动数据网的大量应用，基于GPRS/CDMA 通信网的上行通道已迈入实用化阶段但从集中器到采集器或电能表的“最后一英里”的下 行信道是技术的瓶颈，主要原因在于“最后一英里”面临数量大、现场环境复杂(有时甚至 相当恶劣)、通信媒介质量低、成本压力大等一系列难题。低压电力用户集中抄表系统在国内已发展了十多年，但目前仍未大面积推广应 用，主要原因有以下几点1、抄表集中器与抄表采集器间通信存在问题采用有线的RS485 或现场总线存在布线不方便、易受自然及人为因素影响且维护工作量大等缺点；抄表集中 器与抄表采集器间采用电力线载波通信方式，由于电视机、变频空调、日光灯、电脑等非线 性负荷的大量使用，对电力线载波特别是扩频电力线载波信号产生负面影响，使其数据传 输不稳定；抄表集中器与抄表采集器间采用传统的433. 92MHz/10mW或470MHz/50mW无线通 信方案，自己编制软件实现网络路由及组织的通信协议。2、试运行暴露出的技术问题，特别 是系统的抗干扰问题，由于后期的运行维护和使用跟不上无法及时地反馈到生产单位，造 成系统推广应用后的失败。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种全无线网络化电力用户用电信息采 集系统，能够解决现有技术中手工抄收方式存在的费时、费力、准确性和及时性差的问题以 及远程自动抄表系统存在的现场布线不方便或者稳定性与可靠性得不到保障等问题。本实用新型是通过采用以下技术方案解决上述技术问题的全无线网络化电力用 户用电信息采集系统，包括主站、复数个一一对应装设在各小型区域的集中器、复数个装设 在各所述小型区域内的电能表附近并与至少一个电能表连接的采集器，还包括所述主站与
3各所述集中器之间的上行通信信道以及各所述集中器与各所述采集器之间的下行通信信 道，所述上行通信信道采用GPRS网络进行通信，其中，所述下行通信信道采用ZigBee通信 技术进行通信，各所述采集器内装设有ZigBee无线通信模块，各所述集中器和采集器内还 分别设有与所述ZigBee无线通信模块相对应使各所述集中器和采集器之间可进行通信的 ZigBee 接口。进一步地，所述集中器采用32位ARM7处理器作为主CPU。进一步地，所述采集器采用具有双串口的16位微处理器，所述采集器为可以同时 适用于通信型和脉冲型电能表的采集器。进一步地，所述ZigBee无线通信模块采用美国digi公司的XBee-PR0ZNet2. 5加 强型ZigBee无线通信模块，该模块采用Ember公司16位带无线通信功能的微处理器Ember 250，ZNet2. 5网络通信协议栈。进一步地，所述ZigBee无线通信模块采用2. 4GHz通信频点。进一步地，所述的集中器和采集器的硬件芯片均采用宽温、耐湿的工业级芯片。本实用新型所实现的全无线网络化电力用户用电信息采集系统具有如下优点采 用ZigBee无线网络作为抄表集中器与抄表采集器间的传输媒介，采用免申请的2. 4GHz通 信频点，信号穿透能力强，非路由情况下通信距离可达1000m，其所采用的网络协议具有自 动组织网络、自动路由、网络自愈等功能，可彻底解决抄表集中器与抄表采集器间的通信问 题；所述ZigBee无线通信模块在设计时充分考虑硬件的电磁兼容问题、软件的容错能力， 严格按照DL/T 698标准进行设计和生产，加强对试运行系统的跟踪改进，大大提高系统运 行的稳定性；所述采集系统的自动抄表集计算机技术、数字通信技术、计量技术于一体，具 有抄收速度快、数据准确、实时性好、可直接与营业计算机系统联网等突出优点。采用自动 抄表可以缓解抄表人员的劳动强度，降低人为因素造成的抄表误差，并能迅速地统计低压 线损，降低用电成本，同时对于加强用电管理，防止窃电，都具有积极的意义。
下面参照附图结合具体实施例对本实用新型作进一步的说明。图1是本实用新型所述的全无线网络化电力用户用电信息采集系统的结构示意 图。图2是本实用新型所述的集中器的结构框图。图3是本实用新型所述的采集器的结构框图。
具体实施方式结合图1-3所示，本实用新型所涉及的全无线网络化电力用户用电信息采集系 统，包括主站1、复数个集中器2、复数个采集器3、还包括所述主站1与各所述集中器2之 间的上行通信信道4以及各所述集中器2与各所述采集器3之间的下行通信信道5，各所 述集中器2 —一装设在各小型区域内，比如，每一居民小区装设一集中器2 ；各所述采集器 3装设在各所述小区每一栋楼的电能表6(简称电表)的附近，一个采集器3至少连接一个 电能表6，用于采集各电能表6的数据，比如每一居民小区根据电能表6的分布位置相应地 装设多个采集器3，所述上行通信信道4采用GPRS网络进行通信，所述下行通信信道5采用ZigBee通信技术进行通信，各所述采集器3内装设有ZigBee无线通信模块7，所述采集 器3和ZigBee无线通信模块7组成无线采集终端8，每一所述无线采集终端8与各电能表 6相连接，各所述集中器2和采集器3内还分别设有与所述ZigBee无线通信模块7相对应 使各所述集中器2和采集器3之间可进行通信的ZigBee接口 9。每一所述采集器3从与之 连接的各电能表6采集数据后，将数据通过下行通信信道5传输至相对应设置在所述小型 区域内的集中器2，实现小型区域内的无线的近距离数据传输，然后各集中器2将数据汇总 后通过上下通信信道4将数据传输至总站1，实现无线的远距离数据传输。所述集中器2采用32位ARM7处理器作为主CPU。所述采集器3采用具有双串口 的16位微处理器，所述采集器3具有可以同时适用于通信型和脉冲型电表的功能。所述 ZigBee无线通信模块7采用美国digi公司的XBee-PRO ZNet2. 5加强型ZigBee无线通信 模块，该模块采用Ember公司16位带无线通信功能的微处理器Ember 250，ZNet2. 5网络通 信协议栈。所述ZigBee无线通信模块7采用2. 4GHz通信频点。所述的集中器2和采集器 3的硬件芯片均采用宽温、耐湿的工业级芯片。本实用新型所述的全无线网络化电力用户用电信息采集系统的工作原理如下所 述系统主要由主站及装设在居民小区的低压电力用户抄表集中器和抄表采集器构成，主站 与各抄表集中器间的通信方式为GPRS，通信协议采用《DL/T 698. 41-200X电能信息采集与 管理系统，第4-1部分通信协议-主站与电能信息采集终端通信》，抄表集中器与抄表采 集器间采用ZigBee无线网络通信，通信协议为《DL/T 698. 42-200X电能信息采集与管理 系统，第4-2部分通信协议-集中器下行通信》；主站采用交换式以太网组网，可设置在小 区物业管理处或电力公司大楼，系统主站由前置通信机、Web服务器、GIS服务器、数据服务 器、GPS卫星对时系统及工作站等构成，其中前置通信机申请配置固定IP地址，采用移动 通信公司提供的2M光纤DDN专线，与GPRS网络相连，前置通信机与各抄表集中进行双向 数据通信，前置通信机接收抄表集中器发送的电能及相关数据，经解析后转存入数据服务 器，也可发送命令到各抄表集中器，前置通信机还可实现对各抄表集中器的远程维护；Web 服务器实现数据的网页发布，达到系统分析结果数据电力公司内共享的目的；数据服务器 用于存放历史数据，并进行分析和统计，数据服务器还实现对集中器，采集器及电能表等 台帐的完整准确管理；工作站实现对主站系统及集中器和采集器的维护工作，也可有权限 地查看、管理主站系统有关数据；GPS卫星对时系统，实现各集中器、采集器及主站系统时 间的一致性和正确性，提供电能量数据同时性的保障；为了满足抄表集中器的多任务和实 时性，尤其是外围扩展功能的要求，集中器采用飞利浦公司功能强大的32位ARM7处理器 LPC2200作为主CPU。抄表采集器采用美国MICROCHIP公司具有双串口的16位微处理器 PIC 24FJ64GA004，其通信接口及I/O 口可同时适用于通信型和脉冲型抄表采集器。抄表集 中器及采集器的结构分别如图2和3所示，硬件设计时充分考虑传导的和辐射的电磁騷扰 以及静电放电的影响，所述集中器上设有用于ZigBee通信技术的ZigBee接口、用于与主站 通信的GPRS接口、还包括用于调试的红外接口、调试接口等；所述采集器包括对应于脉冲 电表设置的16个脉冲接口、对应有通信接口的电表设置的RS485接口。本实用新型所述的采集系统采用以下关键技术来确保系统的先进性和可靠性1、抄表集中器与抄表采集器间可靠的通信技术采用专业从事工业无线和有线通信的美国digi公司的XBee-PR0ZNet2. 5加强型ZigBee无线通信模块。该模块采用Ember公司16位带无线通信功能的微处理器Ember 250,ZNet2. 5网络通信协议栈。网络层及应用层符合ZigBee联盟相关标准，可组成Mesh网 及星形网，其网络通信技术可靠成熟。2、主站与抄表集中器间可靠的通信技术GPRS通信方式容量大，实时性好。主站与抄表集中器之间采用全程TCP连接，保证 数据传输稳定可靠，即便有大量的抄表集中器连接也不影响数据的实时传输。实际应用中 传输速率可达40kbit/s ；主站接收数据前先进行安全认证，保证数据的安全。3、主站系统数据管理的规划主站的数据管理由大型关系型数据库实现，通过数据库使采集的电能量值、用户、 集中器、采集器及电表等建立一一对应关系。因此在定义该数据库时必须确保其完整和准 确，并且必须方便于刷新和修改；随着系统扩大，数据库须易于扩大，其中的记录必须能很 容易查询和核对。设计时采用统一标准的数据编码方式。4、抄表集中器和采集器的可靠性设计系统包含大量分散的抄表集中器和采集器，其运行的可靠性及可维护性是整个系 统的关键。所设计的抄表集中器和采集器的硬件芯片均采用宽温、耐湿的工业级芯片，采取 各种软件和硬件的抗干扰措施，保证抄表集中器和采集器的稳定运行，减少维护工作量。本实用新型所述的全无线网络化电力用户用电信息采集系统实现的主要功能 有(1)以GPRS通信方式与抄表集中器通信，采集各种电能数据，并提供统一的数据 输出模型；(2)采集各电能表的实时电能示值、日零点冻结电能示值、抄表日零点冻结电能示 值。单相电能表的冻结电能数据项为正向有功总电能示值、各费率的有功电能示值，三相电 能表的冻结电能数据项为正向有功总电能示值，正向有功尖、峰、平、谷四费率电能示值， 正向无功总电能示值。电能数据保存时带有时标；(3)系统提供采集数据完整性、正确性的检查和分析手段，发现异常数据或数据不 完整自动进行补采。提供数据修正手段，对错误数据、不可补采的数据进行统计分析处理 和事件记录，保证原始数据的唯一性和真实性。主站发现异常数据可按设置要求告警和提 示；(4)系统可以定期查询抄表集中器的一般事件或重要事件记录，并能存储和打印 相关报表；(5)系统具备通过WEB进行综合查询功能，满足生产、营销等部门的需求。能够按 照设定的操作权限，提供不同的数据页面信息及不同的数据查询范围；(6)系统通过统一的接口规范读取营销系统的用户档案、预购电信息等，向营销系 统提供电能计费用的电能表电能量数据等信息；(7)系统能对客户档案、设备档案进行分层分级管理。主站可实现从营销和其它系 统进行相关档案的批量导入和管理；(8)系统可实现抄表集中器档案录入和参数的设置及查询。
权利要求全无线网络化电力用户用电信息采集系统，包括主站、复数个一一对应装设在各小型区域的集中器、复数个装设在各所述小型区域内的电能表附近并与至少一个电能表连接的采集器，还包括所述主站与各所述集中器之间的上行通信信道以及各所述集中器与各所述采集器之间的下行通信信道，所述上行通信信道采用GPRS网络进行通信，其特征在于所述下行通信信道采用ZigBee通信技术进行通信，各所述采集器内装设有ZigBee无线通信模块，各所述集中器和采集器内还分别设有与所述ZigBee无线通信模块相对应使各所述集中器和采集器之间可进行通信的ZigBee接口。
2.根据权利要求1所述的全无线网络化电力用户用电信息采集系统，其特征在于所 述集中器采用32位ARM7处理器作为主CPU。
3.根据权利要求1所述的全无线网络化电力用户用电信息采集系统，其特征在于所 述采集器采用具有双串口的16位微处理器，所述采集器为可以同时适用于通信型和脉冲 型电能表的采集器。
4.根据权利要求1所述的全无线网络化电力用户用电信息采集系统，其特征在于所 述无线通信模块采用美国digi公司的XBee-PRO ZNet2. 5加强型ZigBee无线通信模块，该 模块采用Ember公司16位带无线通信功能的微处理器Ember 250，ZNet2. 5网络通信协议 栈。
5.根据权利要求1所述的全无线网络化电力用户用电信息采集系统，其特征在于所 述无线通信模块采用2. 4GHz通信频点。
6.根据权利要求1所述的全无线网络化电力用户用电信息采集系统，其特征在于所 述的集中器和采集器的硬件芯片均采用宽温、耐湿的工业级芯片。
专利摘要本实用新型提供了全无线网络化电力用户用电信息采集系统，包括主站、复数个一一对应装设在各小型区域的集中器、复数个装设在各所述小型区域内的电能表附近并与至少一个电能表连接的采集器，还包括所述主站与各所述集中器之间的上行通信信道以及各所述集中器与各所述采集器之间的下行通信信道，所述下行通信信道采用ZigBee通信技术进行通信，各所述采集器内装设有ZigBee无线通信模块，各所述集中器和采集器内还分别设有与所述ZigBee无线通信模块相对应使各所述集中器和采集器之间可进行通信的ZigBee接口。本实用新型所实现的采集系统具有抄收速度快、数据准确、实时性好、可直接与营业计算机系统联网等突出优点。
文档编号H04W84/18GK201757929SQ201020254868
公开日2011年3月9日 申请日期2010年7月12日 优先权日2010年7月12日
发明者杨耿杰, 赖安定, 郭谋发, 高伟 申请人:泉州科力电气有限公司