专利名称：具有电能计量、多路分割集线及数据转发功能的采集器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于测量用户负载电压和电流时间积分的装置，特别
是涉及一种具有电能计量、多路分割集线及数据转发功能的采集器。
技术背景在电力系统日益发达的今天，居民装用电表量不断扩大，依靠人工进行
抄表任务日益繁重，线路运行考核的实时数据无法及时获得，客户负荷运行的状态更是无
法获知，电力系统管理无从谈起。因此，对电力线路运行负荷的数据接收、采集及其控制是
电力系统提高管理水平的关键。低压电力数据集抄技术的出现解决了人工抄表难的问题，
但没有从根本上解决电力系统的控制管理问题。现有技术低压电力数据集中抄表网络中的
采集器下行通道一般采用RS485异步通讯，在安装、运行中接入节点少，一个节点客户电能
表的通讯端口出现悬空开路、短路时难以发现故障点，以致影响整个电力网络的正常运行；
且现有采集器使用专用系统实现，功能单一，从而导致低压电力集中抄表网络大面积推广
应用存在一定难度。如专利号为01268037. 0的中国专利公开了一种名为"用电数据远程采
集集中器"的电力集抄系统的采集集中器，其用电数据远程采集集中器是将计量电度表通
过RS485通讯接口连接主机，由调制解调器控制主机与公用电话网连接，将计量数据通过
电话网传递到远程抄表总站。这种用电数据采集集中器存在需要占用额外安装空间和功能
单一的缺陷。再如专利号为01214379. 0的中国专利公开了一种名为"多用户分时计度电
量数据采集器"的电力集抄系统的数据采集器，其包括电表脉冲输入单元、电表脉冲处理单
元、时钟单元、存储单元、红外通讯单元及开关单元、串行总线单元、载波通讯单元、液晶显
示器、中央处理单元、关断控制单元、数据交换单元和电源单元，这种数据采集器同样存在
需要占用额外安装空间、功能单一的缺点，并且其接入节点少、上行通讯单元固化，在通讯
技术发展日新月异的今天，更换先进的通讯方式必须整体更换采集器，提高了升级成本。总
而言之，现有技术采集器存在以下不足之处 1、需要独立的安装位置，占用有限的现场安装空间； 2、网络节点扩展不便，安装不灵活； 3、可控制的电能表终端节点较少，成本较高； 4、功能单一 ； 5、在多路电能表终端通信出现某一路短路或开路(包括接线不良)的情况时，会
影响其他通道的通信，无法保证网络的正常运行； 6、通讯单元固化，升级更新需要更换整个采集器。 实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处
而提出一种具有电能计量、多路集线分割及数据转发功能的采集器。 本实用新型解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现 提出一种具有电能计量、多路分割集线及数据转发功能的采集器，包括电能计量
与数据处理单元、下行通讯单元、上行通讯单元和线路数据采集器MCU;所述电能计量与数
据处理单元、下行通讯单元和上行通讯单元分别与线路数据采集器MCU电连接；电能计量
与数据处理单元用于用户的电能计量；下行通讯单元具有RS485总线多路分割集线功能，
用于与用户的电能表连接进行数据通讯；上行通讯单元对下行通讯单元连接的电能表终端客户运行的数据进行接收、处理和发送；线路数据采集器MCU用于处理上行通讯单元与下行通讯单元、电能计量与数据处理单元与上行通讯单元之间数据接收、处理和发送。[0012] 与现有技术相比较，本实用新型具有以下有益效果[0013] 1、本身具有计量功能，可同时作电能表使用，功能增多； 2、可安装在现场已有的表箱中，不占用额外空间，不需要考虑改造现有表箱；[0015] 3、能接入更多网络节点，延长了通信距离，安装布线灵活； 4、在多路电能表终端通信出现某一路短路或开路(包括接线不良)的情况时，能控制该路处于关断模式并自动关闭相应通道，同时进行报警显示，不影响其他通道的通信； 5、上行通讯单元模块化，可在不更换采集器主体的情况下升级通讯单元，网络组网形式更加灵活。
图1是本实用新型采集器的电原理框图；[0019] 图2是所述采集器外观形状的轴测投影示意图；[0020]具体实施方式
以下结合附图所示之优选实施例作进一步详述。[0021] 如图1所示，本实用新型是一种具有电能计量、多路分割集线及数据转发功能的采集器，逻辑结构包括电能计量与数据处理单元210、下行通讯单元320、上行通讯单元330和线路数据采集器MCU 240 ;所述电能计量与数据处理单元210、下行通讯单元320和上行通讯单元300分别与线路数据采集器MCU 240电连接；电能计量与数据处理单元210用于用户的电能计量；下行通讯单元320具有RS485总线多路分割集线功能，用于与用户的电能表连接进行数据通讯；上行通讯单元330对下行通讯单元320连接的电能表终端客户运行的数据进行接收、处理和发送；线路数据采集器MCU 240用于处理上行通讯单元330与下行通讯单元320、电能计量与数据处理单元210与上行通讯单元330之间数据接收、处理和发送。所述电能计量与数据处理单元210包括交流信号采样单元211、ADC功率数据处理单元212、电表功能数据处理单元213和显示LCD 214，其中，交流信号采样单元211与ADC功率数据处理单元212电连接，ADC功率数据处理单元212与电表功能数据处理单元213电连接，电表功能数据处理单元213与显示LCD 214电连接，电表功能数据处理单元213与线路数据采集器MCU 240电连接，交流信号采样单元211对用户电能计量的电压、电流信号进行采样，然后将电压、电流信号送入ADC功率数据处理单元212进行模数转换，信号转换处理后送入电表功能数据处理单元213计算处理；电表功能数据处理单元213将用户电能消耗送入显示LCD 214显示， 以供用户和电力部门检查，同时和线路数据采集器MCU 240进行数据交换。[0023] 所述下行通讯单元320包括集线主控MCU 321、报警单元322、 RS485总线集线器323 ;其中，报警单元322、RS485总线集线器323分别与集线主控MCU 321电连接。RS485总线集线器323用于扩展连接多路并联并集线分割选通的电能表终端；集线主控MCU 321用于处理RS485总线集线器323连接的多路电能表终端数据以及与线路数据采集器MCU 240进行数据交换；报警单元322用于在任一路RS485总线集线器323连接的多路电能表终端出现短路或开路(包括接线不良)的情况下进行报警显示。RS485总线集线器323是多路并联分割选通的集线器，端口数为1至64路，即可接1至64路支持RS485总线通讯的电能表终端，通过对RS485通信信号的增强、转发，突破了协议节点数，能够方便地扩展网络的节点，延长通信距离；其每路端口具有600W浪涌保护及短路保护功能，能够有效抑制雷击、闪电、静电放电ESD。所述报警单元322包括1至64路发光二极管LED，并分别与集线主控MCU 321电连接，当任一路RS485电能表终端出现短路或者开路(包括接线不良)故障，集线主控MCU 321会控制报警单元322相应故障路线的发光二极管报警，并关闭相应RS485总线集线器323上的故障通道，从而将故障通道与其他通道隔离，不影响其他通道的通信，保证集抄网络的正常运行。 所述上行通讯单元3可根据具体需要使用电力线载波PLC单元331或短距离无线单元332与低压电力集抄网络中的集中器进行数据交换。电力线载波PLC单元331包括低压电力载波解调单元3311、低压电力载波调制单元3312、低压电力载波MCU 3313和低压电力载波发送/接收单元3314 ;其中，低压电力载波解调单元3311 、低压电力载波发送/接收单元3314分别和低压电力载波MCU 3313电连接；低压电力载波调制单元3312、低压电力载波发送/接收单元3314分别和低压电力载波MCU 3313电连接；低压电力载波MCU 3313与所述线路数据采集器MCU 240电连接。所述短距离无线单元332包括短距离无线主控MCU3321和短距离无线发送/接收单元3322，其中，短距离无线主控MCU 3321分别和短距离无线发送/接收单元3322、线路数据采集器MCU 240电连接进行数据交换。所述电力载波调制包括三种方案(l)调制类型移频键控FSK，63位直序列扩频通信；载波频率270KHz，带宽30KHz ;传输速率330bps ;中继能力3级中继深度。(2)调制类型二进制相移键控BPSK，15位直序列扩频通信；载波频率120KHz，带宽15KHz ;传输速率500bps ;中继能力4级中继深度。(3)调制类型二进制频移键控BPSK， 50位直序列扩频通信；载波频率421KHz，带宽8.8KHz ;传输速率150bps。所述短距离无线单元332使用achhoc无线网络，工作频段为470MHz 510MHz，最大发射功率为17dBm，数据速率为19. 2Kbps，接收灵敏度为-112dBm，0. 1% BER，工作占空比发射状态持续时间< 300msec。 本采集器使用时，根据前述逻辑结构，其物理结构设计如图2所示，为实现低压侧用户电能量数据的集中采集和传输，又要考虑现场已用表箱的改造，物理结构外形设计上与普通电能表外形一致，电能计量与数据处理单元210安装在表计和线路数据采集器主体200内部，使该采集器本身还能够作为电能表终端使用，这样设计可以将该采集器安装在已用表箱中，不占用多余的电表位置，同时，电能计量与数据处理单元210中的显示LCD 214用来显示用户的电能量消耗数据；对于新装表箱，安装空间考虑了采集器的位置后，也可以对用户计量部分即电能计量与数据处理单元210不用。下行通讯单元320中的主体部分，包括集线主控MCU 321、报警单元322和RS485总线集线器323内置在表计和线路数据采集器主体200内部，下行通讯单元320中用于连接电能表的RS485弓|线端子组3231设置在通讯模块300端钮座上，通讯单元300通过标准接口与表计和线路数据采集器主体200作电连接。上行通讯单元330内置在通讯模块300中，通过通讯模块300与表计和线路数据采集器主体200之间的标准接口完成与表计和线路数据采集器主体200中线路数据采集器MCU 240之间的数据交换。上行通讯单元330通过短距离无线和电力线载波PLC方式实现与低压电力集抄网络中集中器的数据交换，将其模块化设计可以根据具体的应用情况使用相应的通讯方式，并且在通讯技术升级的时候可以在不更换采集器的前提下完成通讯方式
6的升级和网络的更新，降低了升级成本。低压电力集中抄表网络中的集中器及后台主站系统与采集器的上行通讯单元330之间进行数据交换，实现集中抄表，实时透抄，以及配合终端电能表内的继电器执行远程通断电控制功能。
权利要求一种具有电能计量、多路分割集线及数据转发功能的采集器，其特征在于包括电能计量与数据处理单元(210)、下行通讯单元(320)、上行通讯单元(330)和线路数据采集器MCU(240)；所述电能计量与数据处理单元(210)、下行通讯单元(320)和上行通讯单元(330)分别与线路数据采集器MCU(240)电连接；电能计量与数据处理单元(210)用于用户的电能计量；下行通讯单元(320)具有RS485总线多路分割集线功能，用于与用户的电能表连接进行数据通讯；上行通讯单元(330)对下行通讯单元(320)连接的电能表终端客户运行的数据进行接收、处理和发送；线路数据采集器MCU(240)用于处理上行通讯单元(330)与下行通讯单元(320)、电能计量与数据处理单元(210)与上行通讯单元(330)之间数据接收、处理和发送。
2. 根据权利要求1所述的具有电能计量、多路分割集线及数据转发功能的采集器，其 特征在于按照逻辑存在描述的各功能单元，其物理存在包括表计和线路数据采集器主体 (200)和通讯模块(300);所述表计和线路数据采集器主体(200)包括电能计量与数据处 理单元(210)、下行通讯单元(320)的主体部分和线路数据采集器MCU(240)，所述通讯模块 (300)则包括上行通讯单元(330)和下行通讯单元(320)用于连接电能表的RS485引线端 子组(3231);它们彼此之间通过标准接口作电连接。
3. 根据权利要求1所述的具有电能计量、多路分割集线及数据转发功能的采集器，其 特征在于所述电能计量与数据处理单元(210)包括交流信号采样单元(211)、ADC功率数 据处理单元(212)、电表功能数据处理单元(213)和显示LCD(214)，所述交流信号采样单元 (211)与ADC功率数据处理单元(212)电连接，ADC功率数据处理单元(212)与电表功能数 据处理单元(213)电连接，电表功能数据处理单元(213)与显示LCD(214)电连接，电表功 能数据处理单元(213)与线路数据采集器MCU(240)电连接；交流信号采样单元(211)对 用户电能计量的电压、电流信号进行采样，然后将电压、电流信号送入ADC功率数据处理单 元(212)进行模数转换，信号转换处理后送入电表功能数据处理单元(213)计算处理；电表 功能数据处理单元(213)将用户电能消耗送入显示LCD(214)显示，以供用户和电力部门检 查，同时和线路数据采集器MCU(240)进行数据交换。
4. 根据权利要求1所述的具有电能计量、多路分割集线及数据转发功能的采集器， 其特征在于所述下行通讯单元(320)包括集线主控MCU(321)、报警单元(322)和RS485 总线集线器(323);所述报警单元(322)和RS485总线集线器(323)分别与集线主控 MCU(321)电连接；RS485总线集线器(323)用于扩展连接多路并联的电能表终端；集线主 控MCU(321)用于处理RS485总线集线器(323)连接的多路电能表终端数据以及与线路数 据采集器MCU(240)进行数据交换，在多路电能表终端通信出现某一路短路或开路，包括接 线不良的情况时，集线主控MCU(321)控制该路处于关断模式并自动关闭相应通道，不影响 其他通道的通信，从而分割和总线的联系，以保证网络的正常运行；报警单元(322)用于在 任一路RS485总线集线器(323)连接的多路电能表终端出现短路或开路，包括接线不良的 情况下进行报警显示。
5. 根据权利要求4所述的具有电能计量、多路分割集线及数据转发功能的采集器，其 特征在于所述报警单元(322)包括1至64路发光二极管LED，并分别与集线主控MCU(321) 电连接。
6. 根据权利要求4所述的具有电能计量、多路分割集线及数据转发功能的采集器，其特征在于所述RS485总线集线器(323)端口数为l至64路。
7. 根据权利要求1所述的具有电能计量、多路分割集线及数据转发功能的采集器，其 特征在于所述上行通讯单元(330)可使用电力线载波PLC单元(331)或短距离无线单元 (332)。
8. 根据权利要求7所述的具有电能计量、多路分割集线及数据转发功能的采集器，其 特征在于所述电力线载波PLC单元(331)包括低压电力载波解调单元(3311)、低压电力 载波调制单元(3312)、低压电力载波MCU(3313)和低压电力载波发送/接收单元(3314); 所述低压电力载波解调单元(3311)、低压电力载波发送/接收单元(3314)分别和低压电力 载波MCU(3313)电连接，所述低压电力载波调制单元(3312)、低压电力载波发送/接收单元 (3314)分别和低压电力载波MCU(3313)电连接，所述低压电力载波MCU(3313)与所述线路 数据采集器MCU(240)电连接。
9. 根据权利要求7所述的具有电能计量、多路分割集线及数据转发功能的采集器，其 特征在于所述短距离无线单元(332)包括短距离无线主控MCU(3321)和短距离无线发送 /接收单元(3322)，所述短距离无线主控MCU (3321)和短距离无线发送/接收单元(3322) 电连接；所述短距离无线主控MCU(3321)与线路数据采集器MCU(240)电连接。
10. 根据权利要求9所述的具有电能计量、多路分割集线及数据转发功能的采集器， 其特征在于所述短距离无线单元(332)使用ad-hoc无线网络，工作频段为470MHz 510MHz，最大发射功率为17dBm，数据速率为19. 2Kbps，接收灵敏度为_112dBm，0. 1 % BER， 工作占空比发射状态持续时间< 300msec。
专利摘要一种具有电能计量、多路分割集线及数据转发功能的采集器，包括电能计量与数据处理单元(210)、下行通讯单元(320)、上行通讯单元(330)和线路数据采集器MCU(240)；所述电能计量与数据处理单元(210)、下行通讯单元(320)和上行通讯单元(330)分别与线路数据采集器MCU(240)电连接；本实用新型本身具有计量功能，可同时作电能表使用，可安装在现场已有的表箱中，不占用额外的空间；能接入更多低压电力集中抄表网络节点，延长了通信距离，安装布线灵活；其上行通讯单元模块化，可在不更换采集器本体的情况下升级通讯单元，使低压电力集中抄表网络的组网形式更加灵活。
文档编号G01R22/10GK201489051SQ200920135180
公开日2010年5月26日 申请日期2009年3月6日 优先权日2009年3月6日
发明者王荣安, 蔡方辉 申请人:深圳浩宁达仪表股份有限公司