专利名称：用电信息采集终端及方法
技术领域：
本发明涉及无线数据终端技术领域，具体涉及ー种用电信息采集终端及方法。
背景技术：
电カ用户用电信息采集系统是ー种电能信息采集、处理和实时监控系统，实现电能数据自动采集、计量异常和电能质量监测、用电分析和管理，具备相关信息发布、分布式能源的监控、智能用电设备的信息交互等功能。现有电力用户用电信息采集系统通常在逻辑上分为主站、通信信道、采集终端三个层面，如图I所示。其中
主站又分为营销采集业务应用、前置采集平台、数据库管理三部分，负责实现系统的各 种应用业务，负责电能信息的自动采集、存储、处理，同时提供各类电能信息与管理的各项应用功能。通信信道负责提供主站和采集終端之间进行信息交互的传输通道，包括各种可用的有线和无线的通信信道，主要采用的通信方式有光纤通信、无线通信和载波通信等。采集终端是负责各信息采集点的电能信息的采集、数据管理、数据双向传输以及执行或转发主站下发的控制命令的设备，采集终端按应用场所可分为专变采集终端、集中抄表终端(包括集中器、采集器)、远程多功能电表以及电能表等类型。其中，专变采集終端是专变用户电能信息采集终端，实现对专变用户的电能信息采集，包括电能表数据采集、电能计量设备エ况和供电电能质量监测，以及客户用电负荷和电能量的监控，并对采集数据进行管理和传输。具体地，专变采集終端能与电能表通信，按设定的抄收间隔抄收和存储电能表数据；专变采集終端能按主站命令的要求，定时或随机向主站发送终端采集和存储的功率、最大需量、电能示值、状态量等各种信息。集中抄表终端是对低压用户电能信息进行采集的设备，包括集中器、采集器。集中器是指收集各采集终端或电能表的数据，并进行处理储存，同时能和主站或手持设备进行数据交换的设备。所述手持设备又称手持抄表终端，是指能够近距离直接与单台电能表、集中器、采集器及计算机设备进行数据交换的设备。集中器能与主站通信，接收并响应主站的命令，向主站传送数据，并且集中器应能接收并转发主站命令对电能表进行数据采集和控制。采集器是用于采集多个电能表电能信息、并可与集中器交换数据的设备。采集器能与集中器进行通信，接收并响应集中器的命令，能按集中器设置的采集周期自动采集电能表数据，井向集中器传送数据。此外，采集器还应能分类存储数据，形成总及各费率正向有功电能示值等历史日数据，保存重点用户电能表的最近24小时整点总有功电能数据。远程多功能电表是指在现有的多功能电表的基础上增加远程通信功能的电能表，远程通信协议通常采用Q/GDW376. I协议。目前，随着通信技术的发展，提出了建设智能电网的需求。所谓智能电网，就是电网的智能化，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和測量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，以满足用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。电カ行业智能电网的建设需要宽带无线专网来提供高速双向通信，由于宽带无线技术具有集窄带话音和宽带数据为一体，具有高容量，覆盖范围大，高带宽，支持移动、切換和漫游并且安全等特点，成为了我国智能电网建设所采用的标准。相应地，该智能电网中的电カ用户用电信息采集系统就需要相应的采集終端能够接入宽带无线网络。而现有技术中的各种采集终端基本上都是基于GPRS (General Packet Radio Service,通用分组无线服务业务)公网的终端，不能接入宽带无线网络。
发明内容
发明目的针对现有技术的不足，本发明提供一种用电信息采集终端及方法，以实现采集終端到宽带无线网络的接入。
技术方案本发明所述的ー种用电信息采集终端，包括UART扩展模块，用于采集电カ用户设备的用电信息数据；主处理器，通过总线与所述UART扩展模块相连，用于获取所述UART扩展模块采集的用电信息数据，并对所述用电信息数据进行处理；存储模块，通过总线与所述主处理器相连，用于存储所述主处理器处理后的用电信息数据；射频模块，通过数字接ロ与所述主处理器相连，用于将所述主处理器处理后的用电信息数据通过宽带无线网络发送到主站，并接收来自主站的指令，将所述指令发送给所述主处理器，以使所述主处理器执行对应所述指令的操作。优选地，所述主处理器包括协议栈模块和基带处理模块；其中所述协议栈模块，用于对所述UART扩展模块采集的用电信息数据进行帧定界，剔出干扰数据和错误帧，并将正确帧中的用电信息数据保存到所述存储模块中和/或对所述用电信息数据重新打包并且传送到所述基带处理模块；所述基带处理模块，用于进行基带处理。优选地，所述协议栈模块，具体用于将所述正确帧中的用电信息数据转换为文件形式，并将转换后的用户信息数据保存到所述存储模块中；和/或将所述用电信息数据转换为与所述宽带无线网络相适应的协议帧格式，并将转换后的用户信息数据传送到所述基带处理模块。优选地，所述射频模块，还用于从主站接收或向主站发送语音信号；相应地，所述主处理器还包括语音处理模块，用于对所述语音信号进行编解码。优选地，所述射频模块，还用于接收主站发送的用于对所述用电信息采集终端进行集中管理的广播信息；相应地，所述主处理器还包括时钟管理模块，用于根据所述广播信息调整本地时钟。优选地，所述主处理器还包括调试端ロ，用于下载程序，将所述程序存储到所述存储模块中，并利用所述程序对所述用电信息采集终端进行调试。优选地，所述UART扩展模块包括以下任意一个或多个接ロ RS485接ロ、红外接□。可选地，所述用电信息采集终端还包括以下任意一下或多个模块状态指示模块，用于指示以下任意一种或多种状态电源状态、网络状态、通信状态、信号状态；电池管理模块，用于检测为所述用电信息采集终端提供电源的电池的电量，并在检测到所述电池的电量低于预定值后，通知所述主处理器控制对应电路为电池充电或在所述用电信息采集终端掉电之后按规定时间切断电池供电；液晶显示模块，通过PWM接ロ与所述主处理器相连，用于显示所述用电信息数据；本地通信模块，用于通过无线方式或载波方式接收其他用电信息采集终端发送的用电信息数据；模数转换模块，用于输入电カ用户设备的模拟电信号，并将所述模拟电信号转换为数字信号，并将所述数字信号传送给所述主处理器。ー种用电信息采集方法，包括采集电力用户设备的用电信息数据，并对所述用电信息数据进行处理；存储处理后的用电信息数据，和/或将所述用电信息数据通过宽带无线网络发送到主站。优选地，所述对所述用电信息数据进行处理包括对所述用电信息数据进行帧定界，剔出干扰数据和错误帧，获取正确帧中的用电信息数据。优选地，所述存储处理后的用电信息数据包括将所述正确帧中的用电信息数据以文件形式存储。 优选地，所述将所述用电信息数据通过宽带无线网络发送到主站包括对正确帧中的用电信息数据重新打包，并进行基带处理和射频处理后，通过宽带无线网络发送到主站。有益效果本发明采用的电信息采集终端及方法，通过在所述用电信息采集终端中设置射频模块，实现了終端与主站之间的宽带数据通信。
图I是现有电カ用户用电信息采集系统的逻辑结构示意 图2是本发明实施例用电信息采集终端在网络中的逻辑结构示意 图3是本发明实施例用电信息采集终端的一种结构示意 图4是本发明实施例用电信息采集终端的另ー种结构示意 图5是本发明实施例用电信息采集终端的另ー种结构示意 图6是本发明实施例用电信息采集终端的另ー种结构示意 图7是本发明实施例用电信息采集方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进ー步的解释。为了适应当前智能电网建设的需求，本发明提供的用电信息采集终端及方法，通过在所述用电信息采集终端中设置射频模块，实现终端与主站之间的宽带数据通信。如图2所示，是本发明实施例用电信息采集终端在网络中的逻辑结构示意图。其中，用电信息采集终端与主站之间通过宽带无线网络进行双向通信，所述宽带无线网络可以是基于 McWiLL (Multi-Carrier Wireless Information LocalLoop,多载波无线信息本地环路)技术的移动宽带无线接入网络，并且可以针对不同的电カ用户设备进行扩展，实现现有技术中专变采集終端、集中器及远程多功能电表等功能。如图3所示，是本发明实施例用电信息采集终端的一种结构示意图。在该实施例中，所述用电信息采集终端包括=UART扩展模块300、主处理器301、存储模块302和射频模块 303。其中UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用异步接收 / 发送)扩展模块300，用于采集电カ用户设备的用电信息数据；主处理器301，通过总线与所述UART扩展模块300相连，用于获取所述UART扩展模块300采集的用电信息数据，并对所述用电信息数据进行处理；存储模块302，通过总线与所述主处理器301相连，用于存储所述主处理器301处理后的用电信息数据；射频模块303，通过数字接ロ与所述主处理器301相连，用于将所述主处理器301处理后的用电信息数据通过宽带无线网络发送到主站，并接收来自主站的指令，将所述指令发送给所述主处理器301，以使所述主处理器301执行对应所述指令的操作。在本发明实施例的ー种优选结构中，所述主处理器301包括协议栈模块311和基带处理模块312 ;其中所述协议栈模块311，用于对所述UART扩展模块300采集的用电信息数据进行帧定界，剔出干扰数据和错误帧，并将正确帧中的用电信息数据保存到所述存储模块302中和/或对所述用电信息数据重新打包并且传送到所述基带处理模块312 ;所
述基带处理模块312，用于进行基带处理，比如，编解码、交织、扩频、基带滤波等操作，具体与现有技术相同，在此不再赘述。具体地，所述协议栈模块311，可以将所述用电信息数据转换为文件形式，并将转换后的用户信息数据保存到所述存储模块302中。另外，所述协议栈模块311，还可以将所述用电信息数据转换为与所述宽带无线网络相适应的协议帧格式，并将转换后的用户信息数据传送到所述基带处理模块312。另外，在本发明实施例中，所述射频模块303，还可用于从主站接收或向主站发送语音信号；所述主处理器301还可进一歩包括语音处理模块313，用于对语音信号进行编解码，具体地，对本地的语音信号进行编码、然后将编码后信号发送给基带处理模块312进行基带处理后，由射频模块303通过宽带无线网络发送到主站；对于射频模块303从主站接收的语音信号，由基带处理模块312处理后，由语音处理模块313对其进行解码，从而实现所述用电信息采集终端与主站的语音通ィ目。 在本发明实施例中，所述射频模块303，还用于接收主站发送的用于对所述用电信息采集终端进行集中管理的广播信息；相应地，所述主处理器301还可进一歩包括时钟管理模块(未图示)，用于根据所述广播信息调整本地时钟。实验证明，可以将时钟误差减小到20ms以内，同时，主站还可以利用广播功能实现对多个用电信息采集终端的集中同步控制。在实际应用中，所述主处理器301作为整个采集终端的控制和运算核心，可以采用ARM (Advanced RISC Machines) +DSP (Digital Signal Processing,数字信号处理)的双核处理器。其中，ARM主要实现高速控制，DSP主要实现各种通信算法和数字信号处理。可以在ARM和DSP中嵌入TCP/IP协议栈和Q/GDW376. 1\Q/GDW376. 2\DL/T645等多种电カ通信规约，以实现对采集数据的处理。另外，还可以嵌入用于广播指令解析的相关协议，以实现对所述射频模块303接收的来自主站的广播通知的解析。所述存储模块302可以包括OneNANDFlash、NORFlash 和 SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步动态随机存取存储器)等类型的存储器。FLASH用于存储程序和大量的采集数据，并将这些数据按照要求查询、修改、删除或添加，可以缓存升级程序，FLASH全部面向电カ用户开放。SDRAM主要满足运算需要，提高运算速度，SDRAM中的4MByte面向用户开放。所述射频模块303包括接收电路和发射电路，在所述接收电路中可以集成从低噪声带宽放大器输入到高精度I/Q输出的所有功能模块，在所述发射电路中可以集成从I/Q输入到射频输出的所有功能模块，还可以在所述射频模块303中集成压控振荡器和小数分频锁相环以及高精度的直流偏移校准电路，以满足在不同环境下的应用需求。在本发明实施例中，所述UART扩展模块可以包括以下任意ー个或多个接ロ RS485接ロ、红外接ロ。下面进ー步结合图3所示用户信息采集终端的结构详细说明其工作过程。当需要采集电力用户设备的用电信息数据时，首先由UART扩展模块300获取来自电能表或采集器的用电信息数据，然后通过UART扩展模块300提供的RS485接ロ，按照电カ通信协议将所述用电信息数据传送给主处理器301，主处理器301将这些数据按照一定的格式和要求进行处理，比如，按照实时数据、日数据、月数据和重点数据将其放置到不同的文件中，然后将这些文件保存到存储模块301中，以便于检索、查找、修改以及删除，提高存储效率，进而提高数据处理速度和处理能力。另外，还可以由UART扩展模块300提供的红外接ロ实现本地数据集抄、控制和采集功能。另外，主处理器301还可以以事件的形式处理所述用电信息数据，然后再按照Q/ GDW376. 1\Q/GDW376. 2\DL/T645等电カ规约，将所述数据按照一定的传输格式打包存储到所述存储模块302中，或者按照与所述宽带无线网络相适应的无线帧格式发送给射频模块303，以进行上行传输。射频模块303将收到的无线帧调制到合适频段，比如1785MHz 1805MHz频段，通过宽带无线网络将电力用户采集数据发送到主站。在本发明实施例中，所述射频模块303还可以接收来自主站的指令等控制信息，比如主站通过广播发送相应的指令。所述射频模块303收到该指令后传送给主处理器301的基带处理模块312，由基带处理模块312对其进行解析，获取相应的指令信息，主处理器301执行对应该指令的操作。本发明实施例用户信息采集终端可以接入宽带无线网络，实现了采集终端与主站之间的宽带无线数据传输，上下行数据速率可同时达到I. 6Mbps，大大高于现有的用电信息采集终端的数据速率(通常为20 30kbps)，而且实现了宽带无线通信、协议栈、数据存储、接ロ扩展等一体化设计，这样不仅降低了设备的成本，而且也提高了设备的稳定性，在生产过程中也更易于调试。在存储用电信息数据时，优选地以文件的方式对所存储的数据进行管理工作，便于面向应用，对数据的处理能力更强。另外，本发明实施例用户信息采集终端，可以嵌入不同的电カ通信规约，比如Q/GDW376. 1\Q/GDW376. 2\DL/T645等，从而实现相应的各种用电信息采集终端例如集中器、专变采集終端、远程多功能电表的功能。对此下面分别举例说明。如图4所示，是本发明实施例用户信息采集终端的另ー种结构示意图。在该实施例中，显示了所述用户信息采集终端作为远程多功能电能表中的通信模块的应用方式。与图3所示实施例相比，在该实施例中，所述主处理器301还包括以下任意ー个或多个端ロ 调试端ロ、外部RS-485端ロ。其中所述调试端ロ，用于下载程序，将所述程序存储到所述存储模块302中，并利用所述程序对所述用电信息采集终端进行调试。所述外部RS-485端ロ，可以用于采集多个外部电能表的数据。另外，在该实施例中，所述用户信息采集终端还可进ー步包括状态指示模块304，与所述主处理器301相连，用于指示以下任意一种或多种状态电源状态、网络状态、通信状态、信号状态。另外，在该实施例中，所述用户信息采集终端还可进一歩包括电池管理模块305，于检测为所述用电信息采集终端提供电源的电池的电量，并在检测到所述电池的电量低于预定值后，通知所述主处理器控制对应电路为电池充电或在所述用电信息采集终端掉电之后按规定时间切断电池供电。如图5所示，是本发明实施例用户信息采集终端的另ー种结构示意图。在该实施例中，显示了所述用户信息采集终端作为集中器的应用方式。与图3所示实施例相比，在该实施例中，所述用电信息采集终端还可进一歩包括液晶显示模块501，通过PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)接ロ与所述主处理器301相连，用于显示所述用电信息数据，比如当前功率、电压、电流、功率因数、电量等信息。在该实施例中，所述用电信息采集终端还可进一歩包括本地通信模块502，用于通过无线方式或载波方式接收其他用电信息采集终端发送的用电信息数据，并将这些信息传送给主处理器301，再由主处理器301对其进行处理，比如存储在本地或与本地采集的用电信息数据一起上传给主站。当然，图4所示的用户信息采集终端中所述的调试端ロ、外部RS-485端ロ，以及电池管理模块同样也可以应用于该实施例中。 如图6所示，是本发明实施例用户信息采集终端的另ー种结构示意图。在该实施例中，显示了所述用户信息采集终端作为专变采集终端的应用方式。与图3所示实施例相比，在该实施例中，所述用电信息采集终端还可进一歩包括模数转换模块601，用于输入电カ用户设备的模拟电信号，并将所述模拟电信号转换为数字信号，并将所述数字信号传送给所述主处理器301。当然，图4所示的用户信息采集终端中所述的调试端ロ、外部RS-485端ロ，以及电池管理模块同样也可以应用于该实施例中。可见，本发明实施例用电信息采集终端，可以针对不同的应用环境，实现各种用电信息采集终端例如集中器、专变采集終端、远程多功能电表的相应功能。而且实现了到宽带无线网络的接入问题，还进ー步解决了现有采集终端所没有解决的广播、以及DTE (DataTerminalEquipment，数据终端设备)与DCE(Data Communications Equipment,数据通信设备)一体化设计等技术问题。相应地，本发明实施例还提供了一种用电信息采集方法，如图7所示，是该方法的流程图，包括以下步骤
步骤701，采集电カ用户设备的用电信息数据，并对所述用电信息数据进行处理；
具体地，所述对所述用电信息数据进行处理包括对所述用电信息数据进行帧定界，剔出干扰数据和错误帧，获取正确帧中的用电信息数据。具体过程可參照前面的描述，在此不再赘述。步骤702，存储处理后的用电信息数据，和/或将所述用电信息数据通过宽带无线网络发送到主站。在存储所述用电信息数据时，可以采用文件的形式来保存这些数据，以方便对存储的数据进行管理，方面用户的应用，提高对数据的处理能力。如果需要将所述用电信息数据通过宽带无线网络发送到主站，则还要对所述正确帧中的用电信息数据重新打包，并进行基带处理和射频处理后，通过宽带无线网络发送到主站。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于ー计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如R0M/RAM、磁碟、光盘等。本发明提供了一种用电信息采集终端及方法的思路，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现 。
权利要求
1.一种用电信息采集终端，其特征在于，包括=UART扩展模块，用于采集电カ用户设备的用电信息数据；主处理器，通过总线与所述UART扩展模块相连，用于获取所述UART扩展模块采集的用电信息数据，并对所述用电信息数据进行处理；存储模块，通过总线与所述主处理器相连，用于存储所述主处理器处理后的用电信息数据；射频模块，通过数字接ロ与所述主处理器相连，用于将所述主处理器处理后的用电信息数据通过宽带无线网络发送到主站，并接收来自主站的指令，将所述指令发送给所述主处理器，以使所述主处理器执行对应所述指令的操作。
2.根据权利要求I所述的用电信息采集终端，其特征在于，所述主处理器包括协议栈模块和基带处理模块；其中所述协议栈模块，用于对所述UART扩展模块采集的用电信息数据进行帧定界，剔出干扰数据和错误帧，并将正确帧中的用电信息数据保存到所述存储模块中和/或对所述用电信息数据重新打包并且传送到所述基带处理模块；所述基带处理模块，用于进行基带处理。
3.根据权利要求2所述的用电信息采集终端，其特征在干，所述协议栈模块，具体用于将所述正确帧中的用电信息数据转换为文件形式，并将转换后的用户信息数据保存到所述存储模块中；和/或将所述用电信息数据转换为与所述宽带无线网络相适应的协议帧格式，并将转换后的用户信息数据传送到所述基带处理模块。
4.根据权利要求2所述的用电信息采集终端，其特征在于，所述射频模块，还用于从主站接收或向主站发送语音信号；所述主处理器还包括语音处理模块，用于对所述语音信号进行编解码。
5.根据权利要求2所述的用电信息采集终端，其特征在干，所述射频模块，还用于接收主站发送的用于对所述用电信息采集终端进行集中管理的广播信息；所述主处理器还包括时钟管理模块，用于根据所述广播信息调整本地时钟。
6.根据权利要求2所述的用电信息采集终端，其特征在于，所述主处理器还包括调试端ロ，用于下载程序，将所述程序存储到所述存储模块中，并利用所述程序对所述用电信息采集终端进行调试。
7.根据权利要求I所述的用电信息采集终端，其特征在于，所述UART扩展模块包括以下任意一个或多个接ロ RS485接ロ、红外接ロ。
8.根据权利要求I至7任一项所述的用电信息采集终端，其特征在于，还包括以下任意一下或多个模块状态指示模块，用于指示以下任意一种或多种状态电源状态、网络状态、通信状态、信号状态；池管理模块，用于检测为所述用电信息采集终端提供电源的电池的电量，并在检测到所述电池的电量低于预定值后，通知所述主处理器控制对应电路为电池充电或在所述用电信息采集终端掉电之后按规定时间切断电池供电；液晶显示模块，通过PWM接ロ与所述主处理器相连，用于显示所述用电信息数据；本地通信模块，用于通过无线方式或载波方式接收其他用电信息采集终端发送的用电信息数据；模数转换模块，用于输入电力用户设备的模拟电信号，并将所述模拟电信号转换为数字信号，并将所述数字信号传送给所述主处理器。
9.一种用电信息采集方法，其特征在于，包括采集电力用户设备的用电信息数据，并对所述用电信息数据进行处理；存储处理后的用电信息数据，和/或将所述用电信息数据通过宽带无线网络发送到主站；所述对所述用电信息数据进行处理包括对所述用电信息数据进行帧定界，剔出干扰数据和错误帧，获取正确帧中的用电信息数据；所述存储处理后的用电信息数据包括将所述正确帧中的用电信息数据以文件形式存储；所述将所述用 电信息数据通过宽带无线网络发送到主站包括对正确帧中的用电信息数据重新打包，并进行基带处理和射频处理后，通过宽带无线网络发送到主站。
全文摘要
本发明所述的一种用电信息采集终端，包括UART扩展模块，用于采集电力用户设备的用电信息数据；主处理器，通过总线与所述UART扩展模块相连，用于获取所述UART扩展模块采集的用电信息数据，并对所述用电信息数据进行处理；存储模块，通过总线与所述主处理器相连，用于存储所述主处理器处理后的用电信息数据；射频模块，通过数字接口与所述主处理器相连，用于将所述主处理器处理后的用电信息数据通过宽带无线网络发送到主站，并接收来自主站的指令，将所述指令发送给所述主处理器，以使所述主处理器执行对应所述指令的操作。
文档编号G01R22/06GK102692557SQ20111006735
公开日2012年9月26日 申请日期2011年3月21日 优先权日2011年3月21日
发明者张冠林, 朱广浩, 殷萍 申请人:朱广浩, 殷萍