专利名称：购电关口电能信息无线数传终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实现购电关口电能信息采集与无线传输的硬件终端设备，属于电
力系统电能信息采集自动化技术领域。
背景技术：
随着电力公司对购电关口计量的深化管理，要求能够实时的采集电厂购电关口电 能信息，但电力公司至电厂的远程通信网络通道的覆盖并不全面，特别是数量众多的非统 调电厂，基本上没有远程通信网络，这给电力公司实时采集电厂购电关口电能信息带来了 很大困难。 现阶段部分电厂采用电话Modem方式来实现数据采集，但Modem方式存在通信故 障率高、不稳定、不实时、通信费用高等缺点。 因此，针对电厂购电关口电能信息实时采集应用要求，有必要设计一种能实现电 厂购电关口电能信息实时采集，且不需铺设远程通讯网络，具有高可靠性、实时性和通讯费 用低的采集通讯设备。
发明内容
本发明的目的是利用遍布各地的GPRS无线通讯网络，合理配置嵌入式系统的硬 件资源，研制高实时性、高可靠性、低成本的"购电关口电能信息无线数传终端"，实现了电 厂购电关口电能信息的实时采集，提高电厂购电关口计量管理水平。 考虑到购电关口电能信息采集的高可靠性、高实时性、低成本的要求本发明以专 门为工控场合设计32位RISC微处理器ARM (Advanced RISC Machine)和支持GPRS无线网 络通讯的M0T0RULA高性能工业级G24-L芯片为基本硬件平台，开发了基于TCP/IP协议栈 的电能信息数据通讯与传输软件。 —种购电关口电能信息无线数传终端，其特征在于包括ARM CPU核心处理模块， 所述ARM CPU核心处理模块分别与GPRS通讯模块、RS485串行通信接口模块及存储模块相 连，所述RS485串行通信接口模块设置有与电能表的通讯接口，在所述ARM CPU核心处理模 块中设置有以下各功能模块 系统初始化模块用于以终端系统配置信息系统初始化系统，包括登陆和检测 GPRS网络、开始监听GPRS网络端口通讯、设置RS485串行通讯模块等； 系统配置模块用于接收、保存终端系统配置信息，包括GPRS通讯网络参数接入 点名称APN、 GPRS网络端口 ；RS485串行通讯参数默认模特率；数据传输参数传输延时、 重连时间等； 通讯报文处理模块通过同时控制GPRS网络通讯与RS485串口通讯，实现了采集 主站与电厂关口电能表之间的采集通讯报文的透明转发； GPRS网络管理模块用于每隔一定时间自检GPRS网络连接状况，如发现异常则主 动断开并重新建立连接，三次连接不成功后系统做复位操作并重新建立连接；
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所述GPRS通讯模块包括M0T0RULA高性能工业级G24-L模块、天线模块和SM卡 模块。 所述串行通信接口模块由ARM CPU自带的串行通信控制器UDP、USB端口构成一路 USB串行通道；标准串行通信控制器SCC0、RS232电平转换电路MAX203、三脚插座构成一路 RS232串行通道；串行通信控制器SCC1、RS485电平转换电路MAX485、两脚插座构成一路路 RS485串行通道；在串行通信控制器和对应的电平转换电路之间均设计高速光隔。
所述与电能表的通讯接口包括终端软件，用于根据接收的主站波特率变更指令， 动态变更RS485串行通信端口波特率。 从硬件角度看，按模块化方法设计，购电关口电能信息无线数传终端主要包括以 下模块ARM CPU核心处理模块、GPRS通讯模块、RS485串行通信接口模块和存储模块。其 中RS485串行通信接口模块提供与电能表的通讯接口，提供动态变更端口波特率功能支持 同时接入多块不同通讯波特率的电能表。 本发明通过合理规划硬件资源，研制了高实时性、高可靠性以及低成本的购电关 口电能信息无线数传终端，并基于专门的硬件芯片，采用统一的网络和规约体系，开发了相 应的应用软件，实现了购电关口电能信息的实时采集要求。发明取得了下列有益效果
(1)解决了无远程通讯网络电厂的购电关口电能信息实时采集与传输的问题
电力公司至电厂的远程通信网络通道的覆盖不全面，特别是数量众多的非统调电 厂，基本上没有远程通信网络，这给电力公司实时采集电厂购电关口电能信息带来了很大 困难。现阶段部分电厂采用电话Modem方式来实现数据采集，但Modem方式存在通信故障 率高、不稳定、不实时、通信费用高等缺点。购电关口电能信息无线数传终端在不需铺设远 程通讯网络的情况下实现了电厂购电关口电能信息实时采集与传输，解决了这一问题。
(2)降低了采集设备运维成本与通信费用 购电关口电能信息无线数传终端运行稳定可靠且成本低，比传统的Modem方式减 少了现场运维成本；GPRS无线通讯方式通讯费用低(目前30M包月5月)，比Modem方式大 大减少通讯费用(目前每两小时一次通讯的长途拨号费加电话月租费在每月200元以上)
(3)系统开放、配置灵活 硬件结构设计的RS485通信接口 ，用户可以根据需要共总线连接与采集多块不同 波特率的关口电能表。对于用户来讲，开放的系统、灵活的配置将有利于利用已有的软硬件 资源，节省投资和长期使用系统的方便。
(4)广泛的适用性 购电关口电能信息无线数传终端虽然最初是针对电厂购电关口电能信息实时采 集的需求而研制开发的，但由于其结构的灵活性、自身强大的通信能力，亦应用于点多面 广，无远程通讯网络，需要与远程自动化设备进行数据通讯与传输的场合，具有广泛的适用 性。
图1是购电关口电能信息无线数传终端采集与数据传输网络拓扑图
图2是购电关口电能信息无线数传终端硬件电路原理框图。
图3是购电关口电能信息无线数传终端硬件接口框图。
具体实施例方式
—、购电关口电能信息无线数传终端 购电关口电能信息无线数传终端按模块化设计方法，主要包括以下三大模块核 心处理模块、GPRS通信接口模块、串行通信接口模块。
1、核心处理模块 购电关口电能信息无线数传终端的核心处理模块包括中央处理器ARM CPU、同步 动态随机存取存储器、并行闪存、实时时钟和看门狗定时器等外围辅助电路，它们共同构成 一个基本的嵌入式系统。
2 、 GPRS通信接口模块 购电关口电能信息无线数传终端的GPRS通信接口模块包括支持GPRS无线网络通 讯的M0T0RULA高性能工业级G24-L模块、SIM卡模块、天线模块，它们共同构成GPRS通信 接口模块。 3、串行通信接口模块 购电关口电能信息无线数传终端的串行通信接口模块由ARM CPU自带的串行通信 控制器UDP、 USB端口构成一路USB串行通道；标准串行通信控制器SCC0、 RS232电平转换 电路MAX203、三脚插座构成一路RS232串行通道；串行通信控制器SCC1、RS485电平转换电 路MAX485、两脚插座构成一路路RS485串行通道；为了增强抗干扰能力，在串行通信控制器 和对应的电平转换电路之间均设计高速光隔。
二、购电关口电能信息无线数传终端软件体系 软件功能上，购电关口电能信息无线数传终端主要完成电能信息采集请求报文的 接收、请求报文转发与电能表回复报文的回传功能，终端通过同时控制GPRS网络通讯与 RS485串口通讯，实现了采集主站与电厂关口电能表之间的采集通讯报文的透明转发。同 时，终端支持GPRS无线网络的自动建立与中断恢复功能。 按"功能独立"的模块化设计基本原则，购电关口电能信息无线数传终端包括下 列模块系统初始化模块、系统配置模块、通讯报文处理模块、GPRS网络管理模块等。其中 GPRS网络管理模块每隔一定时间自检GPRS网络连接状况，如发现异常则主动断开并重新 建立连接，三次连接不成功后系统做复位操作并重新建立连接，这样保证了高可靠性并始 终在线。"购电关口电能信息无线数传终端"(以下简称无线数传终端)通过GPRS无线分 组业务网络来实现采集通信。厂站端电表通过RS485通信电缆与无线数传终端连接，由无 线数传终端建立GPRS无线网络与电力公司主站服务器相连，主站采集系统通过移动光纤 专线网路以TCP/UDP通信方式与电厂端无线数传终端进行通信，实时采集电能信息数据。
无线数传终端的内部功能划分为以下两部分。
1.购电关口电能信息采集功能 无线数传终端提供RS485通讯口与电厂端关口电能表进行数据通讯，终端支持同 时共总线接入与采集多块不同通讯波特率的电能表。 采集过程终端接收到采集主站的电能信息数据请求报文后，将报文通过RS485 通讯口转发至电能表，电能表回复数据报文后通过RS485 口发送给终端，终端再将回复报
5文上传至采集主站。 2.购电关口电能信息数据传输功能 无线数传终端通过GPRS无线分组业务网络来实现数据传输。终端可以采用TCP
或UDP方式接入GPRS网络，终端SM卡使用静态IP业务，即SIM卡绑定固定的IP且永久
在线，主站通过访问终端的GPRS网络IP地址与端口号与终端进行通讯。 数据传输过程终端上电时主动建立GPRS无线网络连接，并保证始终在线。电力
公司采集主站通过GPRS光纤专线实时发送电能信息请求报文至终端，终端接收后转发至
电能表，终端再将接收的电能表回复报文回送至采集主站，采集主站解析回复报文提取电
能信息数据，即完成了 一次电能信息采集通讯过程。、购电关口电能信息无线数传终端特点1)内嵌标准的TCP/IP协议栈，数据终端永远在线；2)支持全透明方式下多中心数据传输；3)支持根据域名和IP地址访问中心；4)软硬件看门狗设计，保证系统稳定；5)采用85V-265V电压，供电电源适应性更宽；6)抗干扰设计，适合电磁环境恶劣的应用需求；7)方便的系统配置和维护接口；8)支持串口软件升级和远程维护；9)终端提供一组RS485通信接口 ， 一组RS232通信接口 ，串口波特率支持范围从
300到115200，有奇校验、偶校验、无校验三种校验方式，数据位为6、7、8位，停止位为1、2位。 10)终端的串口通讯可以通过报文动态修改、并且在通讯停止一定时间后恢复初 始设置，以支持多个不同串口参数的电能表接同一个串口 11)终端可以通过串口或SOCK方式读取和配置终端参数，并可以发送复位命令。
12)终端可以设置厂家识别号、用户名及密码做辨识，可设置终端号(4位)辨识设 备的编号。 13)终端提供TCP和UDP两种连接协议，网络接入点(APN)支持CMNET、 C丽AP及
专线接入等方式，本地IP和本地端口由DHCP动态分配或运营商指定。 14)配置一帧最少通讯字节(0-255)和数据延时(0-255*255*5秒)以控制通讯流
量与通讯实时性，向采集中心传输时，每满最少通讯字节发一帧，如数据未满最少通讯字节
但累计到数据延时发一帧。 15)配置重新连接时间(0-255*255*5秒)，无数据断开时间(0-255*255*5秒)以 控制终端对网络资源的占用 16)终端完成一次数据传送大约需要1-2秒，读取一次数据在2. 5秒左右(视网络 情况)。 17)终端内部采用双循环队列缓冲区设置，可以连续收发数据，一帧数据最大为 1024个字节，缓冲区最大为4096个字节 18)GPRS网络断开重新连接时间、无数据断开时间< ±5秒(视网络情况)，转发 数据延时< 士5ms。
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以上仅以最佳实施例对本发明做进一步的说明，然其并非对本发明的限定，本发 明的保护范围以表示在权利要求的内容为准。
权利要求
一种购电关口电能信息无线数传终端，其特征在于包括ARM CPU核心处理模块，所述ARM CPU核心处理模块分别与GPRS通讯模块、RS485串行通信接口模块及存储模块相连，所述RS485串行通信接口模块设置有与电能表的通讯接口，在所述ARM CPU核心处理模块中设置有以下各功能模块系统初始化模块用于以终端系统配置信息系统初始化系统，包括登陆和检测GPRS网络、开始监听GPRS网络端口通讯、设置RS485串行通讯模块；系统配置模块用于接收、保存终端系统配置信息，包括GPRS通讯网络参数接入点名称APN、GPRS网络端口；RS485串行通讯参数默认模特率；数据传输参数传输延时、重连时间；通讯报文处理模块通过同时控制GPRS网络通讯与RS485串口通讯，实现了采集主站与电厂关口电能表之间的采集通讯报文的透明转发；GPRS网络管理模块用于每隔一定时间自检GPRS网络连接状况，如发现异常则主动断开并重新建立连接，三次连接不成功后系统做复位操作并重新建立连接；
2. 根据权利要求1所述的购电关口电能信息无线数传终端，其特征在于所述GPRS通 讯模块包括M0T0RULA高性能工业级G24-L模块、天线模块和SIM卡模块。
3. 根据权利要求1或2所述的购电关口电能信息无线数传终端，其特征在于所述串 行通信接口模块由ARM CPU自带的串行通信控制器UDP、 USB端口构成一路USB串行通道； 标准串行通信控制器SCC0、 RS232电平转换电路MAX203、三脚插座构成一路RS232串行通 道；串行通信控制器SCC1、 RS485电平转换电路MAX485、两脚插座构成一路RS485串行通 道；在串行通信控制器和对应的电平转换电路之间均设计高速光隔。
4. 根据权利要求1或2所述的购电关口电能信息无线数传终端，其特征在于所述与 电能表的通讯接口包括终端软件，用于根据接收的主站波特率变更指令，动态变更RS485 串行通信端口波特率。
全文摘要
本发明公开了一种购电关口电能信息无线数传终端，其特征在于包括ARM CPU核心处理模块，所述ARM CPU核心处理模块分别与GPRS通讯模块、RS485串行通信接口模块及存储模块相连，所述RS485串行通信接口模块设置有与电能表的通讯接口，在所述ARM CPU核心处理模块中设置有以下各功能模块系统初始化模块、系统配置模块、通讯报文处理模块、GPRS网络管理模块。本发明的购电关口电能信息无线数传终端在不需铺设远程通讯网络的情况下实现了电厂购电关口电能信息实时采集与传输。
文档编号G08C17/02GK101794502SQ201010101448
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月27日 优先权日2010年1月27日
发明者仲春林, 厉文婕, 张斌, 熊政, 谢林枫 申请人:江苏方天电力技术有限公司