专利名称：一种电力机车智能无线抄表装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种智能抄表装置，尤其是涉及一种应用于电力机车的智能无线 抄表装置。
背景技术：
当前对电力机车耗能的记录一般依靠车载的电度表，而对电度表的抄取完全依靠 人工操作，即工作人员必须上车对电度表的读数进行抄取，以便随时了解电力机车的耗能 情况。这种人工抄表方法的主要缺点是效率低、劳动强度大，用电管理部门需配备大量人 员上车抄表。同时，由于人员的限制，用电管理部门不能随时方便地对电力机车的用电情况 进行掌握和管理。
发明内容本实用新型的目的是提供一种电力机车智能无线抄表装置，将机车用电抄表与网 络技术结合起来，以较好的解决过去人工抄表效率低，劳动强度大的缺点，加强了电力机车 用电管理，提高了效益。本实用新型具体提供了一种电力机车智能无线抄表装置，包括机车智能电度表 模块、车载GPRS发送模块和地面服务器模块，机车智能电度表模块记录电力机车电能使用 数据，机车智能电度表模块将电能使用数据传送至车载GPRS发送模块，车载GPRS发送模块 通过无线通讯方式将电能使用数据传送至地面服务器模块，各个路局的供电段和机务段通 过网络查询地面服务器模块的电能使用数据。作为本实用新型一种电力机车智能无线抄表装置进一步的实施方式，电力机车智 能无线抄表装置包括USB转储模块，USB转储模块与机车智能电度表模块相连，USB转储模 块用于下载和存储机车智能电度表模块的电能使用数据。作为本实用新型一种电力机车智能无线抄表装置进一步的实施方式，机车智能电 度表模块的智能电度表芯片通过TTL电平异步串口通讯方式与车载GPRS发送模块相连。作为本实用新型一种电力机车智能无线抄表装置进一步的实施方式，机车智能电 度表模块包括智能电度表芯片、电源模块、显示驱动器、数码显示模块、数据记录模块、USB 接口模块、脉冲输出模块、SCI接口模块、RS485接口模块、程序贮存器，电源模块为机车智 能电度表模块提供电源，数码显示模块通过显示驱动器与智能电度表芯片相连，数据记录 模块、USB接口模块、脉冲输出模块、程序贮存器与智能电度表芯片相连，无线模块通过SCI 接口模块与智能电度表芯片相连，列车运行信息综合模块通过RS485接口模块与智能电度 表芯片相连，智能电度表芯片采集电压取样信号和电流取样信号进行电能使用数据计算， 列车运行信息综合模块将时间数、公里标和机车参数通过RS485接口模块传送至智能电度 表芯片，智能电度表芯片将电能使用数据、时间数、公里标和机车参数通过SCI接口模块传 送至无线模块，再由无线模块传输至车载GPRS发送模块。作为本实用新型一种电力机车智能无线抄表装置进一步的实施方式，地面服务器模块包括数据接收模块，数据转贮模块，数据分类和存贮模块，数据查询模块和命令发送模 块，数据接收模块将从车载GPRS发送模块接收到的数据解包自动形成数据库；数据转贮模 块将可移动磁盘带来的主机记录数据并自动形成数据库；数据分类和存贮模块用于存贮包 括从列车运行信息综合模块传来的时间数、公里标和机车参数数据以及电能使用数据；数 据查询模块对电力机车的耗能情况按照日期或者月份进行查询，借助列车运行信息综合模 块的数据，分区间进行对用电情况进行查询；命令发送模块用于车载GPRS发送模块远程遥 控命令的发送。作为本实用新型一种电力机车智能无线抄表装置进一步的实施方式，智能电度表 芯片采用PL3201电能计量专用芯片。通过实施本实用新型具体实施方式
所描述的一种电力机车智能无线抄表装置，通 过应用通信、计算机和网络技术，实现了对机车的按机车、司机和按供电区间等的电量统 计，自动抄表。这大大方便了机务部门进行成本控制管理，可以在各个机务段独立安装。同 时在授权的情况下，远程计算机可查询数据。系统还具有网络功能，可以实现全路段机车电 能数据的共享。加强了电力机车用电管理，提高了效益。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本实用新型一种电力机车智能无线抄表装置的系统结构组成框图；图2是本实用新型一种电力机车智能无线抄表装置机车智能电度表模块的结构 组成框图；图3是本实用新型一种电力机车智能无线抄表装置地面服务器的程序结构示意 图；图4是本实用新型一种电力机车智能无线抄表装置机车智能电度表模块的程序 结构示意图；图5是本实用新型一种电力机车智能无线抄表装置机车智能电度表模块的结构 主视图；图6是本实用新型一种电力机车智能无线抄表装置机车智能电度表模块的结构 左视图；图7是本实用新型一种电力机车智能无线抄表装置车载GPRS发送仪模块的结构 主视图；其中1-安装盒，2-电路板组件，3-接线端子组件，4-电缆固定头，5-航空插座， 6-USB插座，7-航空插座二，8-滤波器，9-安装盒二，10-电源板组件，11-机车智能电度表 模块，12-车载GPRS发送模块，13-地面服务器模块，14-网络，15-路局供电段和机务段， 16-USB转储模块，17-GPRS模块，18-列车运行信息综合模块，21-数据接收模块，22-数据 转贮模块，23-数据分类和存贮模块，24-数据查询模块，25-命令发送模块，30-智能电度表 芯片，31-电源模块，32-显示驱动器，33-数码显示模块，34-数据记录模块，35-无线模块，36-USB接口模块，37-脉冲输出模块，38-SCI接口模块，39-RS485接口模块，40-程序贮存
ο
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部 的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提 下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。作为本实用新型一种电力机车智能无线抄表装置的具体实施方式
，如图1系统结 构组成框图所示的电力机车无线抄表智能系统包括车载装置和地面服务器两部分。其中车 载装置又进一步包括机车智能电度表模块11和车载GPRS发送模块12，地面服务器为地面 服务器模块13，机车智能电度表模块11记录电力机车电能使用数据，机车智能电度表模块 11将电能使用数据传送至车载GPRS发送模块12，车载GPRS发送模块12通过无线通讯方 式将电能使用数据传送至地面服务器模块13，各个路局供电段和机务段15通过网络14查 询地面服务器模块13的电能使用数据。如图2所示的机车智能电度表模块11进一步包括智能电度表芯片30、电源模块 31、显示驱动器32、数码显示模块33、数据记录模块34、USB接口模块36、脉冲输出模块37、 SCI接口模块38、RS485接口模块39、程序贮存器40。电源模块31为机车智能电度表模块 11提供电源，数码显示模块33通过显示驱动器32与智能电度表芯片30相连，数据记录模 块34、USB接口模块36、脉冲输出模块37、程序贮存器40与智能电度表芯片30相连，无线 模块35通过SCI接口模块38与智能电度表芯片30相连，列车运行信息综合模块18通过 RS485接口模块39与智能电度表芯片30相连，智能电度表芯片30采集电压取样信号和电 流取样信号进行电能使用数据计算，列车运行信息综合模块18将时间数、公里标和机车参 数通过RS485接口模块39传送至智能电度表芯片30，智能电度表芯片30将电能使用数据、 时间数、公里标和机车参数通过SCI接口模块38传送至无线模块35，再由无线模块35传输 至车载GPRS发送模块12。在一种典型的实施方式中，智能电度表芯片采用PL3201电能计量专用芯片，尤其 是PL3201C电能计量专用芯片。智能电度表电能计量专用芯片PL3201C主要包括电能计 量部分和微处理器(CPU)等部分。被测电压、电流量由各自的取样电路输入到电能专用集 成芯片PL3201C，经过放大电路放大，通过A/D转换器转换成为数字信号；接下来经过数字 滤波、移相以及相乘、积分等处理；最终得到有效的电能计量数据，从而完成对有功/无功 功率、瞬时电流和电压的有效值以及当前的交流频率值的计量和计算。在电能计量模块内 部与电压采样结果进行乘法处理，计算得到有功功率、无功功率。芯片微处理器部分内嵌的 增强型 8051 兼容微处理器，配置 8/16 位 ALU、256bytes+1024bytes SRAM 以及 16K bytes E2PR0M、三个8/16位定时/计数器，一个看门狗定时器以及三个外部中断。电能计量模块与 8051之间是并行通讯，通过寄存器以及中断进行控制。PL3201内部的嵌入式微处理器8051 可以通过特殊功能寄存器(SFR)地址直接访问电能计量模块内部的寄存器。在PL3201C中 提供8位8段LED扫描功能，外部加三极管驱动电路；LED显示可以使用共阴极接法。电能 计量专用芯片PL3201C是一种大规模集成电路，一般应用于民用电力抄表。把该芯片应用于电力机车智能电度表，可以大大降低电力机车智能无线抄表装置成本，并使电度表的电 磁兼容性得到改善，提高其抗干扰能力，防止乱码的产生，增加产品的可靠性。当车载GPRS发送模块12和机车智能电度表模块11的PCB板距离很近时，可直接 使用TTL电平的异步串口通讯，即车载GPRS发送仪直接与智能电度表芯片上的单片机进行 通讯。车载装置中的车载GPRS发送仪和地面服务器之间通讯采用GPRS无线方式，GPRS是 通用分组无线服务技术(General PacketRadio Service)的简称。GPRS和以往连续在频道 传输的方式不同，是以封包(Packet)方式来传输。电力机车智能无线抄表装置还可以进一步包括USB转储模块16，USB转储模块16 与机车智能电度表模块11相连，USB转储模块16用于下载和存储机车智能电度表模块11 的电能使用数据。记录的数据也可通过U盘等可移动磁盘进行数据转储，由地面分析处理 软件进行处理。如图3所示，地面服务器模块13由计算机和WINDOWS界面分析软件组成， 并进一步包括数据接收模块21，数据转贮模块22，数据分类和存贮模块23，数据查询模块 24和命令发送模块25，数据接收模块将从车载GPRS发送模块12接收到的数据解包自动形 成数据库；数据转贮模块将可移动磁盘带来的主机记录数据并自动形成数据库；数据分类 和存贮模块用于存贮包括从列车运行信息综合模块传来的时间数、公里标和机车参数数据 以及电能使用数据；数据查询模块对电力机车的耗能情况按照日期或者月份进行查询，借 助列车运行信息综合模块的数据，分区间进行对用电情况进行查询；命令发送模块用于车 载GPRS发送模块12远程遥控命令的发送。机车智能电度表芯片的主要技术性能参数有使用电路单相交流电路。输入信号电压AC 0 187. 5V (短时最大电压250V)(由25000V/150V的电压变
压器供给)。输入信号电流=AC 0 1. 2A(短时最大电流2. 3A)(由600A/1A的交流互感器供给)。信号频率50Hz。起动电流小于5mA。辅助电源电压DC110V(-30% +25% )。精度等级1级。功耗功耗小于21总重量1.9Kg士3%。外形尺寸(长X 宽 X 厚)252mmX 192mmX 143mm。车载GPRS发送仪的主要技术性能参数有发射功率Class4QW)at EGSM900Class I(IW) atDCS1800。工作电压DC1IOV (-30 % +25 % )。CSD最大传输速率14. 4KBP。外形尺寸(长X 宽 X 厚)208mmX 146mmX57mm。重量1.3Kg士3%。天线50ohm/SMA/Female。机车智能电度表的程序结构如图4所示，智能电度表程序结构主要分为数据采集、电能计算、电能显示、与TAX2 (—种国内电力机车领域的通用列车运行信息综合模块) 列车运行信息综合模块通讯、与车载GPRS发送模块通讯五部分。数据采集部分又分为电能 计量的方向判断、数据转换和存贮记录三部分。地面服务器电能统计分析软件以计算机终端作为运行平台，软件开发采用数据库 技术，将GPRS接收到的数据解包或U盘从车上智能电表系统转储下来的数据进行存储和处 理。地面处理软件的主要功能包括以下几个方面(1)将GPRS接收到的数据包解包自动形成数据库。(2)转储主机的记录数据，并自动形成数据库。机车回到机务段，司机通过U盘将 车上的数据带到地面，转存到计算机。转储完毕后，然后程序对数据进行处理，将系统信息 和电量信息分开并存储到数据库中，形成按机车分类存储的数据文件。(3)数据统计与查询，数据库中存储的数据包括了用于分析的从TAX2传来的数据 (时间、公里标、机车参数)以及电能的数据。基于VB(ViSual Basic)的统计分析软件取出 时间参数用于在横坐标方向绘图，取出其它各参数值用于纵坐标方向绘图。数据统计和查 询功能可用来对机车的耗能情况按照日期或者月份进行统计。借助于TAX2列车运行信息 综合模块的数据，也可按分区间进行用电统计，实现能耗分析。如图5和图6所示，机车智能电度表包括安装盒1、电路板组件2、接线端子组件3、 紧固式的电缆固定头4、航空插座5和USB插座6。如图7所示，车载GPRS发送仪模块包括航空插座二 7，滤波器8，安装盒二 9，电源 板组件10和GPRS模块17。经过测试表明，本实用新型能完全满足参数要求和应用要求。设计合理，具有高可 靠性、电磁兼容性好等优点。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和 润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种电力机车智能无线抄表装置，其特征在于包括机车智能电度表模块(11)、车 载GPRS发送模块(12)和地面服务器模块(13)，机车智能电度表模块(11)记录电力机车电 能使用数据，机车智能电度表模块(11)将电能使用数据传送至车载GPRS发送模块(12)，车 载GPRS发送模块(12)通过无线通讯方式将电能使用数据传送至地面服务器模块(13)，各 个路局的供电段和机务段通过网络(14)查询地面服务器模块(13)的电能使用数据。
2.根据权利要求1所述的一种电力机车智能无线抄表装置，其特征在于所述的电力 机车智能无线抄表装置包括USB转储模块(16)，USB转储模块(16)与机车智能电度表模块 (11)相连，USB转储模块(16)用于下载和存储机车智能电度表模块(11)的电能使用数据。
3.根据权利要求2所述的一种电力机车智能无线抄表装置，其特征在于所述机车智 能电度表模块(11)的智能电度表芯片通过TTL电平异步串口通讯方式与车载GPRS发送模 块(12)相连。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的一种电力机车智能无线抄表装置，其特 征在于所述的机车智能电度表模块(11)包括智能电度表芯片(30)、电源模块(31)、显示 驱动器(32)、数码显示模块(33)、数据记录模块(34)、USB接口模块(36)、脉冲输出模块 (37)、SCI接口模块(38)、RS485接口模块(39)、程序贮存器(40)，电源模块(31)为机车智 能电度表模块(11)提供电源，数码显示模块(33)通过显示驱动器(32)与智能电度表芯片 (30)相连，数据记录模块(34)、USB接口模块(36)、脉冲输出模块(37)、程序贮存器(40) 与智能电度表芯片(30)相连，无线模块(35)通过SCI接口模块(38)与智能电度表芯片 (30)相连，列车运行信息综合模块(18)通过RS485接口模块(39)与智能电度表芯片(30) 相连，智能电度表芯片(30)采集电压取样信号和电流取样信号进行电能使用数据计算，列 车运行信息综合模块(18)将时间数、公里标和机车参数通过RS485接口模块(39)传送至 智能电度表芯片(30)，智能电度表芯片(30)将电能使用数据、时间数、公里标和机车参数 通过SCI接口模块(38)传送至无线模块(35)，再由无线模块(35)传输至车载GPRS发送模 块(12)。
5.根据权利要求4所述的一种电力机车智能无线抄表装置，其特征在于所述的地面 服务器模块(13)包括数据接收模块(21)，数据转贮模块(22)，数据分类和存贮模块(23)， 数据查询模块(24)和命令发送模块(25)，数据接收模块将从车载GPRS发送模块(12)接收 到的数据解包自动形成数据库；数据转贮模块将可移动磁盘带来的主机记录数据并自动形 成数据库；数据分类和存贮模块用于存贮包括从列车运行信息综合模块传来的时间数、公 里标和机车参数数据以及电能使用数据；数据查询模块对电力机车的耗能情况按照日期或 者月份进行查询，借助列车运行信息综合模块的数据，分区间进行对用电情况进行查询；命 令发送模块用于车载GPRS发送模块(12)远程遥控命令的发送。
6.根据权利要求5所述的一种电力机车智能无线抄表装置，其特征在于所述的智能 电度表芯片采用PL3201电能计量专用芯片。
专利摘要本实用新型公开了一种电力机车智能无线抄表装置的具体实施方式
，包括机车智能电度表模块、车载GPRS发送模块和地面服务器模块，机车智能电度表模块记录电力机车电能使用数据，机车智能电度表模块将电能使用数据传送至车载GPRS发送模块，车载GPRS发送模块通过无线通讯方式将电能使用数据传送至地面服务器模块，各个路局的供电段和机务段通过网络查询地面服务器模块的电能使用数据。通过实施本实用新型所描述的技术方案，将机车用电抄表与网络技术结合起来，以较好的解决过去人工抄表效率低，劳动强度大的缺点，加强了电力机车用电管理，提高了效益。
文档编号G08C17/02GK201918007SQ20112000657
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者吴晓喜, 周培慧 申请人:株洲联诚集团有限责任公司