一种基于UHF的远程电力信息采集系统及方法与流程

本发明涉及电力信息采集技术领域，尤其是涉及一种基于uhf的远程电力信息采集系统及方法。

背景技术：

目前当前供电企业的远程监控技术都采用gprs无线网络进行数据采集，但每月的sim流量包月费已经给企业带来不小的经济负担，也制约着刚起步的配电网远程监控技术的实施。如何拓展无线网络技术种类，采用最经济、最实惠和最稳定的技术组建配电网远程监控网络，是有必要进行深入研究。本课题主要针对目前供电企业普遍采用的电力载波出现数据采集不稳定性、gprs无线采集装置出现较高的sim卡包月费用等问题，本着拓展无线网络技术种类应用并构建分布广阔且地域环境较复杂的配电网远程监控技术的建设而实施，希望通过研究达到减少gprs无线采集装置的使用，做到减轻供电企业sim卡包月费用的目的。

中国专利公开号cn110224491a，公开日2019年09月10日，发明创造的名称为分布式配电网自动开关的监控装置、监控方法和监控系统，该申请案包括一种分布式配电网自动开关的监控装置，除了电路参数采集电路，开关量输入电路，通信接口，控制回路，继电器输出电路，与电路参数采集电路连接的信号采集电路，装置电源，以及分别与电路参数采集电路、开关量输入电路、通信接口、控制回路、继电器输出回路、信号采集电路和装置电源连接的控制器外，还包括功率方向元件和第一显示装置，其中，功率方向元件设于电路参数采集电路和控制器之间，可以将流经本地监控装置的电流方向信息传递给控制器，控制器将电流方向在第一显示装置上进行显示，有助于运维人员定位分布式配电网中的故障点。该申请案的通讯不能做到节省通讯费用的效果，也不能在发生故障和初次安装时使用移动终端对一些装置进行设置和读取数据。

技术实现要素：

本发明是为了克服现有技术的使用远程监控技术手段造成通讯费用高的问题，提供一种降低远程监控技术手段得通讯费用的基于uhf的远程电力信息采集系统及方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于uhf的远程电力信息采集系统，系统包括服务器、若干无线集中器、若干采集信息的无线采集器和移动终端，一个无线集中器无线连接若干无线采集器，无线集中器与服务器无线连接，无线集中器包括控制器、用于跟服务器无线通信的gprs通信电路和用于跟无线采集器通信的集中lora通信电路，控制器信息上报控制端连接gprs通信电路控制端，控制器信息收发端连接集中lora通信电路信息上传端，无线采集器包括mcu控制电路、采集信息的信息采集器、用于跟无线集中器通信的采集lora通信电路、与移动终端无线连接蓝牙通信电路和显示屏，mcu控制电路信息采集端连接信息采集器信号输出端，mcu控制电路信息上传控制端连接采集lora通信电路信息传送控制端，蓝牙通信电路信息收发端连接mcu控制电路蓝牙信息收发端，mcu控制电路视频信号输出端连接显示屏信号接收端。为使传统的无线电力数据采集系统的总体费用降低，各个无线采集器将不采用gprs通信方式，而采用远距离物联网无线通信技术和gprs技术结合的方式构建无线电力数据采集网络。其中，无线采集器采用远距离物联网无线通信技术lora，点对点通信距离可以达到一公里以上；采集的数据再汇集到一个无线集中器，集中器通过gprs通信方式将采集到的多个终端数据发送到服务器。这种系统是典型的星型网络，网络中心是一个uhf/gprs网关或集中器，uhf通信频段设置在470mhz～510mhz的免费频段，达到降低系统使用费用的目的。

作为优选，所述无线集中器还包括用于与移动终端无线连接的蓝牙集中通信电路，蓝牙通信电路信息收发端连接控制器蓝牙信息收发端，移动终端与服务器无线连接。蓝牙通信电路为以后与移动终端app的通信提供一种选择，将来可以通过移动终端app设置uhf的设备通信参数和系统参数，在发生故障时也可以直接使用移动终端读取uhf的设备通信数据和系统参数。

作为优选，所述无线集中器还包括用于定位的gps模块电路，gps模块电路位置信号输出端连接控制器位置信号接收端。gps模块电路可以为无线集中器提供位置信息，方便服务器读取无线集中器的位置，为维修故障和更改安装地点提供位置信息。

作为优选，所述信息采集器包括采集无线采集器温度和湿度的温湿度传感器和采集剩余电流动作断路器工作参数的485通信电路，温湿度传感器的信息输出端连接mcu控制电路温湿度信号采集端，485通信电路信号输出端连接mcu控制电路断路器工作参数信号采集端。采集温湿度信息，就可以监控线路的温湿度情况，在发生异常时及时掌握，避免发生损失，通过485通信电路采集剩余电流动作断路器的工作参数，就可以获知线路的电流、电压、剩余电流数据，为故障的发现和分析提供数据支撑。

作为优选，所述集中lora通信电路和采集lora通信电路均包括lora控制器、接收通道电路、发送通道电路、射频开关控制电路和天线，lora控制器无线信号发送端连接发送通道电路信号输入端，发送通道电路信号输出端连接射频开关控制电路发送信号接收端，射频开关控制电路信号外部收发端连接天线信号收发端，射频开关控制电路接收信号输出端连接接收通道电路输入端，接收通道电路信号输出端连接lora控制器无线信号接收端。lora无线通信技术适用于中远距离无线通信网络，通信距离远达数公里，抗干扰能力强，比现有的其它物联网无线通信方式更具优势，它的工作频段可以设置，在中国可以使用的免费uhf频段是430m～440mhz以及470m～510mhz，因此使用lora技术的优势非常明显。

作为优选，所述接收通道电路包括电容c20、电容c1、电容c21、电容c26、电感l4、电感l8、电感l1，电容c20第一端作为接收通道电路信号输出端，电容c20第二端接地，电感l4一端连接电容c20第一端，电感l4另一端接地，电容c1一端连接电容c20第一端，电容c1另一端连接电容c21第一端，电感l8与电容c1并联，电容c21第二端连接电容c26一端，电容c26另一端接地，电感l1与电容c26并联，电容c21第二端作为接收通道电路输入端。

作为优选，所述发送通道电路包括电阻r20、电阻r30、电容c39、电容c38、电容c18、电容c19、电容c24、电容c29、电感l5、电感l9、电感l10，lora控制器第一无线信号发送端rfo—lf连接电阻r20一端，电阻r20另一端连接电感l5第一端，lora控制器第二无线信号发送端pa—boost连接电阻r30一端，电阻r30另一端连接电感l5第一端，电感l5第二端连接lora控制器vr—pa端，电感l5第二端连接电容c39一端，电容c39另一端接地，电容c39与电容c38并联，电感l5第一端连接电容c18一端，电容c18另一端接地，电感l5第一端连接电容c19一端，电容c19另一端连接电容c24第一端，电容c24第二端连接电感l10一端，电感l10另一端接地，电感l9与电容c24并联，电容c24第二端连接电容c29第一端，电容c29第二端接地，电容c29第一端作为发送通道电路信号输出端。

作为优选，所述射频开关控制电路包括射频开关控制器、电阻r14、电阻r1、电容c30和电容c32，射频开关控制器rf1端作为射频开关控制电路接收信号输出端，射频开关控制器rf2端作为射频开关控制电路发送信号接收端，射频开关控制器rfc端连接电容c32第一端，电容c32第二端作为射频开关控制电路信号外部收发端，射频开关控制器ctrl端连接电阻r14第一端，电阻r14第二端连接mcu控制电路切换通道信号端或控制器切换通道信号端。

本发明还包括一种基于uhf的远程电力信息采集方法，采用以上所述的一种基于uhf的远程电力信息采集系统，方法包括以下步骤：

s1：服务器向无线集中器下发查询命令；

s2：控制器设置计时阈值，无线集中器将查询命令解析，获取要采集的无线采集器的编号，将查询命令进行安全处理后发送给无线采集器，控制器开启计时器；

s3：无线采集器将查询命令所需数据传送回无线集中器；

s4：控制器判断是否接收到无线采集器传送来的数据，若控制器接收到无线采集器传送来的数据，则开始步骤s6，否则开始步骤s5；

s5：控制器开始判断计时是否到达计时阈值，若控制器计时到达计时阈值，则返回步骤s4，否则控制器生成超时数据，无线集中器将超时数据传送到服务器；

s6：控制器将来自无线采集器的数据进行安全处理后，将来自无线采集器的数据发送到服务器。

作为优选，所述在服务器接收到来自无线集中器的超时数据，获取该无线采集器的编号，将该无线采集器的编号写进辅助查询命令中并发送给移动终端，移动终端解析辅助查询命令，获取无线采集器的编号，并通过蓝牙通信方式和该无线采集器建立连接，移动终端获取未传递给服务器的数据并传送给服务器，服务器判断是否通过无线集中器接收到该无线采集器的数据，若服务器判断通过无线集中器接收到该无线采集器的数据，则将通过无线集中器接收到该无线采集器的数据和通过移动终端接收到的该无线采集器的数据进行对比，若一致，则将该数据作为可信数据并存储，否则服务器向该无线采集器和该移动终端发出故障信号，在无线采集器进行安装时，移动终端与无线采集器建立蓝牙通信连接，移动终端通过蓝牙通信连接对无线采集器进行参数设置。

因此，本发明具有如下有益效果：(1)采用远距离物联网无线通信技术和gprs技术结合的方式构建无线电力数据采集网络，可以降低传统的无线电力数据采集系统的总体费用。其中，无线采集器采用远距离物联网无线通信技术lora，点对点通信距离可以达到一公里以上；采集的数据再汇集到一个无线集中器，集中器通过gprs通信方式将采集到的多个终端数据发送到服务器。这种系统是典型的星型网络，网络中心是一个uhf/gprs网关或集中器，uhf通信频段设置在470mhz～510mhz的免费频段，达到降低系统使用费用的目的；

(2)蓝牙通信电路为以后与移动终端app的通信提供一种选择，将来可以通过移动终端app设置uhf的设备通信参数和系统参数，在发生故障时也可以直接使用移动终端读取uhf的设备通信数据和系统参数；

(3)gps模块电路可以为无线集中器提供位置信息，方便服务器读取无线集中器的位置，为维修故障和更改安装地点提供位置信息；

(4)采集温湿度信息，就可以监控线路的温湿度情况，在发生异常时及时掌握，避免发生损失，通过485通信电路采集剩余电流动作断路器的工作参数，就可以获知线路的电流、电压、剩余电流数据，为故障的发现和分析提供数据支撑；

(5)lora无线通信技术适用于中远距离无线通信网络，通信距离远达数公里，抗干扰能力强，比现有的其它物联网无线通信方式更具优势，它的工作频段可以设置，在中国可以使用的免费uhf频段是430m～440mhz以及470m～510mhz，因此使用lora技术的优势非常明显。

附图说明

图1是本发明一种结构框图

图2是本发明一种无线集中器结构框图

图3是本发明一种无线采集器结构框图

图4是本发明一种集中lora通信电路和采集lora通信电路的电路图

图5是本发明一种流程图

图6是本发明一种结构拓扑图

图中：1.服务器，2.无线集中器，21.gprs通信电路，22.集中lora通信电路，221.lora控制器，222.接收通道电路，223.发送通道电路，224.射频开关控制电路，2241.射频开关控制器，225.天线，23.控制器，24.蓝牙集中通信电路，25.gps模块电路，3.无线采集器，31.mcu控制电路，32.信息采集器，321.温湿度传感器，322.485通信电路，33.采集lora通信电路，34.蓝牙通信电路，33.lcd显示屏，4.移动终端。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例：一种基于uhf的远程电力信息采集系统，如图1和图6所示系统包括服务器1、若干无线集中器2、若干采集信息的无线采集器3和移动终端4，移动终端可以为手机、电脑和平板电脑。本实施例中以三个无线集中器为例，一个无线集中器无线连接10个无线采集器，无线集中器与服务器通过gprs通信方式连接，如图2所示，无线集中器包括控制器23、用于跟服务器无线通信的gprs通信电路21、用于跟无线采集器通信的集中lora通信电路22、用于与移动终端无线连接的蓝牙集中通信电路24和用于定位的gps模块电路25，控制器采用stm32f103系列芯片，无线集中器stm32f103信息上报控制端连接gprs通信电路控制端，无线集中器stm32f103信息收发端连接集中lora通信电路信息上传端，如图3所示，无线采集器包括mcu控制电路31、采集信息的信息采集器32、用于跟无线集中器通信的采集lora通信电路33、与移动终端无线连接蓝牙通信电路34和lcd显示屏35，mcu控制电路也是stm32f103系列芯片，无线采集器stm32f103信息采集端连接信息采集器信号输出端，无线采集器stm32f103信息上传控制端连接采集lora通信电路信息传送控制端，蓝牙通信电路信息收发端连接无线采集器stm32f103蓝牙信息收发端。蓝牙集中通信电路信息收发端连接无线集中器stm32f103蓝牙信息收发端。gps模块电路位置信号输出端连接无线集中器stm32f103位置信号接收端。无线集中器内置了大容量锂电池和充电电路，可以由电池直接供电。无线采集器stm32f103视频信号输出端连接lcd显示屏信号接收端，lcd显示屏显示相关的工作参数，包括当前时间、电池电压、gprs连接状态、温湿度参数等。

信息采集器包括采集无线采集器温度和湿度的温湿度传感器322和采集剩余电流动作断路器工作参数的485通信电路321，温湿度传感器的信息输出端连接mcu控制电路温湿度信号采集端，温湿度传感器的设置位置可以由本领域技术人员根据本领域技术知识安装，485通信电路信号输出端连接无线采集器stm32f103断路器工作参数信号采集端，485通信电路与断路器的连接也是可以由本领域技术人员根据本领域技术知识连接。

如图4所示，集中lora通信电路和采集lora通信电路均包括lora控制器221、接收通道电路222、发送通道电路223、射频开关控制电路224和天线225，sx1278采用sx1278，sx1278无线信号发送端连接发送通道电路信号输入端，发送通道电路信号输出端连接射频开关控制电路发送信号接收端，射频开关控制电路信号外部收发端连接天线信号收发端，射频开关控制电路接收信号输出端连接接收通道电路输入端，接收通道电路信号输出端连接sx1278无线信号接收端。lora无线通信技术适用于中远距离无线通信网络，通信距离远达数公里，抗干扰能力强，比现有的其它物联网无线通信方式更具优势，它的工作频段可以设置，在中国可以使用的免费uhf频段是430m～440mhz以及470m～510mhz，因此使用lora技术的优势非常明显。

接收通道电路包括电容c20、电容c1、电容c21、电容c26、电感l4、电感l8、电感l1，电容c20第一端作为接收通道电路信号输出端，电容c20第二端接地，电感l4一端连接电容c20第一端，电感l4另一端接地，电容c1一端连接电容c20第一端，电容c1另一端连接电容c21第一端，电感l8与电容c1并联，电容c21第二端连接电容c26一端，电容c26另一端接地，电感l1与电容c26并联，电容c21第二端作为接收通道电路输入端。

发送通道电路包括电阻r20、电阻r30、电容c39、电容c38、电容c18、电容c19、电容c24、电容c29、电感l5、电感l9、电感l10，sx1278第一无线信号发送端rfo—lf连接电阻r20一端，电阻r20另一端连接电感l5第一端，sx1278第二无线信号发送端pa—boost连接电阻r30一端，电阻r30另一端连接电感l5第一端，电感l5第二端连接sx1278的vr—pa端，电感l5第二端连接电容c39一端，电容c39另一端接地，电容c39与电容c38并联，电感l5第一端连接电容c18一端，电容c18另一端接地，电感l5第一端连接电容c19一端，电容c19另一端连接电容c24第一端，电容c24第二端连接电感l10一端，电感l10另一端接地，电感l9与电容c24并联，电容c24第二端连接电容c29第一端，电容c29第二端接地，电容c29第一端作为发送通道电路信号输出端。

射频开关控制电路包括射频开关控制器2241、电阻r14、电阻r1、电容c30和电容c32，射频开关控制器采用pe4259，pe4259的rf1端作为射频开关控制电路接收信号输出端，pe4259的rf2端作为射频开关控制电路发送信号接收端，pe4259的rfc端连接电容c32第一端，电容c32第二端作为射频开关控制电路信号外部收发端，pe4259的ctrl端连接电阻r14第一端，电阻r14第二端连接无线采集器stm32f103切换通道信号端rx/tx—ctrl或无线集中器stm32f103切换通道信号端rx/tx—ctrl。

一种基于uhf的远程电力信息采集方法，采用以上所述的一种基于uhf的远程电力信息采集系统，方法包括以下步骤，如图5所示：

s1：服务器对所有无线采集器、无线集中器和移动终端进行编号，服务器向无线集中器下发查询命令；

s2：控制器设置计时阈值，计时阈值可以设为2分钟，无线集中器将查询命令解析，无线集中器解析命令，打包uhf查询命令，aes128加密命令包，生成crc校验，对命令包进行数据白化，获取要采集的无线采集器的编号，将查询命令进行安全处理后发送给无线采集器，控制器开启计时器；

s3：无线采集器将查询命令所需数据传送回无线集中器；

s4：控制器判断是否接收到无线采集器传送来的数据，若控制器接收到无线采集器传送来的数据，则开始步骤s6，否则开始步骤s5；

s5：控制器开始判断计时是否到达计时阈值，若控制器计时到达计时阈值，则返回步骤s4，否则控制器生成超时数据，无线集中器将超时数

据传送到服务器；

s6：控制器将来自无线采集器的数据进行安全处理后，安全处理是指将数据白化，进行crc校验，aes128解密命令包，将来自无线采集器的数据发送到服务器，过程为解析uhf数据包，提取数据，打包成gprs数据包，并加入无线集中器自身编号，通过gprs通信发送到服务器。

在服务器接收到来自无线集中器的超时数据，获取该无线采集器的编号，将该无线采集器的编号写进辅助查询命令中并发送给移动终端，移动终端解析辅助查询命令，获取无线采集器的编号，并通过蓝牙通信方式和该无线采集器建立连接，移动终端获取未传递给服务器的数据并传送给服务器，服务器判断是否通过无线集中器接收到该无线采集器的数据，若服务器判断通过无线集中器接收到该无线采集器的数据，则将通过无线集中器接收到该无线采集器的数据和通过移动终端接收到的该无线采集器的数据进行对比，若一致，则将该数据作为可信数据并存储，否则服务器向该无线采集器和该移动终端发出故障信号，在无线采集器进行安装时，移动终端与无线采集器建立蓝牙通信连接，移动终端通过蓝牙通信连接对无线采集器进行参数设置。

为使传统的无线电力数据采集系统的总体费用降低，各个无线采集器将不采用gprs通信方式，而采用远距离物联网无线通信技术和gprs技术结合的方式构建无线电力数据采集网络。其中，无线采集器采用远距离物联网无线通信技术lora，点对点通信距离可以达到一公里以上；采集的数据再汇集到一个无线集中器，集中器通过gprs通信方式将采集到的多个终端数据发送到服务器。这种系统是典型的星型网络，网络中心是一个uhf/gprs网关或集中器，uhf通信频段设置在470mhz～510mhz的免费频段，达到降低系统使用费用的目的。

蓝牙通信电路为以后与移动终端app的通信提供一种选择，将来可以通过移动终端app设置uhf的设备通信参数和系统参数，在发生故障时也可以直接使用移动终端读取uhf的设备通信数据和系统参数。

gps模块电路可以为无线集中器提供位置信息，方便服务器读取无线集中器的位置，为维修故障和更改安装地点提供位置信息。

采集温湿度信息，就可以监控线路的温湿度情况，在发生异常时及时掌握，避免发生损失，通过485通信电路采集剩余电流动作断路器的工作参数，就可以获知线路的电流、电压、剩余电流数据，为故障的发现和分析提供数据支撑。