专利名称：基于无线传感网络的农村智能电网远程抄表系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及智能电网系统，具体地说是用于农村智能配电网建设的基于无线传感器网络的农村智能电网远程抄表系统。
背景技术：
电力远程抄表系统是目前配电网自动化系统的一项重要内容，也是目前配电网自动化系统中最为活跃的部分。而生活中三表的查对、收费等琐事往往带来很多麻烦。目前使用的抄表方式主要有人工读取表值再进行计价收费，此方式不仅对用户、收费单位而言都费时费力，而且也容易出现错误和纠纷，很难做到准确、轻松、便捷，与现今日益向网络化信息化方向前进的社会已显得十分不适应，目前暴露出一些突出的问题，包括手工抄表效率低下，存在多抄、漏抄、笔误、估表和抄表卡管理不善等问题，客观上为违法用电及非法窃电提供了方便，电力部门无法对现场的抄表工作进行有效的管理，因此如何解决抄表难、管理难的问题成为了广大供电企业一个比较紧迫的课题。此外就是在某些地方使用的IC卡记费方式，此方式需要经常换卡，频繁查费等；虽然也曾经提出过无线抄表、网络抄表等方式，但由于成本高，设备复杂以及技术不完善而无法真正应用和推广。而且现有的无线抄表装置中其发射、接收装置一般均采用集成化芯片来实现，而在实际应用中，由于发射装置的数量远远大于接收装置的数量，并且其功能要求相对要简单的多，因此全部使用价格昂贵、功能繁多的集成化芯片在很大程度上讲是成本和功能的双重浪费。对于用户分散，量大面广的小城镇和农村，由于资金和一次设备等种种原因，很难推广应用。
发明内容
本发明针对现有远程抄表系统无法推广应用到小城镇和农村的问题，提供了一种用于农村智能远程抄表、安全线路检测、电力防盗与一体的远程抄表系统。电表数据全自动采集，可以为电力行业提高工作效率和可靠性，节省人力资源，并且不必改装原本的用户电表，易于推广。为了实现上述目的，本发明提供了一种基于无线传感器网络的农村智能电网远程抄表系统，包括传感器节点、中转节点、汇聚节点和数据服务中心四部分，传感器节点随机部署在监测电表区域内并组成无线自组织网络，传感器节点监测的数据沿着无线自组织网络逐跳进行传输，经多跳后路由到汇聚节点，汇聚节点负责接收和处理无线自组织网络中各个传感器节点的数据，并能通过Internet或GPRS网络将数据送到数据服务中心进行集中处理，工作人员可以通过Internet访问传感器节点采集的信息，并可以对无线自组织网络进行配置和管理，数据服务中心将用户消费电量情况、缴纳电费信息及时通过短信告知用户。所述传感器节点包括CC2530处理器、传感器模块、天线、电源以及功率放大模块，传感器模块用于采集电度表计的数据，传感器模块将采集的数据通过功率放大模块的放大，再传给CC2530处理器进行下一步处理，CC2530处理器先把采集的数据信号进行模数转换，然后进行处理，处理后的数据由天线发出，电源模块主要对系统供电。所述中转节点包括CC2530处理器、天线、RF功率放大模块以及存储器，RF功率放大模块设置在CC2530处理器与天线之间。所述汇聚节点一方面通过无线自组织网络与传感器节点通信，另一方面通过GPRS网络或Internet网与数据管理中心通信，所述汇聚节点主要由CC2530处理器、ARM芯片、GPRS模块、以太网接口、FLASH程序存储器、SDRAM数据存储器、电源及复位模块组成，无线自组织网络为Zig-Bee网络，CC2530处理器利用Zig-Bee网络同传感器节点或中转节点进行通信，ARM芯片为汇聚节点的微处理器，它的串口同GPRS模块相连，GPRS模块利用SM卡提供GPRS网络服务，复位模块用于提供手动复位。所述数据管理中心包括数据分析处理单元、监控单元、数据库平台、管理单元、数据传输接口，数据库平台包括用户用电量数据，用户相关信息及每个传感器节点、汇聚节点、ID对应的地理位置等信息，统管理单元包括用户用电量低度数、用户已缴费用、用户欠费等相关信息，管理单元调用数据库平台用户相关信息，在特定的时间内将用户用电量、费用等信息以短信的方式告知用户，数据传输接口用于接收汇聚节点通过GPRS网络或Internet网络传输的数据，在数据库平台下通过数据处理单元分析处理，在监控单元显示远端无线传感网络实时数据、远端节点、线路运行情况。传感器节点之间、传感器节点与中转节点之间之间以及传感器节点与汇聚节点之间采用IEEE 802. 15. 4协议作为无线传感器网络通信的协议标准。本发明的显著效果是融合了远程抄表、线路与设备检测、电力防盗等功能，开创了农村智能配电网建设与检测的新模式，实现了以低成本、高效、可靠远程抄表、线路安全检测、电力防盗等功能。该系统将传感器节点任意部署在监测区域内，通过自组网的方式构成传感器网络；每个节点采集的电表数据经过多跳的方式路由到汇聚节点；汇聚节点将数据经过初步处理后存储到数据中心；远程用户可以通过Internet访问数据中心的数据，并可进行远程任务控制。
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中图1是本发明的整体电路原理图；图2是传感器节点的电路原理图；图3是中转节点的电路原理图；图4是汇聚节点的电路原理图；图5数据管理中心的原理图；图6是本发明的汇聚节点工作流程具体实施例方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。如图1 5所示，该基于无线传感器网络的农村智能电网远程抄表系统包括传感器节点、中转节点、汇聚节点和数据服务中心四部分。传感器节点随机部署在监测电表区域内，以自组织的方式构成网络。节点监测的数据沿着传感器节点逐跳地进行传输，经多跳后路由到汇聚节点，汇聚节点负责接收和处理网络中节点的信息，并能通过Internet或GPRS网络将数据送到数据管理进行集中处理。工作人员可以通过Internet访问传感器节点采集的信息，并可以对传感器网络进行配置和管理。数据管理中心将用户消费电量情况、缴纳电费等信息及时通过短信告知用户。在本发明的一个实施例中该无线传感网络核心芯片CC2530选择TI公司的CC2530-F256。分别带有256KB的闪存空间；它整合了全集成的高效射频收发机及业界标准的增强型8051微控制器，8KB的RAM和其他强大的支持功能和外设。该汇聚节点ARM处理器选择三星公司的S3C4510B，S3C4510B中内置了 ARM公司设计的16/32位ARM7TDMI处理器，可以执行32位的ARM指令，也可执行16位的THUMB指令，并集成了多种外围部件。FLASH程序存储器采用两片HY29LV160并联的方式构建32位的Flash存储器系统，其中一片为高16位，另一片为低16位，将两片HY29LV160作为一个整体配置到S3C4510B的ROM。SDRAM数据存储器选用的两片HY57V641620并联构建32位的SDRAM存储器系统，共16MB的SDRAM空间，可满足嵌入式操作系统及各种相对较复杂的算法的运行要求。所述汇聚节点工作流程如图6所示，其中包括一些步骤组成S1、对所有ZigBee节点进行监听。当收到入网信号时，集中器对所属ZigBee网络的网络地址及节点个数进行查询，如果有空节点并且不是已有的网络地址，就进行入网允许；当收到表计数据时，把数据通过GPRS模块或Internet模块上报给数据管理中心。S2、当收到下发给汇聚节点的信息时，汇聚节点进行处理；当收到下发给电表的信息时过ZigBee网把信息传给电表，电表进行相应处理。
权利要求
1.一种基于无线传感器网络的农村智能电网远程抄表系统，其特征在于:包括传感器节点、中转节点、汇聚节点和数据服务中心四部分，传感器节点随机部署在监测电表区域内并组成无线自组织网络，传感器节点监测的数据沿着无线自组织网络逐跳进行传输，经多跳后路由到汇聚节点，汇聚节点负责接收和处理无线自组织网络中各个传感器节点的数据，并能通过Internet或GPRS网络将数据送到数据服务中心进行集中处理，工作人员可以通过Internet访问传感器节点采集的信息，并可以对无线自组织网络进行配置和管理，数据服务中心将用户消费电量情况、缴纳电费信息及时通过短信告知用户。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的农村智能电网远程抄表系统，其特征在于:所述传感器节点包括CC2530处理器、传感器模块、天线、电源以及功率放大模块，传感器模块用于采集电度表计的数据，传感器模块将采集的数据通过功率放大模块的放大，再传给CC2530处理器进行下一步处理，CC2530处理器先把采集的数据信号进行模数转换，然后进行处理，处理后的数据由天线发出，电源模块主要对系统供电。
3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的农村智能电网远程抄表系统，其特征在于:所述中转节点包括CC2530处理器、天线、RF功率放大模块以及存储器，RF功率放大模块设置在CC2530处理器与天线之间。
4.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的农村智能电网远程抄表系统，其特征在于:所述汇聚节点一方面通过无线自组织网络与传感器节点通信，另一方面通过GPRS网络或Internet网与数据管理中心通信，所述汇聚节点主要由CC2530处理器、ARM芯片、GPRS模块、以太网接口、FLASH程序存储器、SDRAM数据存储器、电源及复位模块组成，无线自组织网络为Zig-Bee网络，CC2530处理器利用Zig-Bee网络同传感器节点或中转节点进行通信，ARM芯片为汇聚节点的微处理器，它的串口同GPRS模块相连，GPRS模块利用SM卡提供GPRS网络服务，复位模块用于提供手动复位。
5.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的农村智能电网远程抄表系统，其特征在于:所述数据管理中心包括数据分析处理单元、监控单元、数据库平台、管理单元、数据传输接口，数据库平台包括用户用电量数据，用户相关信息及每个传感器节点、汇聚节点、ID对应的地理位置等信息，统管理单元包括用户用电量低度数、用户已缴费用、用户欠费等相关信息，管理单元调用数据库平台用户相关信息，在特定的时间内将用户用电量、费用等信息以短信的方式告知用户，数据传输接口用于接收汇聚节点通过GPRS网络或Internet网络传输的数据，在数据库平台下通过数据处理单元分析处理，在监控单元显示远端无线传感网络实时数据、远端节点、线路运行情况。
6.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的农村智能电网远程抄表系统，其特征在于:传感器节点之间、传感器节点与中转节点之间之间以及传感器节点与汇聚节点之间采用IEEE 802.15.4协议作为无线传感器网络通信的协议标准。
全文摘要
本发明提供一种基于无线传感器网络的农村智能电网远程抄表系统，包括传感器节点、中转节点、汇聚节点和数据服务中心四部分，融合了远程抄表、线路与设备检测、电力防盗等功能，开创了农村智能配电网建设与检测的新模式，实现了以低成本、高效、可靠远程抄表、线路安全检测、电力防盗等功能。该系统将传感器节点任意部署在监测区域内，通过自组网的方式构成传感器网络；每个节点采集的电表数据经过多跳的方式路由到汇聚节点；汇聚节点将数据经过初步处理后存储到数据中心；远程用户可以通过Intemet访问数据中心的数据，并可进行远程任务控制。
文档编号H04W84/18GK103077591SQ20121034172
公开日2013年5月1日 申请日期2012年9月14日 优先权日2012年9月14日
发明者张思杰, 石岭, 吴江洲, 姜孜锜, 李慧君 申请人:重庆大学