一种自动发送地址信息的电能表组网系统及其发送方法
【专利摘要】本发明涉及一种自动发送地址信息的电能表组网系统及其发送方法，电能表的中央处理器芯片U1的第31脚通过电阻R4与485通讯模块的芯片U2的第1脚相连，负责数据的接收处理；中央处理器芯片U1的第30脚通过电阻R7与485芯片U2的第4脚相连，负责数据的发送处理。系统采用避让算法确定随机延迟时间Δt，对地址数据进行处理，确定最佳的电能表组网容量N，有效避免了各个电能表和采集器在地址信息报送过程中发生数据碰撞冲突。本发明克服了传统技术需要人工输入各电能表和采集器的地址所产生的耗时多效率低易出错的问题，实现高效率、高质量完成数据传输。
【专利说明】一种自动发送地址信息的电能表组网系统及其发送方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电能表，特别涉及一种自动发送地址信息的电能表组网系统及其发送方法。
【背景技术】
[0002]随着电子信息技术的飞速发展，使得电能表的自动抄表技术越来越受到普及，传统电能表集抄系统的安装需要集中器、采集器和电能表设备三部分。对用户用电数据的采集都是以配置电表地址为前提，即集中器需要配置采集器的地址，而采集器又需要配置电能表的地址。目前，对于电能表集抄系统的组网，都是在安装时由人工首先将各个电能表的地址信息输送至采集器，然后再将采集器的地址信息输送至集中器，当组网系统的电能表数量巨大时，由人工完成地址信息的输入工作不但耗时多、成本高、效率低，而且容易出错，准确率低。
【发明内容】
[0003]本发明针对上述现有技术存在的问题，本发明提出一种自动发送地址信息的电能表组网系统及发送方法，在组网过程中，由采集器自动下发读电表地址命令，电能表自动完成地址数据上报等功能，而且能够防止多个电能表上报表地址时产生的数据信息碰撞造成发送失败的问题。
[0004]本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的:
[0005]一种自动发送地址信息的电能表组网系统，包括集中器、采集器和组网的各个电能表，各个电能表将地址信息发送至采集器，采集器将收到的地址信息发送至集中器，电能表包括中央处理器、采样模块、计量模块、晶振电路、电源、显示模块、存储模块和通讯模块，地址信息通过通讯模块发送至采集器，中央处理器采用NEC78F0526芯片Ul，通讯模块是RS485通讯模块，中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第31脚通过电阻R4与RS485通讯模块的485芯片U2的第I脚相连，负责数据的接收处理；中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第30脚通过电阻R7与RS485通讯模块的485芯片U2的第4脚相连，负责数据的发送处理。
[0006]进一步地，电能表的RS485通信模块的485芯片U2的第I脚通过电阻R4与中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第31脚相连，进行数据和命令的接收；485芯片U2的第2脚和第3脚短接后通过电阻R5接地，中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第31脚同时通过电阻R6及三极管Q与电源相连，当处于低电平时，接收信息有效，处于高电平时，发送信息有效；所述RS485通讯模块的485芯片U2的第6脚和第7脚通过热敏电阻MZ及TVS管与采集器的485通讯端口相连，实现与采集器之间的数据传输。
[0007]本发明的自动发送地址信息的电能表组网系统的地址信息发送方法为，采集器向与其连接的各个电能表同时发出上报地址信息的命令，每一电能表收到该命令后，首先检测电能表与采集器之间的RS485通讯信道是否为“空闲”状态，当检测到信道为“空闲”状态时，各电能表通过避让算法产生一个随机延时时间Δ?,并开始延时等待过程；当到达延时时间Λ t时，再次检测信道是否为“空闲”状态，如果为“空闲”状态，则向采集器发送地址信息，地址信息发送完毕后自动退出本次上报电能表的序列；如果为“占用”状态，则再通过避让算法产生一个随机延时时间At，直至向采集器发送地址信息成功后退出。
[0008]具体地，当采集器的485通讯端口发出上报地址信息的命令后，电能表通过485芯片U2的第7脚和第6脚接收来自采集器的电平信号，然后通过485芯片U2第I脚和芯片Ul的31脚把电平信号发送给中央处理器NEC78F0526芯片Ul，中央处理器NEC78F0526芯片Ul根据电平高低来判断信道是处于“空闲”还是“占用”状态，然后中央处理器NEC78F0526芯片Ul根据避让算法产生一个随机延迟时间At，中央处理器NEC78F0526芯片Ul根据At的时间开始延时等待过程，当到达延时时间At时，中央处理器NEC78F0526芯片Ul再次根据485芯片U2的第7脚和第6脚接收来自采集器的电平信号检测信道是否为“空闲”状态，如果这两次均为“空闲”状态，则中央处理器NEC78F0526芯片Ul把电能表的地址信息通过第30脚和芯片U2的第4脚发送给485芯片U2，然后485芯片U2通过第6脚和第7脚把电能表的地址信息发送给采集器。
[0009]本发明具有以下优点和积极效果:
[0010]本发明一种自动发送地址信息的电能表组网系统及其发送方法，克服了传统技术需要人工输入各电能表的地址所产生的耗时多、效率低、易出错的问题，大大提高了工作效率和准确性。
[0011]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的电能表与采集器、集中器组网的示意图；
[0013]图2为本发明的电能表电路框图；
[0014]图3为本发明的中央处理器的原理图；
[0015]图4为本发明的RS485通讯模块的原理图；
[0016]图5为本发明实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0017]图1为本发明的电能表与采集器、集中器组网的示意图；图2为本发明的电能表电路框图；图3为本发明的中央处理器的原理图；图4为本发明的RS485通讯模块的原理图。如图1至4所示，一种自动发送地址信息的电能表组网系统，包括集中器、采集器和组网的各个电能表，各个电能表将地址信息发送至采集器，采集器将收到的地址信息发送至集中器，电能表包括中央处理器、采样模块、计量模块、晶振电路、电源、显示模块、存储模块和通讯模块，其中，中央处理器为电能表的核心部分，负责电能表的大部分命令操作；米样模块负责外部信号如电压、电流等参数的数据采样；计量模块将采样的数据进行处理，从而得到计算机能识别的参数信息；显示模块将用户需要的信息直观的显示出来，方便查询；存储模块负责所有数据项、时间、事件等的存储；电源部分保障整个电路的软、硬件正常运行；晶振电路负责提供程序运行的时钟电能表；通讯模块负责把地址信息发送至采集器。中央处理器采用NEC78F0526芯片Ul，通讯模块是RS485通讯模块，中央处理器的NEC78F0526芯片Ul的第31脚通过电阻R4与RS485通讯模块的485芯片U2的第I脚相连，负责数据的接收处理；中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第30脚通过电阻R7与RS485通讯模块的485芯片U2的第4脚相连，负责数据的发送处理。本发明的改进的主要在于通信模块和中央处理器两部分，下面作详细说明。
[0018]如图3所示，中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第14脚和第15脚通过电阻R1、电容Cl、C2与晶振Xl相连，晶振Xl为主晶振，负责整个系统的时钟运行。中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第8脚通过电阻R3与地相连，起到保护的作用。中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第9脚和10脚分别通过电容C4、C5和晶振X2相连，晶振X2为辅助晶振，主要为系统测试和烧写程序的时钟晶振。通过主、副晶振的结合，电能表就可以在一个稳定的系统下运行。中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第30脚通过电阻R4与485芯片U2的第I脚相连，负责数据的接收处理。中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第31脚通过电阻R7与485芯片U2的第4脚相连，负责数据的发送处理。中央处理器通过RS485通信模块的接收、发送引脚，完成对数据的收发处理。中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第I脚和第2脚与存储芯片相连，负责数据的存储和读取操作。中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第4脚是复位引脚，当电能表运行错误时，可进行复位重启操作，增强了电能表的容错处理。中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第16脚和第17脚分别接地和VCC电压，给中央处理器芯片提供正常运行的工作电压。
[0019]如图4所示，RS485通信模块的485芯片U2的第I脚通过电阻R4与中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第30脚接收信号引脚相连，进行数据和命令的接收，485芯片U2的第4脚通过电阻R7与中央处理器NEC78F526芯片Ul的第31脚发送信号引脚相连，进行数据和命令的发送；485芯片的第2脚和第3脚短接后通过电阻R5与地相连；485芯片U2的第5脚接地，第8脚通过电容CS接正5V电源，芯片接电源及地引脚，使得芯片在正常供电情况下正常运行。
[0020]结合图3和图4所示，RS485通信模块的485芯片U2的第I脚通过电阻R4与中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第31脚相连，进行数据和命令的接收；485芯片U2的第2脚和第3脚短接后通过电阻R5接地，中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第31脚同时通过电阻R6及三极管Q与电源相连，当处于低电平时，接收信息有效，处于高电平时，发送信息有效，采用半双工的方式来进行中央处理器NEC78F526芯片Ul与485芯片U2的数据传输；RS485通讯模块的485芯片U2的第6脚和第7脚通过热敏电阻MZ及TVS管与采集器的485通讯端口相连，实现与采集器之间的数据传输。
[0021]本发明的自动发送地址信息的电能表组网系统的发送方法如下:
[0022]采集器向与其连接的各个电能表同时发出上报地址信息的命令，每一电能表收到该命令后，首先检测电能表与采集器之间的RS485通讯信道是否为“空闲”状态，当检测到信道为“空闲”状态时，各电能表通过避让算法产生一个随机延时时间At，并开始延时等待过程；当到达延时时间At时，再次检测信道是否为“空闲”状态，如果为“空闲”状态，则向采集器发送地址信息，地址信息发送完毕后自动退出本次上报电能表的序列；如果为“占用”状态，则再通过避让算法产生一个随机延时时间At，直至向采集器发送地址信息成功后退出。然后采集器再上发至集中器，从而完成组网系统的自动采集地址信息。
[0023]每个电能表上报地址信息的执行过程是:当采集器的485通讯端口发出上报地址信息的命令后，电能表通过485芯片U2的第7脚和第6脚接收来自采集器的电平信号，然后通过485芯片U2第I脚和芯片Ul的31脚把电平信号发送给中央处理器NEC78F0526芯片Ul,中央处理器NEC78F0526芯片Ul根据电平高低来判断信道是处于“空闲”还是“占用”状态，然后中央处理器NEC78F0526芯片Ul根据避让算法产生一个随机延迟时间At，中央处理器NEC78F0526芯片Ul根据Λ t的时间开始延时等待过程，当到达延时时间Λ t时，中央处理器NEC78F0526芯片Ul再次根据485芯片U2的第7脚和第6脚接收来自采集器的电平信号检测信道是否为“空闲”状态，如果这两次均为“空闲”状态，则中央处理器NEC78F0526芯片Ul把电能表的地址信息通过第30脚和芯片U2的第4脚发送给485芯片U2，然后485芯片U2通过第6脚和第7脚把电能表的地址信息发送给采集器。
[0024]设组网系统的每个采集器连接的电能表的数量为N，每个电能表发送地址信息的时间AT=1000ms。若采用定长延时(例如每次均采用最大延时)，则会产生不公平信道问题，造成部分节点始终无法竞争到空闲信道；若采用一般伪随机数产生算法，则会由于随机数的分布问题，造成节点碰撞率过高，从而造成通讯成功率降低以及系统容量下降。本发明采用避让算法，来确定均匀分布的随机数即随机时间，使得退避的节点退避的时间窗在某范围内均匀分布，从而使得所有节点获得均等的避冲机会。经过优化后的随机数算法产生的随机数保证了在设定范围内分布更为均匀，基本能满足设计需要。另外，由于RS485总线采用差模收发方式，线上存在电阻及分布电容对其传输距离会产生一定的影响，加上防雷元器件等的影响，总线传输存在驱动能力问题，这使得经过总线接入系统的节点会遇到隐藏终端问题(Hidden Stations)。通常情况下,隐含终端问题会造成碰撞次数增加,使得系统容量及数据吞吐量非预期降低。受上述几个因素的影响，本系统的设计容量为125个节点，即每个采集器的所连接的电能表的最大数量为125个。
[0025]当N < 125时，能够及时准确的将电能表地址主动上报给采集器；当数量超过125台时，出现延时时间相等，电能表发送地址冲突的可能性增加，此时最好多安装I台采集器，来完成防止冲突及电能表不能准确的上报的问题。
[0026]下面结合具体实施例对本发明的发送方法作进一步的具体描述。
[0027]图5为本发明实施例的示意图。如图5所示，本实施例以I台采集器同时连接3台电能表为例进行说明。电能表发送地址信息的时间AT=IOOOms;当采集器下发上报地址信息命令后，通过485通讯信道的链接，与该采集器链接的3台电能表会同时接收到上报地址的命令。电能表I检测到485通讯信道空闲，通过避让算法，算出要等待的延时时间Atl-1为926ms，同时，电能表2也检测到485通讯信道空闲，通过避让算法，算出等待的延时时间Λ t2-l为848ms，同理，电能表3算出等待的延时时间At3_l为904ms。从电能表1、电能表2和电能表3的延迟时间可以看出，最先结束等待延迟的是电能表2。
[0028]以下，通过各个时间点来说明这个方法的执行:
[0029]1、假设时间从T=O开始，当T=848ms时，电能表2等待延时结束，电能表2检测通讯信道的状态，此时通讯信道为空闲状态，电能表2开始将自己的地址发送给采集器。
[0030]2、当T=904ms时，电能表3等待延时结束，电能表3检测通讯信道的状态，此时通讯信道为忙碌状态，因为发送时间ΛΤ，< AT，电能表2正处于发送地址状态；为此电能表3通过避让算法重新产生一个延迟时间Λ t3-2为625ms。
[0031]3、当T=926ms时，电能表I等待延时结束，电能表I检测通讯信道的状态，此时通讯信道为忙碌状态，因为发送时间ΛΤ，< AT，电能表2正处于发送地址状态；为此电能表I通过避让算法重新产生一个延迟等待时间Atl-2为880ms。
[0032]4、当T=1529ms (即904ms+625ms)时，电能表3第二次等待延时结束，电能表3检测通讯信道的状态，此时通讯信道为忙碌状态，因为发送时间AT’ < AT，电能表2正处于发送地址状态；为此电能表3通过避让算法再次产生一个延迟等待时间Λ t3-3为730ms。
[0033]5、当T=1806ms (即926ms+880ms)时，电能表I第二次等待延时结束，电能表I检测通讯信道的状态，此时通讯信道为忙碌状态，因为发送时间AT’ < AT，电能表2正处于发送地址状态；为此电能表I通过避让算法再次产生一个延迟等待时间Atl-3为760ms。
[0034]6、当T=2259ms(即904ms+625ms+730ms)时，电能表3第三次等待延时结束，电能表3检测通讯信道的状态，此时通讯信道为空闲状态，因为发送时间AT’= (904+625+730-848)ms=1411ms > ΔΤ,电能表2已经完成发送地址；为了避免出现延时相等的情况，电能表3再一次通过避让算法产生一个延时Λ t3-4为240ms。
[0035]7、当 T=2499ms (即 904ms+625ms+730ms+240ms)时，电能表 3 第四次等待延时结束，电能表3检测通讯信道的状态，通讯信道仍为空闲状态，电能表3开始将自己的地址发送给采集器。
[0036]8、当T=2566ms(即926ms+880ms+760ms)时，电能表I第三次等待延时结束，电能表I检测通讯信道的状态，此时通讯信道为忙碌状态，因为发送时间AT’ < AT，电能表3正处于发送地址状态；为此电能表I通过避让算法产生一个随机等待时间Atl-4为940ms。
[0037]9、当 T=3506ms (即 926ms+880ms+760ms+940ms)时，电能表 I 第四次等待延时结束，电能表I检测通讯信道的状态，此时通讯信道为空闲状态，因为发送时间AT，=(3506-2499) ms=1007ms > ΔΤ,电能表3已经完成发送地址；为了避免出现延时相等的情况，电能表I再一次通过避让算法产生一个延时Atl-5为200ms.[0038]10、当 T=3706ms (即 926ms+880ms+760ms+940ms+200ms)时，电能表 I 第五次等待延时结束，电能表I检测通讯信道的状态，此时通讯信道仍为空闲状态，电能表I发送电能表地址到采集器，当发送时间ΛΤ，> AT，电能表I完成发送地址。为此3台电能表完成自动发送地址到采集器的功能。
[0039]总之，本发明的自动发送地址信息的电能表组网系统及其发送方法，实现了各个的电能表地址信息自动发送给采集器，同理，采集器采用相同的方式将地址发送给集中器，继而实现了集抄系统的自动组网过程。系统采用避让算法确定随机延迟时间At对地址数据进行处理和确定最佳的电能表组网容量N，可以有效避免各个电能表和采集器在地址信息报送过程中发生数据碰撞冲突,从而高效率、高质量完成数据传输。
【权利要求】
1.一种自动发送地址信息的电能表组网系统，包括集中器、采集器和组网的各个电能表，所述的各个电能表将地址信息发送至采集器，采集器将收到的地址信息发送至集中器，所述的电能表包括中央处理器、采样模块、计量模块、晶振电路、电源、显示模块、存储模块和通讯模块，所述的地址信息通过通讯模块发送至采集器，其特征在于:所述的中央处理器采用NEC78F0526芯片Ul，所述通讯模块是RS485通讯模块，中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第31脚通过电阻R4与RS485通讯模块的485芯片U2的第I脚相连，负责数据的接收处理；中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第30脚通过电阻R7与RS485通讯模块的485芯片U2的第4脚相连，负责数据的发送处理。
2.如权利要求1所述的自动发送地址信息的电能表组网系统，其特征在于:所述电能表的RS485通信模块的485芯片U2的第I脚通过电阻R4与中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第31脚相连，进行数据和命令的接收；485芯片U2的第2脚和第3脚短接后通过电阻R5接地，中央处理器NEC78F0526芯片Ul的第31脚同时通过电阻R6及三极管Q与电源相连，当处于低电平时，接收信息有效，处于高电平时，发送信息有效；所述RS485通讯模块的485芯片U2的第6脚和第7脚通过热敏电阻MZ及TVS管与采集器的485通讯端口相连，实现与采集器之间的数据传输。
3.如权利要求1或2所述的自动发送地址信息的电能表组网系统的地址信息发送方法，其特征在于:采集器向与其连接的各个电能表同时发出上报地址信息的命令，每一电能表收到该命令后，首先检测电能表与采集器之间的RS485通讯信道是否为“空闲”状态，当检测到信道为“空闲”状态时，各电能表通过避让算法产生一个随机延时时间Λ t，并开始延时等待过程；当到达延时时间At时，再次检测信道是否为“空闲”状态，如果为“空闲”状态，则向采集器发送地址信息，地址信息发送完毕后自动退出本次上报电能表的序列；如果为“占用”状态，则再通过避让算法产生一个随机延时时间At，直至向采集器发送地址信息成功后退出。
4.根据权利要求3所述的自动发送地址信息的电能表组网系统的地址信息发送方法，其特征在于:当采集器的485通讯端口发出上报地址信息的命令后，电能表通过485芯片U2的第7脚和第6脚接收来自采集 器的电平信号，然后通过485芯片U2第I脚和芯片Ul的31脚把电平信号发送给中央处理器NEC78F0526芯片U1，中央处理器NEC78F0526芯片Ul根据电平高低来判断信道是处于“空闲”还是“占用”状态，然后中央处理器NEC78F0526芯片Ul根据避让算法产生一个随机延迟时间Λ t，中央处理器NEC78F0526芯片Ul根据Λ t的时间开始延时等待过程，当到达延时时间Λ t时，中央处理器NEC78F0526芯片Ul再次根据485芯片U2的第7脚和第6脚接收来自采集器的电平信号检测信道是否为“空闲”状态，如果这两次均为“空闲”状态，则中央处理器NEC78F0526芯片Ul把电能表的地址信息通过第30脚和芯片U2的第4脚发送给485芯片U2，然后485芯片U2通过第6脚和第7脚把电能表的地址信息发送给采集器。
5.根据权利要求3所述的自动发送地址信息的电能表组网系统的地址信息发送方法，其特征在于:设所述的组网系统的每个采集器连接的电能表的数量为N，每个电能表发送地址信息的时间AT=IOOOms,则N≤125，At < AT。
【文档编号】H04L29/12GK103475747SQ201310367350
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】陈声荣, 夏明皓 申请人:广东浩迪创新科技有限公司