CN102194304A - 一种实现能源计量数据无线集中抄收管理的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现能源计量数据无线集中抄收管理的方法及系统，该系统由无线表具、采集器、集中器、无线GPRS通讯模块、系统管理中心组成。其特点是：该系统采用定量、定时、多信道冗余通讯技术、高效前向纠错信道编码技术，降低了功耗，保证了无线数据通讯的可靠性和抄收成功率，无线集中抄收管理系统的各子系统之间的通讯采用不同的无线接口和通讯协议，各无线接口采用不同无线传输频率，采用数据透明传输方式，以保证无线数据通讯的可靠性及系统的兼容性、灵活性和适用性，为管理部门提供了实时、真实、可靠的数据信息，实现了对表具工作状态的实时监控、统计、分析，提高了管理部门的经营管理水平。

Description

一种实现能源计量数据无线集中抄收管理的方法及系统

技术领域

本发明涉及到一种无线集中抄收管理的方法及系统，尤其涉及到一种公用事业能源计量数据无线集中抄收管理的方法及系统。

背景技术

随着人们的生活水平的提高、楼宇的扩建增高、计算机技术的普及，传统的人工抄表方式准确性和及时性都得不到保障，已经不能适应社会的发展需求。IC卡表的用户信息都存储于IC卡上，解决了眼下抄表难、收费难的问题，起到节约的积极作用，但不能提供及时的用户使用信息，进行实时监测，不便于管理部门的数据分析管理。传统有线集中抄表系统，由于布线施工困难，安装(尤其改装)任务繁重，也存在许多隐患：短路、断路等错综复杂的线路更使得维护工作困难重重，安装以及维护成本上升，难以推广应用。

无线远程抄表，施工简单，能满足各种楼型、适宜不同场合的安装，它计量准确、可靠，具备了实时监测、实时控阀的功能。因此应用无线集中抄收管理技术实现计量数据的无线自动采集及管理成为行业热点，代表了公用事业能源计量今后的发展方向。但是，现有的无线抄表系统通常采用的是集中器对无线表具进行轮询的方法进行数据传输，使得无线表具始终处于接收状态，由于无线通讯模块工作时要消耗很大工作电流，使得无线表具无谓消耗了大部分能源，大大缩短了电池的使用寿命，限制了无线表具的推广应用。轮询通讯模式要求无线表具始终接收空中的无线信号并处理应答，由于空中无线信号复杂、易受干扰，通讯可靠性大大降低，而且使无线通讯信道经常处于繁忙状态，导致无线通讯系统无法正常工作，无线系统无法实时、可靠的收集表具中的信息，数据抄收率也无法得到保证，从而也就不能实现对用户信息及无线表具工作状态的实时监控，无法为管理部门提供真实可靠的数据管理信息。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中存在的问题，提供一种数据实时、可靠、稳定、抄收率高并可以实现远程控制的基于无线数据通讯技术的民用水、电、气、热等公用事业能源计量仪表的集中抄表收费管理系统。

本发明的一种技术方案为：

一种实时、可靠、抄收率高的无线通讯处理方法，包括以下内容：

1)无线表具初始化中的随机算法；

2)无线表具与采集器之间的无线通讯采用的高效前向纠错信道编码技术；

3)无线表具与采集器之间的无线通讯采用多信道冗余的通讯方式；

本发明的另一个技术方案：

一种实现公用事业能源计量数据无线集中抄收管理的系统，包含终端仪器仪表、数据采集控制系统、数据传输系统以及信息管理服务系统、手持机多个子系统。其中，终端仪器仪表为无线表具，包括无线远传水表、燃气表、热量表、电表等民用计量仪表，用于计量检测用户的使用消耗数据，并将数据无线远传输出，同时执行系统控制命令，是系统的终端设备；数据采集控制系统是采集终端仪器仪表数据并接收处理上级控制命令的设备，主要包括采集器和集中器；无线数据传输系统是数据采集控制系统的上级网络系统，由集中器、无线GPRS通讯模块(或其他有线公网接入设备，本系统首先采用GPRS通讯)组成，主要完成数据的转换和数据的传输交换；信息管理服务软件系统是无线远传抄表系统的管理中心，实现整个系统的信息化管理，具备用户信息管理、数据管理、数据统计、数据分析、数据报表、表具控制、信息查询、收费管理、银行接口等完善功能，极大地提高了管理部门的管理水平；手持机用于系统灵活配置和维护管理，提高系统的适用性。

上述无线集中抄收管理系统的各子系统之间的通讯采用不同的无线接口和不同的通讯协议，各无线接口采用不同无线传输频率(频点、信道)，以保证无线数据通讯的可靠性；采用数据透明传输方式，以保证系统的兼容性、扩展形、灵活性和适用性。

上述无线集中抄收管理系统中的无线表具，内置有专用双向数字无线通讯模块，用于发射计量数据并接收系统命令执行相关操作。该表具具有独立的供电与数据处理存储功能使表具不依赖于系统而独立工作，表阀一体，可实现远程控制。表具无线通讯模块工作在ISM频段，载波频率(470～510)MHz，可靠传输距离达500m以上，满足无线通讯组网要求，充分保证了表具通讯可靠性和抄收成功率。

上述无线集中抄收管理系统中的采集器用于接收处理用户计量表具信息和传达上级控制命令，是组网的关键环节，是无线网络中的节点，每台可同时管理多达200台用户计量表具，采集器与集中器无线通讯模块工作在I SM频段，载波频率(470～510)MHz(不同于表具频点)，可靠传输距离达1000m以上，满足无线通讯组网要求，充分保证了数据通讯可靠性和抄收成功率。

上述无线集中抄收管理的系统中的集中器具备两个通讯网络接口：一个是与采集器的无线通讯接口，工作频段采用(470～510)MHz；另一个是与无线GPRS通讯系统的接口(或其他有线公网)，采用RS485有线通讯接口。每个集中器可以管理多达20台采集器(采集器组网通讯方式下可达100台)。

上述无线集中抄收管理的系统中的信息管理服务软件系统是无线远传抄表系统的管理中心，实现整个系统的信息化管理。具备用户信息管理、数据管理、数据统计、数据分析、数据报表、表具控制、信息查询、收费管理、银行接口等完善功能，极大地提高了管理部门的管理水平。

上述无线集中抄收管理系统中的手持机具备与管理对象相适应的无线及有线接口，并执行相应管理通讯协议，保证了不同工作状态下的可靠连接，保证了系统的适用性，是系统的辅助设备，主要用于对无线表具、采集器、集中器的管理设置，也可用于人工抄表(抄取采集器、集中器数据)，系统应用更加灵活方便。用于抄表时，可以记录不少于10,000只表具的抄表数据量。

上述无线集中抄收管理系统中的采集器、集中器都可以单独与手持机组成人工无线集中抄表系统，系统应用更加灵活、方便。

本发明的有益效果为：本发明所述的基于无线数据通讯技术的公用事业能源计量仪表的集中抄表收费管理系统，采用定量、定时、多信道冗余通讯技术，由无线表具主动向采集器上传数据而非由采集器轮询采集，使得无线表具中的无线通讯模块大部分处于休眠状态，功耗大大降低，延长了电池使用寿命，并充分保证了无线数据通讯的可靠性和抄收成功率，实现了数据的实时、安全交换；采集器与集中器可实现自动组网形成通讯网络，通过中继器与无线网络连接，扩展无线设备的无线通讯距离，从而有效扩展通讯网络覆盖范围；各通讯系统的无线接口采用不同无线传输频点和信道，充分保证了数据通讯的可靠性和抄收成功率。该系统实现了对用户表具数据的实时采集、监督和控制，满足了管理部门对数据的采集、统计分析及收费需要，还可实现对用户表具的远程控制，完全可以实现对城市、社区的民用计量仪表的数字化、网络化、信息化管理，实现管理水平的飞跃。

附图说明

附图1是无线集中抄收管理系统的结构示意图；

附图2是无线集中抄收管理系统通讯结构示意图；

附图3是无线表具终端的原理框图；

附图4是无线采集器终端的原理框图；

附图5是无线集中器终端的原理框图。

具体实施方式

下面参照附图1对本发明所述的无线集中抄收管理系统进行描述说明。

根据附图1，无线集中抄收管理系统由终端仪器仪表、数据采集控制系统、数据传输系统以及信息管理服务系统多个子系统构成。其中，终端仪器仪表为无线表具，包括无线远传水表、燃气表、热量表、电表等民用计量仪表，用于计量检测用户的使用消耗数据，并将数据无线远传输出，是系统的终端设备；数据采集控制系统是采集终端仪器仪表数据并接收处理上级控制命令的设备，主要包括采集器和集中器；无线数据传输系统是数据采集控制系统的上级网络系统，由集中器、无线GPRS通讯模块(或其他有线公网接入设备，本系统首先采用GPRS通讯)组成，主要完成数据的转换和数据的传输交换；信息管理服务软件系统是无线远传抄表系统的管理中心，实现整个系统的信息化管理。具备用户信息管理、数据管理、数据统计、数据分析、数据报表、表具控制、信息查询、收费管理、银行接口等完善功能，极大地提高了管理部门的管理水平。

无线表具根据预设条件(定时及定量)向采集器发送数据，采集器解析接收数据包判断数据是否合法，并发出相应的控制指令；当无线表具处于休眠状态用户需要抄收数据时，系统管理中心通过GPRS将指令传输给数据中心经无线传输与集中器相联络，集中器将数据指令发送至采集器唤醒终端表具，被唤醒的终端表具将数据通过无线传输经采集器、集中器返回数据中心，经GPRS传送给系统管理中心。

根据附图2，本实例中，当用户需要抄收无线表具数据信息时，由系统管理中心通过通讯接口C向集中器发送抄收控制命令；集中器接收到数据信息后分析数据并通过无线接口B向采集器发送控制命令；采集器接收解析数据之后通过无线接口A将控制命令发送至无线表具；无线表具根据预设条件定量、定时(每间隔12h或24h)主动上传数据至采集器，同时接收采集器的控制指令。

无线表具根据本机表具编号(唯一ID地址编码)采用随机算法计算本机数据通讯时间(以避免多台表具的数据并发)向采集器发送表具数据信息，采集器接收解析数据包，判断数据是否合法，若否，下传通讯失败应答，无线表具收到通讯失败应答或在规定时间内收不到采集器的任何应答，则重新发送表具数据信息，采集器判断接收数据结果正确，则检索采集器数据库中是否有该表具的控制命令信息，若无，则向无线表具下传数据接收正确应答，若有则发送控制命令并等待无线水表应答；无线表具接收到采集器的应答数据后，解析判断数据是否合法，若正确则执行相关命令并发送数据接收正确或命令执行结果应答，若不正确则发送数据接收错误通讯失败应答；采集器接受到正确应答数据后，记录处理通讯数据，一次无线通讯过程结束，若收到通讯失败应答或无应答，则本次通讯无效，通讯结束。

无线表具无法联络采集器，或发送表具数据信息后在规定时间内收不到采集器的任何应答，则重新执行上述通讯过程，若重复次数大于3次，则认为无线通讯故障，无线水表记录故障状态并提示，本次通讯结束。

本实例中集中器、采集器及表具主从无线拓扑网络通讯结构中，采用两个通讯信道以保证通讯成功率。采集器配置两个互不影响的并行信道同时工作，无线表具默认其中一个信道工作，当该信道繁忙时无线水表可自动切换到另一个信道进行通讯，该过程自动识别完成。

本实例中数据的传输采用DES算法对数据进行加密传输，保证数据传输交换的安全性。

以上措施充分保证了无线通讯的实时性、可靠性和安全性，提高了通讯成功率。

根据附图3，无线表具主要由单片机、无线通讯芯片、无线模块接口电路、供电电源电路、液晶显示电路、控阀电路等组成，无效表具以单片机作为数据处理的核心，内置有专用双向数字无线通讯模块用于发射计量数据并接收系统命令执行相关操作。

实现了表具的数字化、信息化，内部数据信息齐全以满足系统管理要求，独立的供电电路与数据处理存储功能使表具不依赖于系统而独立工作，表阀一体，可实现远程控制。

该表具的无线通讯模块工作在ISM频段，载波频率(470～510)MHz，可靠传输距离达500m以上，满足无线通讯组网要求，充分保证了表具通讯可靠性和抄收成功率。

根据附图4，无线采集器终端的工作原理：

无线采集器由微处理器、电源管理电路、数据存储电路、无线表计模块、数据输出接口电路、实时时钟电路、数据通讯接口、无线集中器模块组成。无线采集器采用双串口通讯的MSP430F1XX系列的微处理器，分两路通道通讯，一路通过无线表计模块与表计通讯，称为下路通讯；简称A模块。一路通过无线集中器模块与集中器通讯或者是手持机通讯，称为上路通讯；简称B模块。

表计采用完全透明传输的A模块，定时和定量的方式与采集器通讯，当表计达到设定的时间时或设定的数量时，表计主动发送数据给采集器，采集器接收到数据后根据其ID号存储在相应的数据存储区。存储数据之前，采集器必须先识别表计ID，判断是否归属本采集器管理。与上路通讯也是采用无线透明传输模块，此模块可以采用带有级联功能的小功率模块，也可以采用大功率的模块。采用小功率模块需要对采集器的ID及网络归属标号进行设置。为了避免干扰，保证数据通讯的可靠性，A模块与B模块采用不同的发射功率、通讯信道及频点。手持机的通讯是与集中器是双路并联的。手持机的通讯与集中器的通讯互不影响。

表计按照定时、定量发送数据给采集器，如果手抄器或集中器下达指令给采集器，让表计进行开阀或关阀，那采集器收到下达的指令后，把命令存储起来，当表计与采集器通讯时，采集器再下发命令给表计，表计执行完指令后发送给采集器，若表计与采集器通讯失败，下次通讯时再次下发，直到表计返回正确的指令后，采集器中的命令消失。

集中器与采集器之间的通讯是采集器等待集中器发送指令后，处理相应的命令。集中器与采集器之间的模块采用大功率无线模块或级联功能的无线模块，集中器每天定时与采集器通讯一遍，以保存每天的数据。

根据附图5，无线集中器电路由ARM9处理器、GPRS通讯、有线数据通讯接口、无线采集器模块、SD卡数据存储电路、实时时钟电路、网络输出接口电路、电源管理电路组成。无线集中器采用ARM9内核的EM9161微处理器工控板控制电路部分，通过无线采集器模块对采集器的数据进行汇总，采用SD卡方式进行数据存储，然后通过GPRS通讯的方式发送出去，实现对无线仪表计量数据的集中采集和数据存储。

无线集中器是具有独特的调控方式和频点，配有专用的数据通讯协议，有很高的安全性和抗攻击性。

Claims (11)

1.一种实时、可靠、抄收率高的无线通讯处理方法，包括以下内容：

1)无线表具初始化中的随机算法；

2)无线表具与采集器之间的无线通讯采用的高效前向纠错信道编码技术；

3)无线表具与采集器之间的无线通讯采用多信道冗余的通讯方式；

2.如权利要求1所述的无线通讯处理方法，其特征在于：无线表具在定时发送数据的过程中根据本机表具编号(唯一ID地址编码)采用随机算法计算本机数据通讯时间，以避免多台表具的数据并发，最大限度减少数据并发冲突几率。

3.如权利要求1所述的无线通讯处理方法，其特征在于：无线表具、采集器之间的无线通讯采用ISM频段工作频点、基于FSK的调制方式，采用高效前向纠错信道编码技术，提高数据抗突发干扰和随机干扰的能力。

4.如权利要求1所述的无线通讯处理方法，其特征在于：无线表具、采集器之间的无线通讯采用了多信道冗余的通讯方式，当一个信道繁忙时可以切换到另一个信道进行通讯，保证了通讯可靠性和实时性。

5.一种实现权利要求1所述的无线通讯处理方法的系统，其特征在于：一种实现能源计量数据无线集中抄收管理的系统，包含终端仪器仪表、数据采集控制系统、数据传输系统以及信息管理服务系统、手持机多个子系统。其中，终端仪器仪表为无线表具，包括无线远传水表、燃气表、热量表、电表等民用计量仪表，用于计量检测用户的使用消耗数据，并将数据无线远传输出，同时执行系统控制命令，是系统的终端设备；数据采集控制系统是采集终端仪器仪表数据并接收处理上级控制命令的设备，主要包括采集器和集中器；无线数据传输系统是数据采集控制系统的上级网络系统，由集中器、无线GPRS通讯模块(或其他有线公网接入设备，本系统首先采用GPRS通讯)组成，主要完成数据的转换和数据的传输交换；信息管理服务软件系统是无线远传抄表系统的管理中心，实现整个系统的信息化管理，具备用户信息管理、数据管理、数据统计、数据分析、数据报表、表具控制、信息查询、收费管理、银行接口等完善功能，极大地提高了管理部门的管理水平；手持机用于系统灵活配置和维护管理，提高系统的适用性。

6.根据权利要求5所述的一种实现能源计量数据无线集中抄收管理的系统，其特征在于：无线集中抄收管理系统的各子系统之间的通讯采用不同的无线接口和不同的通讯协议，各无线接口采用不同无线传输频率(频点、信道)，以保证无线数据通讯的可靠性；采用数据透明传输方式，以保证系统的兼容性、扩展形、灵活性和适用性。

7.根据权利要求5所述的一种实现能源计量数据无线集中抄收管理的系统，其特征在于：无线集中抄收管理系统中的无线表具，内置有专用双向数字无线通讯模块，用于发射计量数据并接收系统命令执行相关操作。该表具具有独立的供电与数据处理存储功能使表具不依赖于系统而独立工作，表阀一体，可实现远程控制。表具无线通讯模块工作在ISM频段，载波频率(470～510)MHz，可靠传输距离达500m以上，满足无线通讯组网要求，充分保证了表具通讯可靠性和抄收成功率。

8.根据权利要求5所述的一种实现能源计量数据无线集中抄收管理的系统，其特征在于：无线集中抄收管理系统中的采集器用于接收处理用户计量表具信息和传达上级控制命令，是组网的关键环节，是无线网络中的节点，每台可同时管理多达200台用户计量表具，采集器与集中器无线通讯模块工作在ISM频段，载波频率(470～510)MHz(不同于表具频点)，可靠传输距离达1000m以上，满足无线通讯组网要求，充分保证了数据通讯可靠性和抄收成功率。

9.根据权利要求5所述的一种实现能源计量数据无线集中抄收管理的系统，其特征在于：无线集中抄收管理的系统中的集中器具备两个通讯网络接口：一个是与采集器的无线通讯接口，工作频段采用(470～510)MHz；另一个是与无线GPRS通讯系统的接口(或其他有线公网)，采用RS485有线通讯接口。每个集中器可以管理多达20台采集器(采集器组网通讯方式下可达100台)。

10.根据权利要求5所述的一种实现能源计量数据无线集中抄收管理的系统，其特征在于：无线集中抄收管理的系统中的信息管理服务软件系统是无线远传抄表系统的管理中心，实现整个系统的信息化管理。具备用户信息管理、数据管理、数据统计、数据分析、数据报表、表具控制、信息查询、收费管理、银行接口等完善功能，极大地提高了管理部门的管理水平。

11.根据权利要求5所述的一种实现能源计量数据无线集中抄收管理的系统，其特征在于：无线集中抄收管理系统中的采集器、集中器都可以单独与手持机组成人工无线集中抄表系统，系统应用更加灵活、方便。

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