CN102592431A - 抄表系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抄表系统包括电力线宽带载波通信单元、无线通信单元、时钟单元、控制单元以及存储单元；所述电力线宽带载波通信单元用于收发通过电力线载波方式传送的抄表信号；所述无线通信单元用于收发通过无线通信方式传送的抄表信号；控制单元用于信道状况的侦测，根据侦测结果控制抄表系统在电力线宽带载波通信以及无线通信之间的信道自动切换，切换信道后进行自动组网，并将从电力线宽带载波通信单元以及无线通信单元接收到的抄表信号进行格式转换生成电表数据。本抄表系统利用宽带载波通信可靠性高、数据传输率高、数据容量大、双向传输等特点，将无线通信方式以及电力线通信方式相互结合，使抄表布线等现场施工工作变得简便灵活。

Description

抄表系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种抄表技术，尤其涉及一种综合了无线通信和电力线载波传输方式的电力线载波与无线通信结合的抄表系统及其方法。

背景技术

在近年来，随着全国城乡电网改造实施一户一表工程的发展，安装单相电度表的数量激增，随之带来的最大问题就是过去电力部长期沿袭的人工抄表模式已经无法适应这种变化，于是诞生了远程的抄表模式。远程抄表方式一般包括RS485抄表方式、红外抄表方式、低压窄带载波抄表方式、低压宽带载波抄表方式和短距离无线抄表等。

在诸多的抄表装置中，人力手持抄表效率低，工作量大，准确性和实时效率较差；RS485抄表方式需要布线，施工布线工作量大，且通信信道受损后，故障排除困难；采用红外抄表方式，受距离传输限制，仍需人到现场，此外，红外抄表对方位角和环境也要求较高；低压窄带载波抄表方式存在信号衰减大、噪声源多且干扰强，受负载特性影响大等问题的影响，对通信的可靠性形成一定的技术障碍，而且由于带宽较窄，数据传输速率较低，不利于大规模推进电力用户信息采集系统的居民集中抄表；低压宽带载波抄表方式，存在高频信号衰减较快的问题，在长距离通信中需要中级组网解决传输，而且由于受低压电力线本身结构和负荷的影响，在用电高峰期时，抄收成功率受到影响。短距离无线抄表方式，受气候、环境的影响很大，一旦遇到刮风下雨或者居民生活区有别的发射台开启时，将会受到干扰，并且在节假日休息流量高峰时段容易发生阻塞现象，因此随机性不确定性很大。

此外，利用电力线载波技术传输数据的采集装置由于其具有效率高、便于管理、利于建立完善的计费方式而被广泛采纳。但现行的载波采集器在实际应用中不同程度的存在缺陷，如专利号为96202199的《智能载波抄表装置》和专利号为97215370的《电力线路智能抄表仪》，这两件专利均采用载波技术实现电表电量抄收和传输，它们的通讯方法都比较单一、抗干扰能力差、对电力线路的传输质量要求高等不足之处，而且其产品一般只在电网干扰较小的小范围内才具有一定的实用价值，当在大面积范围使用时，由于电网干扰较大，它们均会出现抄收成功率较低、信号被噪声淹没以及电量无法抄收等现象。

电力载线波通信技术经过了长时间的完善，在一些领域已经相当成熟，可以用于传输很多实时数据。其优势在于，不需要重新架设网络，可以利用各种设备上自身携带的电力线进行信号传送。但电力线存在噪声干扰，同时电力线的环境也是动态变化的，不同的时间对信号的干扰不一样，传送范围小。因此，很多场合并不适合电力线载波技术使用。

无线通信是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。当前，已出现很多利用无线通信方式进行智能抄表的方法，如WIFI等，这些无线通信方式对智能抄表起了很大的促进作用。然而在距离较短但空间中大型固体障碍较多，无线信号比较难以传递的场合，采用无线通信网络的方式进行信号传递，会对通信的可靠性造成较大的影响。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种能够根据现场不同的情况和要求自动选择合适的数据传输方式的抄表系统，从而扩大了使用范围，将不同的传输方式结合在一起，增强了通信的可靠性。该抄表系统依托用户原有的电力线网络，不需要二次布线，使抄表布线等现场施工工作简便灵活。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种抄表系统，包括电力线宽带载波通信单元、无线通信单元、时钟单元、控制单元以及存储单元；所述电力线宽带载波通信单元、无线通信单元、时钟单元以及存储单元均与控制单元相连接；所述电力线宽带载波通信单元用于收发通过宽带电力线载波方式传送的抄表信号；所述无线通信单元用于收发通过无线通信方式传送的抄表信号；控制单元用于电力线信道状况的侦测，根据侦测结果控制抄表系统在宽带电力载波通信以及无线通信之间的信道自动切换，切换信道后进行自动组网，并将从电力线宽带载波通信单元以及无线通信单元接收到的抄表信号进行格式转换生成电表数据；所述时钟单元为控制单元提供时钟触发信号；存储单元用于存储控制单元的电表数据，存储电力线宽带载波通信单元以及无线通信单元信道切换的控制命令，存储电力线信道状况侦测的控制参数。

其中，所述控制单元包括数据计算单元、逻辑判断单元以及缓存单元；所述数据计算单元用于对宽带电力线信道状况进行实时监测，对抄表信号进行格式转换；所述逻辑判断单元用于电力线信道状况的判断，管理宽带电力线载波单元以及无线通信单元的网络信道切换；所述缓存单元用于控制单元的控制参数以及电表数据的缓冲存储。

其中，所述存储单元包括RAM以及FLASH；所述RAM用于存储电表数据；所述FLASH用于存储控制单元的控制参数。

其中，所述时钟单元为RTC时钟单元。

为了解决上述技术问题，本发明还采用了一种抄表方法，包括以下步骤：

步骤1：通过电力线收发抄表的信号；

步骤2：周期性检测电力线信道状况，根据接收到的抄表的通信信号判断当前电力线信道状况，若电力线通信正常，则循环步骤2，若电力线通信非正常，则转步骤3；

步骤3：在电力线宽带载波通信以及无线通信之间进行信道自动切换，通过无线方式收发抄表的通信信号；

步骤4：抄表系统间歇性检测电力线信道状况，根据接收到的抄表的通信信号判断当前电力线信道状况，若电力线通信正常，则返回步骤1，若电力线通信非正常，则转步骤3。

其中，所述通信信号包括通信信道内的信噪比以及丢包率。

步骤2中，所述通信状况判断标准为：电力线通信信道内信噪比低于预定阈值或抄表系统接收信号时的丢包率大于20％时即认为是非正常通信。

进一步的，步骤2中，所述周期为可配置周期，默认值为5分钟。

步骤4中，所述通信情况判断标准为：通信信道内信噪比小于预定阈值或抄表系统接收信号时的丢包率大于5％时即认为是非正常通信。

进一步的，步骤4中，所述间歇时间为可配置时间，默认值为30分钟。

本发明的有益效果是：区别于传统的抄表系统功能单一的特点，本技术方案的抄表系统具有强大的软件功能，控制单元具备信道自动切换以及自动组网等功能，自动进行网络判断，实现电力线宽带载波通信单元以及无线通信单元的网络切换。在电力线环境较好的情况下，主要采用电力线载波抄表，当电力线环境恶化或特殊要求的情况下，自动切换为无线抄表方式，保证了高效的数据传输速率。控制单元不断的检测电力线的通信情况，在电力线通信正常的情况下优选电力线宽带载波的方式进行通信，保证了工作人员能够进行高效的工作。此外，本系统依托于用户原有的电力线网络，利用宽带载波通信所用频段在电力线上干扰较少，通信可靠性更高、更稳定、安全性更好，以及通信占用频带宽，数据传输率高，数据容量大，双向传输，从而不需要二次布线，可以方便的将电力通信网络延伸到低压用户侧，实现对用户电表的数据采集，适应性好。结合无线通信单元在使用中的网络适应性和绕过障碍能力强等优点，两者结合在一起，不仅有效的提高了自动化和信息化水平，利于大规模推进电力用户用电信息采集，还在保证高效的数据传输速率的同时使抄表布线等现场施工工作变得简便灵活，当电力线环境恶化或特殊要求的情况下，自动切换为无线方式抄表。

附图说明

图1是本发明技术方案的抄表系统的结构示意图；

图2是本发明技术方案的抄表方法的流程图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，本发明提供的一种抄表系统，包括电力线宽带载波通信单元、无线通信单元、时钟单元、控制单元以及存储单元；所述电力线宽带载波通信单元、无线通信单元、时钟单元以及存储单元均与控制单元相连接；所述电力线宽带载波通信单元用于接收通过宽带电力线载波方式发送的电表信号；所述无线通信单元用于接收通过无线通信方式发送的抄表信号；控制单元用于电力线信道状况的侦测，根据侦测结果控制抄表系统在宽带电力载波通信以及无线通信之间的信道自动切换，切换信道后进行自动组网，并将从电力线宽带载波通信单元以及无线通信单元接收到的抄表信号进行格式转换生成电表数据；所述时钟单元为控制单元提供时钟触发信号；存储单元用于存储控制单元的电表数据，存储电力线宽带载波通信单元以及无线通信单元信道切换的控制命令，存储电力线信道状况侦测的控制参数。所述控制单元采用主流的微处理器，所述数据计算单元用于对宽带电力线信道状况进行实时监测，对抄表信号进行格式转换；所述逻辑判断单元用于电力线信道状况的判断，管理宽带电力线载波单元以及无线通信单元的网络信道切换；所述缓存单元用于控制单元的控制参数以及电表数据的缓冲存储。

在工作的过程中，在电力线通信正常的情况下，抄表系统通过宽带电力线载波单元与电表进行通信，当电力线通信异常时，电力线宽带载波通信单元以及无线通信单元通过数据总线向控制单元发出控制信号，控制单元接收到控制信号后，通过数据计算单元以及逻辑判断单元来判断是否需要切换通信方式，当通信情况满足切换通信方式的条件后，控制单元切换通信方式，通过无线通信单元与电表进行无线通信，并重新进行组网。通过无线通信方式通信后，控制单元仍然对电力线的信道状况进行实时侦测。在抄表系统与电表通信过程当中，控制单元采集电力线宽带载波通信单元以及无线通信单元接收到的抄表信号并进行格式转换生成电表数据，并将电表数据暂时存储于缓存单元中，最后将电表数据存储于存储单元中。具体的，所述存储单元包括RAM以及FLASH；所述RAM用于存储电表数据；所述FLASH用于存储控制单元的控制参数。所述FLASH采用主流的FLASH芯片，保证控制参数等的存储和读取，所述RAM也采用主流的RAM芯片，存储电表读数和一些缓存信息，抄表系统进行通信方式切换后，重新采集电表数据，并存储于RAM中，RAM中电表的数据实时更新。在工作时，FLASH存储控制单元的控制参数，如信道自动切换、自动组网等控制参数，在控制单元需要进行切换控制时，控制单元从FLASH存储器中取得控制参数，接着执行完信道自动切换的过程。FLASH的物理特性与常见的内存有根本性的差异：目前各类DDR、SDRAM或者RDRAM都属于挥发性内存，只要停止电流供应内存中的数据便无法保持，因此每次开机都需要把数据重新载入内存；闪存在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据，其存储特性相当于硬盘，将控制单元的控制命令存储于FLASH中，从而能够保证控制单元的高速运转，保证抄表系统的正常运行。RAM用于储存电表读数以及缓存信息，方便工作人员对电表的数据进行实时跟踪。控制单元通过时钟单元计时，在规定时间内定期检测当前的通信情况，从而决定是否切换通信方式。具体的，所述时钟单元为RTC时钟单元，RTC时钟计时精确，保证数据的按时抄读以及数据冻结。控制单元将当前的电表读数以及控制参数先预存在缓存单元中，接着控制单元将缓存单元中的数据传输给外接的存储单元。

参阅图2，本技术方案还提供了一种抄表方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：通过电力线收发抄表的信号；

步骤2：周期性检测电力线信道状况，根据接收到的通信信号判断当前电力线信道状况，若电力线通信正常，则循环步骤2，若电力线通信非正常，则转步骤3；所述通信状况判断标准为：电力线通信信道内信噪比低于预定阈值或抄表系统接收信号时的丢包率大于20％时即认为是非正常通信，所述周期为可配置周期，默认值为5分钟；

步骤3：在电力线宽带载波通信以及无线通信之间进行信道自动切换，通过无线方式收发抄表的通信信号；

步骤4：抄表系统间歇性检测电力线信道状况，根据接收到的抄表的通信信号判断当前电力线信道状况，若电力线通信正常，则返回步骤1，若电力线通信非正常，则转步骤3。该步骤中，所述通信情况判断标准为：通信信道内信噪比小于预定阈值或抄表系统接收信号时的丢包率高于5％时即认为是非正常通信，所述间歇时间为可配置时间，默认值为30分钟。

所述通信信号包括通信信道内的信噪比以及丢包率。

在电力线能够正常通信的情况下，抄表系统通过电力线接收抄表的信号，抄表系统的控制单元周期性检测最近5分钟内电力线通信情况，当电力线通信信道内的信噪比低于预定阈值或者抄表系统接收到的电表的信号的丢包率高于20％时，控制单元通过数据计算以及逻辑检测，判断当前电力线环境已经变差，这个时候，抄表系统将在控制单元的控制下，自动切换为无线抄表的方式通信。抄表系统切换为无线通信方式后，控制单元每隔30分钟自动检测当前的电力线通信情况，当检测到当前电力线通信信道内的信噪比高于预定阈值或者控制单元判别到当前的丢包率低于5％时，即认为当前电力线的环境已经恢复到良好的状态，这个时候，抄表系统将在控制单元的控制下，自动由无线通信方式切换到电力线宽带通信方式。

本抄表方式能够自动检测当前系统的通信情况，根据当前的通信情况自主选择合适的数据传输方式，扩大了控制范围，将不同的传输网络用同一个系统将其结合起来同一检测和控制，增强系统之间的协同性，保证了高效、可靠的工作。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种抄表系统，其特征在于：包括电力线宽带载波通信单元、无线通信单元、时钟单元、控制单元以及存储单元；

所述电力线宽带载波通信单元、无线通信单元、时钟单元以及存储单元均与控制单元相连接；

所述电力线宽带载波通信单元用于收发通过宽带电力线载波方式传送的抄表信号；

所述无线通信单元用于收发通过无线通信方式传送的抄表信号；

控制单元用于电力线信道状况的侦测，根据侦测结果控制抄表系统在宽带电力载波通信以及无线通信之间的信道自动切换，切换信道后进行自动组网，并将从电力线宽带载波通信单元以及无线通信单元接收到的抄表信号进行格式转换生成电表数据；

所述时钟单元为控制单元提供时钟触发信号；

存储单元用于存储控制单元的电表数据，存储电力线宽带载波通信单元以及无线通信单元信道切换的控制命令，存储电力线信道状况侦测的控制参数。

2.根据权利要求1所述的抄表系统，其特征在于：所述控制单元包括数据计算单元、逻辑判断单元以及缓存单元；

所述数据计算单元用于对电力线信道状况进行实时监测，对抄表信号进行格式转换；

所述逻辑判断单元用于电力线信道状况的判断，管理电力线载波以及无线通信的网络信道切换；

所述缓存单元用于控制单元的控制参数以及数据的缓冲存储。

3.根据权利要求1所述的抄表系统，其特征在于：所述存储单元包括RAM以及FLASH；

所述RAM用于运行程序及存储运行数据；

所述FLASH用于存储程序、抄表数据及控制单元的控制参数。

4.根据权利要求1所述的抄表系统，其特征在于：所述时钟单元为RTC时钟单元。

5.一种应用于权利要求1-4任意一项所述的抄表系统的抄表方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过电力线宽带载波通信收发抄表的通信信号；

步骤2：周期性检测电力线信道状况，根据接收到的抄表的通信信号判断当前电力线信道状况，若电力线通信正常，则循环步骤2，若电力线通信非正常，则转步骤3；

步骤3：在电力线宽带载波通信以及无线通信之间进行信道自动切换，通过无线通信方式收发抄表的通信信号；

步骤4：抄表系统间歇性检测电力线信道状况，根据接收到的抄表的通信信号判断当前电力线信道状况，若电力线通信正常，则返回步骤1，若电力线通信非正常，则循环步骤4。

6.根据权利要求5所述的抄表方法，其特征在于，所述通信信号包括通信信道的信噪比以及丢包率。

7.根据权利要求5或6所述的抄表方法，其特征在于：步骤2中，所述通信状况判断标准为：电力线通信信道的信噪比低于预定最低阈值或抄表系统接收信号时的丢包率大于20％时即认为是非正常通信。

8.根据权利要求7所述的抄表方法，其特征在于：步骤2中，所述周期为5分钟。

9.根据权利要求5所述的抄表方法，其特征在于：步骤4中，所述通信情况判断标准为：无线通信信道信噪比大于预定最高阈值或抄表系统接收信号时的丢包率大于5％时即认为是非正常通信。

10.根据权利要求9所述的抄表方法，其特征在于：步骤4中，所述间歇时间为30分钟。

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