專利名稱：購電關口電能信息無線數傳終端的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種實現購電關口電能信息采集與無線傳輸的硬件終端設備，屬于電
力系統電能信息采集自動化技術領域。
背景技術：
隨著電力公司對購電關口計量的深化管理，要求能夠實時的采集電廠購電關口電 能信息，但電力公司至電廠的遠程通信網絡通道的覆蓋并不全面，特別是數量眾多的非統 調電廠，基本上沒有遠程通信網絡，這給電力公司實時采集電廠購電關口電能信息帶來了 很大困難。 現階段部分電廠采用電話Modem方式來實現數據采集，但Modem方式存在通信故 障率高、不穩定、不實時、通信費用高等缺點。 因此，針對電廠購電關口電能信息實時采集應用要求，有必要設計一種能實現電 廠購電關口電能信息實時采集，且不需鋪設遠程通訊網絡，具有高可靠性、實時性和通訊費 用低的采集通訊設備。
發明內容
本發明的目的是利用遍布各地的GPRS無線通訊網絡，合理配置嵌入式系統的硬 件資源，研制高實時性、高可靠性、低成本的"購電關口電能信息無線數傳終端"，實現了電 廠購電關口電能信息的實時采集，提高電廠購電關口計量管理水平。 考慮到購電關口電能信息采集的高可靠性、高實時性、低成本的要求本發明以專 門為工控場合設計32位RISC微處理器ARM (Advanced RISC Machine)和支持GPRS無線網 絡通訊的M0T0RULA高性能工業級G24-L芯片為基本硬件平臺，開發了基于TCP/IP協議棧 的電能信息數據通訊與傳輸軟件。 —種購電關口電能信息無線數傳終端，其特征在于包括ARM CPU核心處理模塊， 所述ARM CPU核心處理模塊分別與GPRS通訊模塊、RS485串行通信接口模塊及存儲模塊相 連，所述RS485串行通信接口模塊設置有與電能表的通訊接口，在所述ARM CPU核心處理模 塊中設置有以下各功能模塊 系統初始化模塊用于以終端系統配置信息系統初始化系統，包括登陸和檢測 GPRS網絡、開始監聽GPRS網絡端口通訊、設置RS485串行通訊模塊等； 系統配置模塊用于接收、保存終端系統配置信息，包括GPRS通訊網絡參數接入 點名稱APN、 GPRS網絡端口 ；RS485串行通訊參數默認模特率；數據傳輸參數傳輸延時、 重連時間等； 通訊報文處理模塊通過同時控制GPRS網絡通訊與RS485串口通訊，實現了采集 主站與電廠關口電能表之間的采集通訊報文的透明轉發； GPRS網絡管理模塊用于每隔一定時間自檢GPRS網絡連接狀況，如發現異常則主 動斷開并重新建立連接，三次連接不成功后系統做復位操作并重新建立連接；
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所述GPRS通訊模塊包括M0T0RULA高性能工業級G24-L模塊、天線模塊和SM卡 模塊。 所述串行通信接口模塊由ARM CPU自帶的串行通信控制器UDP、USB端口構成一路 USB串行通道；標準串行通信控制器SCC0、RS232電平轉換電路MAX203、三腳插座構成一路 RS232串行通道；串行通信控制器SCC1、RS485電平轉換電路MAX485、兩腳插座構成一路路 RS485串行通道；在串行通信控制器和對應的電平轉換電路之間均設計高速光隔。
所述與電能表的通訊接口包括終端軟件，用于根據接收的主站波特率變更指令， 動態變更RS485串行通信端口波特率。 從硬件角度看，按模塊化方法設計，購電關口電能信息無線數傳終端主要包括以 下模塊ARM CPU核心處理模塊、GPRS通訊模塊、RS485串行通信接口模塊和存儲模塊。其 中RS485串行通信接口模塊提供與電能表的通訊接口，提供動態變更端口波特率功能支持 同時接入多塊不同通訊波特率的電能表。 本發明通過合理規劃硬件資源，研制了高實時性、高可靠性以及低成本的購電關 口電能信息無線數傳終端，并基于專門的硬件芯片，采用統一的網絡和規約體系，開發了相 應的應用軟件，實現了購電關口電能信息的實時采集要求。發明取得了下列有益效果
(1)解決了無遠程通訊網絡電廠的購電關口電能信息實時采集與傳輸的問題
電力公司至電廠的遠程通信網絡通道的覆蓋不全面，特別是數量眾多的非統調電 廠，基本上沒有遠程通信網絡，這給電力公司實時采集電廠購電關口電能信息帶來了很大 困難。現階段部分電廠采用電話Modem方式來實現數據采集，但Modem方式存在通信故障 率高、不穩定、不實時、通信費用高等缺點。購電關口電能信息無線數傳終端在不需鋪設遠 程通訊網絡的情況下實現了電廠購電關口電能信息實時采集與傳輸，解決了這一問題。
(2)降低了采集設備運維成本與通信費用 購電關口電能信息無線數傳終端運行穩定可靠且成本低，比傳統的Modem方式減 少了現場運維成本；GPRS無線通訊方式通訊費用低(目前30M包月5月)，比Modem方式大 大減少通訊費用(目前每兩小時一次通訊的長途撥號費加電話月租費在每月200元以上)
(3)系統開放、配置靈活 硬件結構設計的RS485通信接口 ，用戶可以根據需要共總線連接與采集多塊不同 波特率的關口電能表。對于用戶來講，開放的系統、靈活的配置將有利于利用已有的軟硬件 資源，節省投資和長期使用系統的方便。
(4)廣泛的適用性 購電關口電能信息無線數傳終端雖然最初是針對電廠購電關口電能信息實時采 集的需求而研制開發的，但由于其結構的靈活性、自身強大的通信能力，亦應用于點多面 廣，無遠程通訊網絡，需要與遠程自動化設備進行數據通訊與傳輸的場合，具有廣泛的適用 性。
圖1是購電關口電能信息無線數傳終端采集與數據傳輸網絡拓撲圖
圖2是購電關口電能信息無線數傳終端硬件電路原理框圖。
圖3是購電關口電能信息無線數傳終端硬件接口框圖。
具體實施例方式
—、購電關口電能信息無線數傳終端 購電關口電能信息無線數傳終端按模塊化設計方法，主要包括以下三大模塊核 心處理模塊、GPRS通信接口模塊、串行通信接口模塊。
1、核心處理模塊 購電關口電能信息無線數傳終端的核心處理模塊包括中央處理器ARM CPU、同步 動態隨機存取存儲器、并行閃存、實時時鐘和看門狗定時器等外圍輔助電路，它們共同構成 一個基本的嵌入式系統。
2 、 GPRS通信接口模塊 購電關口電能信息無線數傳終端的GPRS通信接口模塊包括支持GPRS無線網絡通 訊的M0T0RULA高性能工業級G24-L模塊、SIM卡模塊、天線模塊，它們共同構成GPRS通信 接口模塊。 3、串行通信接口模塊 購電關口電能信息無線數傳終端的串行通信接口模塊由ARM CPU自帶的串行通信 控制器UDP、 USB端口構成一路USB串行通道；標準串行通信控制器SCC0、 RS232電平轉換 電路MAX203、三腳插座構成一路RS232串行通道；串行通信控制器SCC1、RS485電平轉換電 路MAX485、兩腳插座構成一路路RS485串行通道；為了增強抗干擾能力，在串行通信控制器 和對應的電平轉換電路之間均設計高速光隔。
二、購電關口電能信息無線數傳終端軟件體系 軟件功能上，購電關口電能信息無線數傳終端主要完成電能信息采集請求報文的 接收、請求報文轉發與電能表回復報文的回傳功能，終端通過同時控制GPRS網絡通訊與 RS485串口通訊，實現了采集主站與電廠關口電能表之間的采集通訊報文的透明轉發。同 時，終端支持GPRS無線網絡的自動建立與中斷恢復功能。 按"功能獨立"的模塊化設計基本原則，購電關口電能信息無線數傳終端包括下 列模塊系統初始化模塊、系統配置模塊、通訊報文處理模塊、GPRS網絡管理模塊等。其中 GPRS網絡管理模塊每隔一定時間自檢GPRS網絡連接狀況，如發現異常則主動斷開并重新 建立連接，三次連接不成功后系統做復位操作并重新建立連接，這樣保證了高可靠性并始 終在線。"購電關口電能信息無線數傳終端"(以下簡稱無線數傳終端)通過GPRS無線分 組業務網絡來實現采集通信。廠站端電表通過RS485通信電纜與無線數傳終端連接，由無 線數傳終端建立GPRS無線網絡與電力公司主站服務器相連，主站采集系統通過移動光纖 專線網路以TCP/UDP通信方式與電廠端無線數傳終端進行通信，實時采集電能信息數據。
無線數傳終端的內部功能劃分為以下兩部分。
1.購電關口電能信息采集功能 無線數傳終端提供RS485通訊口與電廠端關口電能表進行數據通訊，終端支持同 時共總線接入與采集多塊不同通訊波特率的電能表。 采集過程終端接收到采集主站的電能信息數據請求報文后，將報文通過RS485 通訊口轉發至電能表，電能表回復數據報文后通過RS485 口發送給終端，終端再將回復報
5文上傳至采集主站。 2.購電關口電能信息數據傳輸功能 無線數傳終端通過GPRS無線分組業務網絡來實現數據傳輸。終端可以采用TCP
或UDP方式接入GPRS網絡，終端SM卡使用靜態IP業務，即SIM卡綁定固定的IP且永久
在線，主站通過訪問終端的GPRS網絡IP地址與端口號與終端進行通訊。 數據傳輸過程終端上電時主動建立GPRS無線網絡連接，并保證始終在線。電力
公司采集主站通過GPRS光纖專線實時發送電能信息請求報文至終端，終端接收后轉發至
電能表，終端再將接收的電能表回復報文回送至采集主站，采集主站解析回復報文提取電
能信息數據，即完成了 一次電能信息采集通訊過程。、購電關口電能信息無線數傳終端特點1)內嵌標準的TCP/IP協議棧，數據終端永遠在線；2)支持全透明方式下多中心數據傳輸；3)支持根據域名和IP地址訪問中心；4)軟硬件看門狗設計，保證系統穩定；5)采用85V-265V電壓，供電電源適應性更寬；6)抗干擾設計，適合電磁環境惡劣的應用需求；7)方便的系統配置和維護接口；8)支持串口軟件升級和遠程維護；9)終端提供一組RS485通信接口 ， 一組RS232通信接口 ，串口波特率支持范圍從
300到115200，有奇校驗、偶校驗、無校驗三種校驗方式，數據位為6、7、8位，停止位為1、2位。 10)終端的串口通訊可以通過報文動態修改、并且在通訊停止一定時間后恢復初 始設置，以支持多個不同串口參數的電能表接同一個串口 11)終端可以通過串口或SOCK方式讀取和配置終端參數，并可以發送復位命令。
12)終端可以設置廠家識別號、用戶名及密碼做辨識，可設置終端號(4位)辨識設 備的編號。 13)終端提供TCP和UDP兩種連接協議，網絡接入點(APN)支持CMNET、 C麗AP及
專線接入等方式，本地IP和本地端口由DHCP動態分配或運營商指定。 14)配置一幀最少通訊字節(0-255)和數據延時(0-255*255*5秒)以控制通訊流
量與通訊實時性，向采集中心傳輸時，每滿最少通訊字節發一幀，如數據未滿最少通訊字節
但累計到數據延時發一幀。 15)配置重新連接時間(0-255*255*5秒)，無數據斷開時間(0-255*255*5秒)以 控制終端對網絡資源的占用 16)終端完成一次數據傳送大約需要1-2秒，讀取一次數據在2. 5秒左右(視網絡 情況)。 17)終端內部采用雙循環隊列緩沖區設置，可以連續收發數據，一幀數據最大為 1024個字節，緩沖區最大為4096個字節 18)GPRS網絡斷開重新連接時間、無數據斷開時間< ±5秒(視網絡情況)，轉發 數據延時< 士5ms。
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以上僅以最佳實施例對本發明做進一步的說明，然其并非對本發明的限定，本發 明的保護范圍以表示在權利要求的內容為準。
權利要求
一種購電關口電能信息無線數傳終端，其特征在于包括ARM CPU核心處理模塊，所述ARM CPU核心處理模塊分別與GPRS通訊模塊、RS485串行通信接口模塊及存儲模塊相連，所述RS485串行通信接口模塊設置有與電能表的通訊接口，在所述ARM CPU核心處理模塊中設置有以下各功能模塊系統初始化模塊用于以終端系統配置信息系統初始化系統，包括登陸和檢測GPRS網絡、開始監聽GPRS網絡端口通訊、設置RS485串行通訊模塊；系統配置模塊用于接收、保存終端系統配置信息，包括GPRS通訊網絡參數接入點名稱APN、GPRS網絡端口；RS485串行通訊參數默認模特率；數據傳輸參數傳輸延時、重連時間；通訊報文處理模塊通過同時控制GPRS網絡通訊與RS485串口通訊，實現了采集主站與電廠關口電能表之間的采集通訊報文的透明轉發；GPRS網絡管理模塊用于每隔一定時間自檢GPRS網絡連接狀況，如發現異常則主動斷開并重新建立連接，三次連接不成功后系統做復位操作并重新建立連接；
2. 根據權利要求1所述的購電關口電能信息無線數傳終端，其特征在于所述GPRS通 訊模塊包括M0T0RULA高性能工業級G24-L模塊、天線模塊和SIM卡模塊。
3. 根據權利要求1或2所述的購電關口電能信息無線數傳終端，其特征在于所述串 行通信接口模塊由ARM CPU自帶的串行通信控制器UDP、 USB端口構成一路USB串行通道； 標準串行通信控制器SCC0、 RS232電平轉換電路MAX203、三腳插座構成一路RS232串行通 道；串行通信控制器SCC1、 RS485電平轉換電路MAX485、兩腳插座構成一路RS485串行通 道；在串行通信控制器和對應的電平轉換電路之間均設計高速光隔。
4. 根據權利要求1或2所述的購電關口電能信息無線數傳終端，其特征在于所述與 電能表的通訊接口包括終端軟件，用于根據接收的主站波特率變更指令，動態變更RS485 串行通信端口波特率。
全文摘要
本發明公開了一種購電關口電能信息無線數傳終端，其特征在于包括ARM CPU核心處理模塊，所述ARM CPU核心處理模塊分別與GPRS通訊模塊、RS485串行通信接口模塊及存儲模塊相連，所述RS485串行通信接口模塊設置有與電能表的通訊接口，在所述ARM CPU核心處理模塊中設置有以下各功能模塊系統初始化模塊、系統配置模塊、通訊報文處理模塊、GPRS網絡管理模塊。本發明的購電關口電能信息無線數傳終端在不需鋪設遠程通訊網絡的情況下實現了電廠購電關口電能信息實時采集與傳輸。
文檔編號G08C17/02GK101794502SQ201010101448
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月27日 優先權日2010年1月27日
發明者仲春林, 厲文婕, 張斌, 熊政, 謝林楓 申請人:江蘇方天電力技術有限公司