[发明专利]一种基于无线传感器网络的智能远传电表

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术、远程抄表与数据采集领域，尤其涉及一种基于无线传感器网络技术的智能化电力计量表设备。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，简称WSN)被认为是21世纪最重要的技术之一，是众多的传感器通过无线通信的方式，相互联系，处理、传递信息的网络。该网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，可以实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，传送给所需用户。无线传感器网络在军事、工业、交通、安全、医疗、探测以及家庭和办公环境等很多方面都有着广泛的用途，其研究、开发和应用，关系到国家安全、经济发展等各个重大方面，近年来在国际上引起了广泛的重视和投入。

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)结构如图1所示。无线传感器网络通常由传感器节点群、基站(sink节点)和管理节点组成。传感器节点分布于网络的各个部分，用于收集数据，并且将数据路由至基站。基站与管理节点通过广域网络(如Internet网络或者卫星网络)进行通信，以便管理节点对收集到的数据进行处理。

传统的远程电力抄表系统包括有线和无线两种方式。中国专利90223666.0，92110485.5等公布了基于电力线载波的远传抄表系统和装置。中国专利01107528.7公布了一种基于以太网电表数据采集器及通讯采集控制方法。中国专利CN1304030A，CN1414346A公开了基于无线的远程抄表的方法及远程抄表系统。其中有线的抄表系统存在系统安装复杂，通信线路长期维护的费用高等特点；载波通信系统的讯号和抗干扰性受电力网影响很大，民用效果不理想；而现有的普通无线抄表系统使用的电表通常都需要租用公网，安装、维护和运行的费用较高；电表智能化程度低，不支持双向通信，无法升级；网络覆盖率小。

为了满足电力系统服务的实际需要，结合基于ZigBee的无线传感器网络技术，设计实现新型智能远传电表，将有十分重要的意义。

发明内容

本发明根据上述现有技术，针对目前智能化电表设备的问题和不足之处，提供一种基于无线传感器网络的智能远传电表。以实现电力计量数据的实时采集，电力参数的无线网络远程传输，智能电表上的数据融合和电力表网网络数据的转发；支持本地电表的远程控制；支持电力电表网络的管理功能，包括：本地电表注册、电表状态、路由信息管理和本地故障诊断等。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于无线传感器网络的智能电表设备，该设备的硬件包括：专用射频单元，用于实现电表网络中各电表节点间的无线通信；微控制器单元，用于完成节点上的数据处理和逻辑运算，以及各单元的控制；电源管理单元，用于为节点各单元提供合适的电压、电流以及对突发掉电事件的检测与处理；电力信息采集单元，用于采集电表用户的用电信息；外部存储单元，用于掉电时存储电表工作参数及网络路由消息等；液晶显示单元，用于提供给电表使用者予电表工作状态和用电量、费用等信息；故障检测单元，用于检测电表硬件各单元故障。实时时钟单元，用于提供系统时间，并可在液晶单元上显示实时时间。

优选地，智能电表设备作为一个采集及监控的终端节点，由单片SOC芯片CC2430构成专用射频单元和微控制器单元。

优选地，在CC2430中嵌入ZigBee协议栈，利用IEEE 802.15.4标准提供的2.4G免费频段与其他基于ZigBee产品无线数据通讯。

优选地，当智能电表网结构形成之后，每个智能电表节点处于电能量采集状态，采集电能量存放于内部存储器RAM中；当发生断电情况时，电表工作参数及网络路由消息等及时存入外部存储单元中，电力管理部门可以通过定时采集主动或被动两种方式对智能电表节点进行单用户抄送或集抄准确数据。由于网络拓扑结构已经形成，部分智能电表节点具有数据转发功能，能够接收其邻居电能表节点数据，并直接或间接发送给基站。液晶单元显示各工作智能电表节点的网络状态，当某电表节点长时间不在网内，电力管理部门通过有效的修复机制保证用户的正常用电。

智能电表通过专用射频单元与其它智能电表或者基于ZigBee的产品进行无线通信，形成一个自组织的智能电表网络。网络中的每一个智能电表同时具有数据采集、计算、转发和路由功能。智能表网的拓扑结构可以为星形和簇树，无线通信的范围将不受地理条件的制约。