[发明专利]一种无线自组网抄表系统采集器装置及运行方法

说明书

技术领域

本发明适用于微功率无线自组网抄表，涉及通信技术领域和电力技术领域，尤其涉及一种无线自组网抄表系统采集器装置及运行方法。

背景技术

对电表、水表、燃气表和热力表的智能化抄读和控制具有十分重要的意义。目前，国内的抄表方式主要有人工、红外、射频识别、485总线、电力线载波、移动通信技术(CDMA、GPRS、3G、LTE等)、以太网和微功率无线自组网抄表等。其中，人工抄表人力成本高、抄读误差大，逐渐被淘汰；红外抄表和射频识别抄表依然需要专人或专车挨家挨户或逐个小区的抄读，效率有待提高；485总线抄表方式需要布线，而且只能在小范围内实施；移动通信抄表方式由于基带芯片和移动业务的成本较高，目前仅适合于大用户的表类集抄，或作为集中器的上行通信方式；以太网抄表方式由于其接入点分布不够广泛，因此仅适合于集中器的上行通信方式；电力线载波抄表方式由于受目前国内电网的客观条件限制，目前还存在许多技术难题；微功率无线自组网方式具有大规模、低成本、低功耗、自组织、以数据为中心等优点，非常适合于居民小区、大型楼宇和工业园区等电网“最后一公里”范围内的表类集抄。

微功率无线自组网抄表方式借鉴无线传感器网络的思想，为空间上在一起的一只或多只电表分配一个采集器(节点)，负责采集电表的平、尖、峰、谷和总电能值等各种用电信息，对电表实施配置和冻结等各种控制。同时，为每个居民小区、大型楼宇和工业园区等分配一个或多个集中器(汇聚节点或基站)，用于汇聚整个辖属范围内采集器采集到的数据，并通过采集器对电表进行控制。此外，考虑到通信距离的限制，在集中器和采集器之间需要若干中继器(中继节点)，实现集中器和采集器之间的双向数据转发。微功率无线自组网抄表方式的典型实例是ZigBee和工作于433Mhz的专有协议。

现有技术至少存在以下问题：

ZigBee和专有协议所工作的工业科学医疗(ISM)频段集中了蓝牙、Wi-Fi、WLAN等多种通信方式，信道干扰多，安全性较低。工作在2.4Ghz的ZigBee通信距离短，穿透能力不足，在复杂的小区、楼宇和工业环境下适应能力较差。

正是以解决上述问题为出发点，系统地研究和设计了一种无线自组网抄表系统采集器装置及运行方法。在目前的国内外相关领域研究报道和检索中未见与本专利相同或类似的设计。

发明内容

技术问题：

本发明的目的是提供应用于微功率无线自组网抄表的一种无线自组网抄表系统采集器装置及运行方法，解决现有方法信道干扰多、安全性较低、通信距离短和穿透能力弱的问题，并且要求其投资成本低、性价比高、实时性好、安全可靠、使用和维护方便。

技术方案：

一种无线自组网抄表系统采集器装置，包括负责整个装置的运算和控制的处理器单元、用来连接一只或多只电表的总线接口单元、负责与无线自组网抄表系统集中器交互数据和命令的无线收发单元、以及为整个装置提供电源的电源管理单元；串行总线接口单元通过UART口和GPIO口与所述处理器单元连接；无线收发单元与所述处理器单元连接；

所述处理器单元包括处理器、调试接口、晶振电路、扩展标识器和扩展存储器；所述处理器与调试接口、扩展标识器和扩展存储器进行数据交换；晶振电路与处理器的晶振电路接口连接；

所述调试接口包括JTAG接口和串口，JTAG接口用于程序的烧写，串口用于调试信息的输出；所述扩展标识器用于标识本采集器装置的唯一地址；所述扩展存储器对采集到的电能信息进行存储；

处理器单元、串行总线接口单元和电源管理单元位于一块PCB板上，该PCB板即为母板；无线收发单元位于一块PCB板上，该PCB板即为无线收发子板；所述母板与无线收发子板之间的硬件连接是采用标准接口连接。

所述串行总线接口单元是485总线接口单元；所述485总线接口单元包括隔离单元和RS485-TTL电平转换单元；所述隔离单元是光电耦合器构成；所述RS485-TTL电平转换单元是485驱动收发芯片；485驱动收发芯片与所述处理器单元之间连接光电耦合器；

所述485总线接口单元与处理器的通用异步串行接口UART和通用输入输出接口GPIO连接。

所述无线收发单元包括接插件、射频芯片、平衡匹配电路和天线；射频芯片和天线之间连接平衡匹配电路；射频芯片的有线输入/输出口通过接插件连接处理器的同步串行外围接口SPI；

所述接插件用来连接母板和无线收发子板，并为无线收发子板提供固定支架和电源；

所述射频芯片提供调制解调、数据处理和数据缓存功能；