一种基于无线传感器网络的智能远传电表制造技术

本发明专利技术公开了一种基于无线传感器网络的智能远传电表。智能电表设备的硬件包括：专用射频单元、微控制器单元、电源管理单元、电力信息采集单元、外部存储单元、液晶显示单元和故障检测单元。所述智能电表具有信息采集、计算、转发和路由等多种功能。智能电表通过射频单元，自动与其他智能电表形成电表网络，通过网关与供电企业的计算机系统相连。本发明专利技术在应用时可以与其它基于ＺｉｇＢｅｅ技术的无线公用事业产品相连，作为其它表网的基站。利用本发明专利技术，实现了远程供电企业与电力用户基于无线网络的可靠连接，实现了数据的双向传输，满足了电力企业的对居民用电管理的需求。

Intelligent remote meter based on Wireless Sensor Network

The invention discloses an intelligent remote transmission meter based on a wireless sensor network. The hardware of the intelligent meter equipment comprises a special radio frequency unit, a microcontroller unit, a power management unit, an electric power information acquisition unit, an external memory unit, a liquid crystal display unit and a fault detection unit. The intelligent electric meter has many functions such as information collection, calculation, forwarding and routing. The intelligent meter is connected with the computer system of the power supply enterprise through the radio frequency unit and automatically forms the ammeter network with other intelligent electric meters. The invention can be connected with other wireless utility products based on ZigBee technology when used, and is used as a base station for other netlist. By using the invention, the reliable connection between the remote power supply enterprise and the electric power user based on the wireless network is realized, and the bidirectional transmission of data is realized, which meets the requirement of the electric power management of the electric power enterprise.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线传感器网络技术、远程抄表与数据釆集领域，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。
技术介绍
无线传感器网络 (Wireless Sensor Network,简称WSN ) #皮 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。无线传感器网症各(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 器及通讯釆集控制方法。中国专利CN1 304030A, 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。
技术实现思路
本专利技术根据上述现有技术，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，本专利技术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。由于网络拓朴结构已经形成，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釆集、计算、转发和路由功能。智能表网的 拓朴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。本电表系统支持预付费工作模式，用户网上缴纳费用后由控制中心将费率、电能数发送到节点保存，然后节点本身通过设置的费率及 用电时间进行用电量的统计并存储，当购买电能量余额超过预设阀 值，电表节点或控制中心对用户进行缴费提示。当电能量消耗超过用 户购买电能量并欠费到某一额度时，控制中心可以及时采取远程断电 措施。如果当网络出现故障时，电表节点仍能单独管理用户的用电。当 网络故障排除后又可以上传用户的信息。因表引起的无线通讯中断不 影响单表数据采集和保存(仅影响本表数据的读出)，也不影响其它表数据的读出，即使本次读数时改表出现故障，只需重新发射数据， 仍可以继续读表，其安全性和稳定性比较可靠。本专利技术的远程抄表系统不再局限于集中远程抄送模式，优选地， 它既可以对单 一用户在线抄读又可以对某楼宇或某住宅小区用户的 电能信息集中读取而不需人工干预。每个电能表节点都有唯一的网络ID,控制中心向目标节点发送抄送命令，目标节点收到命令后，经 确认后发送应答帧，该帧包括电能表节点ID,时间域，所耗电能量 等有效信息。每个楼宇或住宅小区都设有基站，每个基站都存有该楼 宇或小区所有用户的当前用电信息，控制中心施行远程集抄时，向目 标基站发送集抄命令，基站收到命令后，在有效时间内更新相关节点 数据信息，并将最新信息通过互联网发送给控制中心。本专利技术中的智能更新可以使电表在升级时通过网络进行，只须控 制中心发布新的程序代码，电表节点可以实现下载然后本地更新。无 需回收电表人工更新。节点上的MCU支持Boot Loader功能，该 功能提供了一个由MCU本身来下载程序代码的并进行自编程的机制。这一机制可以使系统可以在MCU的控制下，通过运行驻留于程序Flash的Boot Loader代码，灵活地进行应用软件升级。优选地，本系统中的智能电表能够自主检测其信号强度和网络状 态，系统通过实时在线监测，判断设备通信状态、供断电状态、智能 电能表节点是否失效等信息，从而进行在线管理。该系统使电能表真 正走向智能化、网络化。从上述技术方案可以看出，本专利技术提供的基于无线传感器网络技 术的智能电表设备充分利用了 ZigBee技术的低成本，低能耗，自组 织网络，覆盖范围广等特点。相对于其它传统电表设备，本方案具有 以下优点*高可靠性相对现有的无线抄表设备和技术，本方案具有更高的冗余度，数据可以通过多条路径传输。 *低成本除了降低人力成本之外，还具有很低的维护成本和使用成本。*高安全性采用了世界先进的数据网络通讯安全技术。*高可扩展性系统的更新可以完全通过软件远程实现，而无 须更换电表。*有利于实现复杂的用电政策如阶梯电价、峰谷电价等，从而 推动节能运动。*提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线传感器网络的智能远传电表，其特征在于，该设备包含：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；微处理器模块，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；电源供应模块，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李超，牛斗，苏梅英，
申请(专利权)人：吉林市曼博科技有限公司，
类型：发明
国别省市：22[中国|吉林]