專利名稱：一種無線集中抄表裝置的制作方法
專利說明
一、技術領域本實用新型涉及一種對電水煤氣等電子表具數據的無線集中抄表裝置，尤其是無線集中抄表裝置中的智能傳輸器及與之配用的數據集中器。
二背景技術：
目前市場上電力(也包括對水、燃氣)自動抄表技術多樣化有總線、載波、紅外、工頻、超窄帶(UNB)等，抄表方式也呈多樣化有單表、多表等。系統功能逐步完善除抄表外，還具有線損統計、用電考核、遠程控制、自動收費并與銀行聯網等。
目前各類抄表系統存在如下缺點1)、總線抄表系統存在如下缺點1、施工布線工作量大，網線易受人為破壞。2、線路損壞后，故障點不易查找，易受雷擊和過電壓的影響。
2)、載波模塊抄表系統的缺點1、高頻載波信號只能在一個臺區內傳輸，無法跨臺區傳送信號。2、載波信號易受干擾，實現全天候對電能表的可靠抄收比較困難。3、由于單表模塊尺寸和成本的限制，使得在軟件和硬件上，很難進一步提高模塊的可靠性和穩定性。
3)、紅外抄表系統的缺點抄表時需由工作人員到現場，用掌上機抄收采集器中存儲的電能表數據，然后返回主站。
4)、工頻抄表系統的缺點易受諧波干擾的影響，且需要較大的注入功率。
總體而言，現有對電水煤氣等電子表具數據的無線集中抄表裝置比較復雜，集成度不夠，不利用模塊化生產和安裝，也會影響到類似裝置工作的可靠性。典型的可參照中國專利98111154。
三
發明內容
本實用新型目的是提供一種集成式對電水煤氣等電子表具數據的無線集中抄表裝置，包括直接采集電水煤氣等電子表具數據智能傳輸器及其相配合使用的數據集中器，且工作穩定可靠，克服現有的集中抄表技術的不足。
系統構成與典型組網圖本裝置主要是智能傳輸器、數據集中器集中多個智能傳輸器的數據并在系統應用軟件平臺上工作。
本實用新型智能傳輸器裝置通信系統采用了工作在433M開放頻段的單片無線收發一體芯片nRF401，采用小功率信號覆蓋，符合FCC規定ISM頻段技術要求，通過鏈式/星型拓撲組網結構可以實現小區內或高層樓宇內無線可靠傳送。
本裝置還采用了慢速跳頻的方式，從而可以避開某些頻段的干擾，使系統可靠工作。本系統可以根據現場不同的通信情況靈活組網。一般在層面積不大的高層建筑使用簡單的鏈式連接。在層面積較大或者小區內使用星型加鏈式結構，如在每一幢多層建筑設置一個中心節點(智能傳輸器內置相應的應用軟件可用作中心節點)，每個單元的智能收發器將數據傳給中心單元，各幢樓的中心單元再以鏈式連接方式將數據送至小區數據集中器。
由于本系統發射功率很小，當用電小區占地面積較大或者通信環境復雜時，可由本系統靈活的組網方式解決了傳統無線系統必須使用大功率或者體積龐大的天線系統才能解決的問題。從而可以利用微功率、內置天線完成大范圍內的通信組網。
智能傳輸器本實用新型智能無線集中抄表裝置，包括微處理器芯片、外設存儲器，微處理器的串行口、射頻通信模塊、微處理器相應數據、地址、控制口連接通訊芯片和外設存儲器，通訊芯片數據輸入口連接電子表具的數據輸出端。
本實用新型的進一步改進是設有微處理器脈沖輸入接口模塊，并設有光電隔離耦合器，用于接收脈沖式電能表信號，并可另設看門狗復位電路、顯示器和鍵盤。外設存儲器存通信協議和電能表電量等參數，存儲器選用電擦除可編程存儲器EEPROM 24C16作輔助存儲器，它能在應用系統中進行在線改寫，并能在斷電情況下保存數據而不需保護電源。
智能傳輸器用于完成電能表電量數據的采集、數據存儲、數據轉發、無線組網通信等功能。可直接連接32塊脈沖電表連接或通過485口與最多達32塊數字電表連接。內含FLASH ROM，可在停電保持數據不丟失。智能傳輸器設計特點低生產成本、高可靠性、低研發費用、開發周期短、生產投資少、結構靈活，調試方便。
數據集中器，包括微處理器、電子存儲盤、內存、串行接口、并行口、LCD顯示器接口、射頻通信模塊、微處理器相應數據、地址、控制口連接射頻通信模塊、電子存儲盤、內存、串行接口、并行口、LCD顯示器接口。
數據集中器是以一塊ALL-IN-ONE餅干電腦為核心(圖中虛框部分)，具有體積小、重量輕、功能強、可靠性好、整機結構簡單、開發周期短等特點。本實用新型特點體積小、重量輕、可靠性好、開發費用低、開發周期短、生產費用較低。
四

圖1本實用新型簡單級連方式示意圖圖2本實用新型星狀網級聯方式圖3本實用新型組網示意圖圖4為本實用新型電路結構圖圖5為本實用新型智能傳輸器與數據集中器通信數據流程流程圖圖6為本實用新型智能傳輸器接收電能表數據流程圖圖7為數據集中器電路結構圖圖8為數據集中器抄收數據流程圖圖1、2、3中各種網級聯方式中●數據集中器○智能傳輸器□電能表 無線鏈路圖4所不微處理器電路中選用89C52單片機，它內部有flashROM(足夠本儀器用來存儲程序)和256byte RAM和豐富的I/O口。
射頻通信模塊電路中選用單片無線收發一體芯片nRF401，它可以直接接單片機串口使用，數據無需曼徹斯特編碼，可直接傳輸串口數據，效率高。應用及編程非常簡單，傳送的效率很高，標稱速率就是實際速率，因為串口對大家來說是再熟悉不過的了，編程也很方便。外圍元件僅10個左右，無需聲表濾波器、變容管等昂貴的元件，只需要便宜且易于獲得的4MHz晶體，收發天線合一。
特點1)工作頻率為國際通用的數傳頻段2)FSK調制，抗干擾能力強，特別適合工業控制場合3)采用PLL頻率合成技術，頻率穩定性極好。
4)靈敏度高，達到-105dBm5)功耗小，接收待機狀態僅為8uA6)最大發射功率達+10dBm7)低工作電壓(2.7V～5.2V)，可滿足低功耗設備的要求8)具有多個頻道，可方便地切換工作頻率9)工作速率最高可達20Kbit/S(nRF401)10)僅外接一個晶體和幾個阻容、電感元件，基本無需調試11)由于采用了低發射功率、高接收靈敏度的設計，使用無需申請許可證，開闊地的使用距離最遠可達1000米485接口模塊選用MAX485轉換芯片，完成微處理器與數字電能表的接口電平轉換與通信，單5V工作電壓，可掛接32塊數字電能表。脈沖輸入接口模塊可根據需要靈活擴展，分8，16，24，32通道，帶光電隔離，用于接收脈沖式電能表信號。
存儲器為了保存通信協議和電能表電量等參數，選用電擦除可編程存儲器EEPROM 24C16作輔助存儲器，它能在應用系統中進行在線改寫，并能在斷電情況下保存數據而不需保護電源，另外，它為串行讀寫方式，只占用單片機2個I/O口。RAM用作緩沖數據存儲。
顯示器和鍵盤本裝置有足夠的I/O口和CPU時間，采用14條單片機I/O口直接驅動6位共陽極動態LED顯示器，按鍵也用I/O口直接工作，降低了系統成本。工作時只有顯示命令到達時顯示器才工作，以降低功耗。
看門狗即“Watch Dog”電路設計中還采用555振蕩電路及74LS123單穩態觸發器，構成了一個簡易的看門狗電路(也可使用單片看門狗電路MA813L)，使系統具有自恢復功能。即使系統受到干擾程序跑飛，看門狗電路可使單片機復位，系統自動恢復。
電源智能傳輸器所有模塊設計采用直流單5V供電，結構簡單，低成本。智能傳輸器與數據集中器通信數據流程流程數據集中器數據集中器是系統的核心，一般一個小區安裝一套。主要負責將小區內的電量數據匯總統計，最多可接64個智能傳輸器，并可通過市話線路、GSM或者300M無線數傳機定時向供電局集抄系統數據庫上報數據。
數據集中器結構框圖如圖7所示數據集中器是以一塊ALL-IN-ONE餅干電腦為核心(圖中虛框部分)，具有體積小、重量輕、功能強、可靠性好、整機結構簡單、開發周期短等特點。包括CPU(選用486以上芯片)、電子盤(選用8M以上、用于存儲操作系統、應用程序、數據)、內存(32M以上)、2個串行接口(一個串行口和一個并行口用于控制和與射頻模塊通信、另一個串行口用作與電力監控設備接口(TTL))、1個并行口、1個10M/100M網口、1個USB接口、硬盤接口(根據數據量情況選擇外掛硬盤大小)、軟驅接口和LCD顯示器接口。系統特點體積小、重量輕、可靠性好、開發費用低、開發周期短、生產費用較低。
數據集中器抄收數據流程如流程圖所示監控軟件功能●用戶數據庫管理，包括用戶信息、電表參數、峰谷計費周期設定等。
●歷史庫管理，可存儲一年以上的用戶電量數據。
●統計報表，可根據設定的模板定時或召喚產生各種統計報表。
●通信模塊，根據系統數據遠傳所選用的不同模塊(市話/GSM/無線擴頻電臺)定時或由位于供電局的主集抄系統召喚上送各用戶電量數據。
權利要求1.無線集中抄表裝置中的智能傳輸器，其特征是包括微處理器芯片、外設存儲器，微處理器的串行口、射頻通信模塊組成，微處理器相應數據、地址、控制口連接串行接口，由串行接口再連接射頻通信模塊，微處理器相應數據、地址、控制口同時連接外設存儲器，通信模塊的通訊芯片數據輸入口連接電子表具的數據輸出端。
2.由權利要求1所述的無線集中抄表裝置中的智能傳輸器，其特征是另設有微處理器脈沖輸入接口模塊，并設有光電隔離耦合器，用于接收脈沖式電能表信號。
3.由權利要求1所述的無線集中抄表裝置中的智能傳輸器，其特征是存儲器選用電擦除可編程存儲器EEPROM 24C16作輔助存儲器。
4.由權利要求1所述的無線集中抄表裝置中的智能傳輸器，其特征是采用微處理器I/O口直接驅動共陽極動態LED顯示器。
專利摘要對電水煤氣等電子表具數據的無線集中抄表裝置的智能傳輸器，包括微處理器芯片、外設存儲器，微處理器的串行口、射頻通信模塊、微處理器相應數據、地址、控制口連接通訊芯片和外設存儲器，通訊芯片數據輸入口連接電子表具的數據輸出端。數據集中器包括微處理器、電子存儲盤、內存、串行接口、并行口、LCD顯示器接口、射頻通信模塊，其特征是微處理器相應數據、地址、控制口連接射頻通信模塊、電子存儲盤、內存、串行接口、并行口、LCD顯示器接口。本實用新型體積小、重量輕、可靠性好、開發費用低、開發周期短、生產費用較低。
文檔編號H04B7/24GK2676153SQ03222438
公開日2005年2月2日 申請日期2003年6月3日 優先權日2003年6月3日
發明者潘紅兵, 劉先昆, 紀圣謀, 張駿, 徐健健 申請人:南京大學