本實用新型屬于數(shù)據(jù)無線傳輸領(lǐng)域，特別涉及一種用于智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，電力系統(tǒng)的運(yùn)維與管理主要是機(jī)房、設(shè)備和線路的維護(hù)、管理與巡視以及抄表數(shù)據(jù)。在機(jī)房、設(shè)備以及線路的維護(hù)、管理，巡視方面，現(xiàn)在依靠的主要手段還是使用人力、人工現(xiàn)場進(jìn)行。費時費力，不利于數(shù)據(jù)信息化管理。并且故障監(jiān)測和風(fēng)險預(yù)警能力低。

在抄表方面，主要抄表方式為RS485、電力載波，傳統(tǒng)微功率無線及基于GSM/GPRS/CDMA的公網(wǎng)平臺。在一些鄉(xiāng)村中，用戶比較分散，配電環(huán)境比較復(fù)雜。集中器與采集點間，甚至采集點與采集點間的距離都較遠(yuǎn)。面對此種環(huán)境，主流抄表方式都有相對的局限性。RS485的抄表方式需要布線，工程復(fù)雜且只適用于小范圍實施(小于1000米)，電力載波方式局限在一個配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)，且易受干擾一般只能在單相電力線上傳輸。傳統(tǒng)微功率無線抄表，點到點間傳輸距離短，穿透和抗干擾能力差，組網(wǎng)復(fù)雜且功耗相對較大。基于GSM/GPRS/CDMA公網(wǎng)平臺抄表，功耗大，運(yùn)營成本高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種用于智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組網(wǎng)相對簡單，降低了功耗，且施工簡單，無后期運(yùn)營成本開銷。本實用新型的具體技術(shù)方案如下：

用于智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其包括無線模塊、數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備和數(shù)據(jù)采集設(shè)備；

所述無線模塊分別與所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備和數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備通信連接，

所述無線模塊包括節(jié)點模塊和網(wǎng)關(guān)模塊，所述節(jié)點模塊與網(wǎng)關(guān)模塊無線通信，所述數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備通過網(wǎng)關(guān)模塊將數(shù)據(jù)采集指令發(fā)送到節(jié)點模塊，節(jié)點模塊用于將所述數(shù)據(jù)采集指令發(fā)送到數(shù)據(jù)采集設(shè)備，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備用于根據(jù)數(shù)據(jù)采集指令將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到節(jié)點模塊并通過所述節(jié)點模塊將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)模塊，所述網(wǎng)關(guān)模塊用于將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到所述數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備。

進(jìn)一步的，所述節(jié)點模塊與網(wǎng)關(guān)模塊之間采用LoRa擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)并通過LoRaWAN協(xié)議進(jìn)行無線雙向通信。

進(jìn)一步的，所述節(jié)點模塊包括第一主控微控制單元和LoRa射頻芯片，所述第一主控微控制單元與LoRa射頻芯片通過串行外設(shè)接口進(jìn)行通信；

所述網(wǎng)關(guān)模塊包括第二主控微控制單元、LoRa數(shù)字基帶芯片和射頻前端芯片，所述第二主控微控制單元與LoRa數(shù)字基帶芯片通過串行外設(shè)接口通信，所述LoRa數(shù)字基帶芯片和射頻前端芯片通信連接。

進(jìn)一步的，所述節(jié)點模塊還包括第一天線，所述第一天線與所述LoRa射頻芯片通信連接；

所述網(wǎng)關(guān)模塊還包括第二天線，所述第二天線與所述射頻前端芯片通信連接。

進(jìn)一步的，所述LoRa射頻芯片為SX1278射頻芯片；所述LoRa數(shù)字基帶芯片為SX1301芯片，所述射頻前端芯片為SX1255芯片。

進(jìn)一步的，所述節(jié)點模塊與所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備通過通信接口進(jìn)行通信；

所述網(wǎng)關(guān)模塊與所述數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備通過通信接口進(jìn)行通信。

進(jìn)一步的，所述通信接口為以太網(wǎng)接口、UART接口、光纖接口、RJ-45接口和RS-485接口中的一種或多種。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括多個數(shù)據(jù)采集設(shè)備；

所述無線模塊包括多個節(jié)點模塊，所述多個節(jié)點模塊與所述多個數(shù)據(jù)采集設(shè)備一一對應(yīng)。

進(jìn)一步的，所述網(wǎng)關(guān)模塊與多個節(jié)點模塊之間以星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)。

進(jìn)一步的，所述網(wǎng)關(guān)模塊為全雙工網(wǎng)關(guān)或半雙工網(wǎng)關(guān)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果：

本實用新型采用LoRa調(diào)制解調(diào)技術(shù)，LoRa調(diào)制解調(diào)技術(shù)使用擴(kuò)頻通信，具有傳輸距離遠(yuǎn)，穿透力好，抗干擾能力強(qiáng)以及功耗低的優(yōu)勢。在用戶分散以及干擾多的環(huán)境下，仍然能夠擁有長遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪芰?，并能保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定可靠傳輸。

本實用新型采用LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議使用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，組網(wǎng)簡單，消除了同步開銷和跳數(shù)，因而降低了功耗并且施工簡單，無后期運(yùn)營成本，容易維護(hù)。

本實用新型能夠?qū)τ跈C(jī)房、設(shè)備和線路的實施安裝較快捷，組網(wǎng)簡單?？梢怨?jié)省機(jī)房、設(shè)備和線路的維護(hù)、管理與巡視的人工成本，且有助于實現(xiàn)運(yùn)維的信息化管理，提升故障監(jiān)測和風(fēng)險預(yù)警能力。

本實用新型能夠有效提高用戶分散、干擾多的區(qū)域抄表成功率，從而減少人工對為未抄到的表的補(bǔ)抄，減輕人工抄表的負(fù)擔(dān)，進(jìn)而節(jié)省人工成本。并且施工簡單，易于維護(hù)無后期運(yùn)營成本。

附圖說明

圖1是智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是無線模塊的節(jié)點模塊結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖3是無線模塊的網(wǎng)關(guān)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下將參考附圖詳細(xì)說明本實用新型的示例性實施例、特征和方面。附圖中相同的附圖標(biāo)記表示功能相同或相似的元件。盡管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。

本實用新型針對目前機(jī)房、設(shè)備、線路的維護(hù)、管理、巡檢上的不便以及現(xiàn)有抄表技術(shù)在應(yīng)對干擾多、用戶分散的環(huán)境時存在不足而提出基于LoRa調(diào)制解調(diào)技術(shù)與LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

用于智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖1所示，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括無線模塊、數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備2和多個數(shù)據(jù)采集設(shè)備3，無線模塊分別與數(shù)據(jù)采集設(shè)備3和數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備2通信連接，無線模塊包括網(wǎng)關(guān)模塊11和和多個節(jié)點模塊12，節(jié)點模塊12與網(wǎng)關(guān)模塊11無線通信，具體的，節(jié)點模塊12與網(wǎng)關(guān)模塊11兩者之間基于LoRa擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)通過LoRaWAN協(xié)議進(jìn)行無線雙向通信。LoRa是低功耗廣域網(wǎng)通信(LPWAN,low-power wide-area network)技術(shù)中的一種，是基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無線傳輸技術(shù)，LoRa調(diào)制與多狀態(tài)FSK調(diào)制類似，使用未調(diào)制載波來進(jìn)行線性調(diào)頻，使能量分散到更廣泛的頻段。

如圖1所示，無線模塊的多個節(jié)點模塊12與多個數(shù)據(jù)采集設(shè)備3一一對應(yīng)，通過通信接口通信連接，網(wǎng)關(guān)模塊11與數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備2通過通信接口進(jìn)行通信。上述通信接口可以根據(jù)具體的數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備來進(jìn)行選擇，優(yōu)選的，通信接口為以太網(wǎng)接口、UART接口、光纖接口、RJ-45接口和RS-485接口中的一種或多種。

網(wǎng)關(guān)模塊11與多個節(jié)點模塊12之間以星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)，利用星型網(wǎng)在郊區(qū)環(huán)境下無線傳輸可以達(dá)到8-16km距離，并且消除了同步開銷和跳數(shù)，降低了功耗。網(wǎng)關(guān)模塊11位處LoRa星型網(wǎng)絡(luò)的核心位置，是多個數(shù)據(jù)采集設(shè)備和數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備之間的信息橋梁，是多信道的收發(fā)機(jī)。網(wǎng)關(guān)模塊使用不同的擴(kuò)頻因子，不同的擴(kuò)頻因子兩兩正交因而可以在同一信道中對多條不同擴(kuò)頻因子的信號進(jìn)行解調(diào)。網(wǎng)關(guān)模塊為全雙工網(wǎng)關(guān)或半雙工網(wǎng)關(guān)。

如圖2所示，節(jié)點模塊12包括第一主控微控制單元MCU1和LoRa射頻芯片，LoRa射頻芯片優(yōu)選為SX1278射頻芯片，第一主控微控制單元MCU1與LoRa射頻芯片通過串行外設(shè)接口(SPI)進(jìn)行通信，節(jié)點模塊還包括第一天線，第一天線與節(jié)點模塊的SX1278射頻芯片通信連接。

如圖3所示，網(wǎng)關(guān)模塊包括第二主控微控制單元MCU2、LoRa數(shù)字基帶芯片和射頻前端芯片，LoRa數(shù)字基帶芯片優(yōu)選為SX1301芯片，射頻前端芯片優(yōu)選為SX1255芯片，第二主控微控制單元MCU2與LoRa數(shù)字基帶芯片通過串行外設(shè)接口(SPI)通信，LoRa數(shù)字基帶芯片和射頻前端芯片通信連接，優(yōu)選的，網(wǎng)關(guān)模塊還包括第二天線，第二天線與SX1255射頻前端芯片通信連接。

LoRa擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)技術(shù)的射頻部分核心芯片采用SX1276和SX1278，這類芯片集成規(guī)模小、效率高，為LoRa無線模塊帶來高接收靈敏度。網(wǎng)關(guān)芯片SX1301具有集成度更高、信道數(shù)更多的特點?；贚oRa的無線模塊在用戶分散以及干擾多的環(huán)境下，仍然能夠擁有長遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪芰?，并能保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定可靠傳輸。

在具體使用實施過程中，首先將網(wǎng)關(guān)模塊與數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備通過相匹配的通信接口進(jìn)行連接，然后將節(jié)點模塊1至n與分別與數(shù)據(jù)采集設(shè)備1至n通過相應(yīng)通信接口進(jìn)行連接。之后，利用LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通過LoRa無線傳輸將節(jié)點模塊1至n與網(wǎng)關(guān)模塊進(jìn)行組網(wǎng)。組網(wǎng)完成后，若數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備需要對某一數(shù)據(jù)采集設(shè)備發(fā)送下行指令，例如數(shù)據(jù)采集指令，則數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備通過通信接口利用相關(guān)協(xié)議將數(shù)據(jù)采集指令發(fā)送給網(wǎng)關(guān)模塊，網(wǎng)關(guān)模塊通過LoRa無線利用LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將數(shù)據(jù)采集指令發(fā)送給目標(biāo)數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接的節(jié)點模塊，節(jié)點模塊再通過通信接口將指令發(fā)送給目標(biāo)數(shù)據(jù)采集設(shè)備。若某數(shù)據(jù)采集設(shè)備有上行數(shù)據(jù)要發(fā)送給數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備，例如，數(shù)據(jù)采集設(shè)備要把執(zhí)行數(shù)據(jù)采集指令采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備，則數(shù)據(jù)采集設(shè)備首先將該數(shù)據(jù)通過通信接口發(fā)送給其連接的節(jié)點模塊，節(jié)點模塊再通過LoRa無線利用LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送給網(wǎng)關(guān)模塊，由網(wǎng)關(guān)模塊通過相應(yīng)通信接口利用相關(guān)協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備。

節(jié)點模塊的內(nèi)部通信過程如圖2所示，當(dāng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備對數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備發(fā)送上行數(shù)據(jù)時，節(jié)點模塊主控MCU1收到數(shù)據(jù)采集設(shè)備通過通信接口發(fā)來的數(shù)據(jù)后，利用LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將數(shù)據(jù)封裝后通過SPI發(fā)送給SX1278射頻芯片，之后SX1278射頻芯片將數(shù)據(jù)調(diào)制成LoRa無線信號發(fā)送給網(wǎng)關(guān)模塊。當(dāng)數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備對數(shù)據(jù)采集設(shè)備發(fā)送下行數(shù)據(jù)時，節(jié)點模塊的SX1278射頻芯片解調(diào)出網(wǎng)關(guān)模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過SPI發(fā)送給主控MCU1，有主控MCU1解析后通過通信接口發(fā)送給數(shù)據(jù)采集設(shè)備。

網(wǎng)關(guān)模塊的內(nèi)部通信過程如圖3所示，當(dāng)數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備對目標(biāo)數(shù)據(jù)采集設(shè)備發(fā)送下行數(shù)據(jù)時，網(wǎng)關(guān)模塊主控MCU2接收到數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備通過通信接口發(fā)送的數(shù)據(jù)后，將按照相關(guān)協(xié)議解析后的數(shù)據(jù)利用LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將其進(jìn)行封裝，然后通過SPI接口發(fā)送給SX1301數(shù)字基帶芯片，由SX1301數(shù)字基帶芯片通過射頻前端芯片SX1255將調(diào)制的LoRa無線信號發(fā)送出去。當(dāng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備給數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備發(fā)送上行數(shù)據(jù)時，網(wǎng)關(guān)模塊通過射頻前端芯片SX1255接收到LoRa無線信號，通過SX1301數(shù)字基帶芯片將解調(diào)后的數(shù)據(jù)通過SPI接口發(fā)送給主控MCU2，主控MCU2再將數(shù)據(jù)利用相關(guān)協(xié)議通過通信接口發(fā)送給數(shù)據(jù)收集處理設(shè)備。

最后應(yīng)說明的是：以上所述的各實施例僅用于說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術(shù)方案的范圍。