專利名稱：基于無線傳感網(wǎng)絡的農(nóng)村智能電網(wǎng)遠程抄表系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及智能電網(wǎng)系統(tǒng)，具體地說是用于農(nóng)村智能配電網(wǎng)建設的基于無線傳感器網(wǎng)絡的農(nóng)村智能電網(wǎng)遠程抄表系統(tǒng)。
背景技術：
電力遠程抄表系統(tǒng)是目前配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的一項重要內(nèi)容，也是目前配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中最為活躍的部分。而生活中三表的查對、收費等瑣事往往帶來很多麻煩。目前使用的抄表方式主要有人工讀取表值再進行計價收費，此方式不僅對用戶、收費單位而言都費時費力，而且也容易出現(xiàn)錯誤和糾紛，很難做到準確、輕松、便捷，與現(xiàn)今日益向網(wǎng)絡化信息化方向前進的社會已顯得十分不適應，目前暴露出一些突出的問題，包括手工抄表效率低下，存在多抄、漏抄、筆誤、估表和抄表卡管理不善等問題，客觀上為違法用電及非法竊電提供了方便，電力部門無法對現(xiàn)場的抄表工作進行有效的管理，因此如何解決抄表難、管理難的問題成為了廣大供電企業(yè)一個比較緊迫的課題。此外就是在某些地方使用的IC卡記費方式，此方式需要經(jīng)常換卡，頻繁查費等；雖然也曾經(jīng)提出過無線抄表、網(wǎng)絡抄表等方式，但由于成本高，設備復雜以及技術不完善而無法真正應用和推廣。而且現(xiàn)有的無線抄表裝置中其發(fā)射、接收裝置一般均采用集成化芯片來實現(xiàn)，而在實際應用中，由于發(fā)射裝置的數(shù)量遠遠大于接收裝置的數(shù)量，并且其功能要求相對要簡單的多，因此全部使用價格昂貴、功能繁多的集成化芯片在很大程度上講是成本和功能的雙重浪費。對于用戶分散，量大面廣的小城鎮(zhèn)和農(nóng)村，由于資金和一次設備等種種原因，很難推廣應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有遠程抄表系統(tǒng)無法推廣應用到小城鎮(zhèn)和農(nóng)村的問題，提供了一種用于農(nóng)村智能遠程抄表、安全線路檢測、電力防盜與一體的遠程抄表系統(tǒng)。電表數(shù)據(jù)全自動采集，可以為電力行業(yè)提高工作效率和可靠性，節(jié)省人力資源，并且不必改裝原本的用戶電表，易于推廣。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的農(nóng)村智能電網(wǎng)遠程抄表系統(tǒng)，包括傳感器節(jié)點、中轉節(jié)點、匯聚節(jié)點和數(shù)據(jù)服務中心四部分，傳感器節(jié)點隨機部署在監(jiān)測電表區(qū)域內(nèi)并組成無線自組織網(wǎng)絡，傳感器節(jié)點監(jiān)測的數(shù)據(jù)沿著無線自組織網(wǎng)絡逐跳進行傳輸，經(jīng)多跳后路由到匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點負責接收和處理無線自組織網(wǎng)絡中各個傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)，并能通過Internet或GPRS網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)服務中心進行集中處理，工作人員可以通過Internet訪問傳感器節(jié)點采集的信息，并可以對無線自組織網(wǎng)絡進行配置和管理，數(shù)據(jù)服務中心將用戶消費電量情況、繳納電費信息及時通過短信告知用戶。所述傳感器節(jié)點包括CC2530處理器、傳感器模塊、天線、電源以及功率放大模塊，傳感器模塊用于采集電度表計的數(shù)據(jù)，傳感器模塊將采集的數(shù)據(jù)通過功率放大模塊的放大，再傳給CC2530處理器進行下一步處理，CC2530處理器先把采集的數(shù)據(jù)信號進行模數(shù)轉換，然后進行處理，處理后的數(shù)據(jù)由天線發(fā)出，電源模塊主要對系統(tǒng)供電。所述中轉節(jié)點包括CC2530處理器、天線、RF功率放大模塊以及存儲器，RF功率放大模塊設置在CC2530處理器與天線之間。所述匯聚節(jié)點一方面通過無線自組織網(wǎng)絡與傳感器節(jié)點通信，另一方面通過GPRS網(wǎng)絡或Internet網(wǎng)與數(shù)據(jù)管理中心通信，所述匯聚節(jié)點主要由CC2530處理器、ARM芯片、GPRS模塊、以太網(wǎng)接口、FLASH程序存儲器、SDRAM數(shù)據(jù)存儲器、電源及復位模塊組成，無線自組織網(wǎng)絡為Zig-Bee網(wǎng)絡，CC2530處理器利用Zig-Bee網(wǎng)絡同傳感器節(jié)點或中轉節(jié)點進行通信，ARM芯片為匯聚節(jié)點的微處理器，它的串口同GPRS模塊相連，GPRS模塊利用SM卡提供GPRS網(wǎng)絡服務，復位模塊用于提供手動復位。所述數(shù)據(jù)管理中心包括數(shù)據(jù)分析處理單元、監(jiān)控單元、數(shù)據(jù)庫平臺、管理單元、數(shù)據(jù)傳輸接口，數(shù)據(jù)庫平臺包括用戶用電量數(shù)據(jù)，用戶相關信息及每個傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、ID對應的地理位置等信息，統(tǒng)管理單元包括用戶用電量低度數(shù)、用戶已繳費用、用戶欠費等相關信息，管理單元調(diào)用數(shù)據(jù)庫平臺用戶相關信息，在特定的時間內(nèi)將用戶用電量、費用等信息以短信的方式告知用戶，數(shù)據(jù)傳輸接口用于接收匯聚節(jié)點通過GPRS網(wǎng)絡或Internet網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫平臺下通過數(shù)據(jù)處理單元分析處理，在監(jiān)控單元顯示遠端無線傳感網(wǎng)絡實時數(shù)據(jù)、遠端節(jié)點、線路運行情況。傳感器節(jié)點之間、傳感器節(jié)點與中轉節(jié)點之間之間以及傳感器節(jié)點與匯聚節(jié)點之間采用IEEE 802. 15. 4協(xié)議作為無線傳感器網(wǎng)絡通信的協(xié)議標準。本發(fā)明的顯著效果是融合了遠程抄表、線路與設備檢測、電力防盜等功能，開創(chuàng)了農(nóng)村智能配電網(wǎng)建設與檢測的新模式，實現(xiàn)了以低成本、高效、可靠遠程抄表、線路安全檢測、電力防盜等功能。該系統(tǒng)將傳感器節(jié)點任意部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，通過自組網(wǎng)的方式構成傳感器網(wǎng)絡；每個節(jié)點采集的電表數(shù)據(jù)經(jīng)過多跳的方式路由到匯聚節(jié)點；匯聚節(jié)點將數(shù)據(jù)經(jīng)過初步處理后存儲到數(shù)據(jù)中心；遠程用戶可以通過Internet訪問數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)，并可進行遠程任務控制。


本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中圖1是本發(fā)明的整體電路原理圖；圖2是傳感器節(jié)點的電路原理圖；圖3是中轉節(jié)點的電路原理圖；圖4是匯聚節(jié)點的電路原理圖；圖5數(shù)據(jù)管理中心的原理圖；圖6是本發(fā)明的匯聚節(jié)點工作流程具體實施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。如圖1 5所示，該基于無線傳感器網(wǎng)絡的農(nóng)村智能電網(wǎng)遠程抄表系統(tǒng)包括傳感器節(jié)點、中轉節(jié)點、匯聚節(jié)點和數(shù)據(jù)服務中心四部分。傳感器節(jié)點隨機部署在監(jiān)測電表區(qū)域內(nèi)，以自組織的方式構成網(wǎng)絡。節(jié)點監(jiān)測的數(shù)據(jù)沿著傳感器節(jié)點逐跳地進行傳輸，經(jīng)多跳后路由到匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點負責接收和處理網(wǎng)絡中節(jié)點的信息，并能通過Internet或GPRS網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)管理進行集中處理。工作人員可以通過Internet訪問傳感器節(jié)點采集的信息，并可以對傳感器網(wǎng)絡進行配置和管理。數(shù)據(jù)管理中心將用戶消費電量情況、繳納電費等信息及時通過短信告知用戶。在本發(fā)明的一個實施例中該無線傳感網(wǎng)絡核心芯片CC2530選擇TI公司的CC2530-F256。分別帶有256KB的閃存空間；它整合了全集成的高效射頻收發(fā)機及業(yè)界標準的增強型8051微控制器，8KB的RAM和其他強大的支持功能和外設。該匯聚節(jié)點ARM處理器選擇三星公司的S3C4510B，S3C4510B中內(nèi)置了 ARM公司設計的16/32位ARM7TDMI處理器，可以執(zhí)行32位的ARM指令，也可執(zhí)行16位的THUMB指令，并集成了多種外圍部件。FLASH程序存儲器采用兩片HY29LV160并聯(lián)的方式構建32位的Flash存儲器系統(tǒng)，其中一片為高16位，另一片為低16位，將兩片HY29LV160作為一個整體配置到S3C4510B的ROM。SDRAM數(shù)據(jù)存儲器選用的兩片HY57V641620并聯(lián)構建32位的SDRAM存儲器系統(tǒng)，共16MB的SDRAM空間，可滿足嵌入式操作系統(tǒng)及各種相對較復雜的算法的運行要求。所述匯聚節(jié)點工作流程如圖6所示，其中包括一些步驟組成S1、對所有ZigBee節(jié)點進行監(jiān)聽。當收到入網(wǎng)信號時，集中器對所屬ZigBee網(wǎng)絡的網(wǎng)絡地址及節(jié)點個數(shù)進行查詢，如果有空節(jié)點并且不是已有的網(wǎng)絡地址，就進行入網(wǎng)允許；當收到表計數(shù)據(jù)時，把數(shù)據(jù)通過GPRS模塊或Internet模塊上報給數(shù)據(jù)管理中心。S2、當收到下發(fā)給匯聚節(jié)點的信息時，匯聚節(jié)點進行處理；當收到下發(fā)給電表的信息時過ZigBee網(wǎng)把信息傳給電表，電表進行相應處理。
權利要求
1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的農(nóng)村智能電網(wǎng)遠程抄表系統(tǒng)，其特征在于:包括傳感器節(jié)點、中轉節(jié)點、匯聚節(jié)點和數(shù)據(jù)服務中心四部分，傳感器節(jié)點隨機部署在監(jiān)測電表區(qū)域內(nèi)并組成無線自組織網(wǎng)絡，傳感器節(jié)點監(jiān)測的數(shù)據(jù)沿著無線自組織網(wǎng)絡逐跳進行傳輸，經(jīng)多跳后路由到匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點負責接收和處理無線自組織網(wǎng)絡中各個傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)，并能通過Internet或GPRS網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)服務中心進行集中處理，工作人員可以通過Internet訪問傳感器節(jié)點采集的信息，并可以對無線自組織網(wǎng)絡進行配置和管理，數(shù)據(jù)服務中心將用戶消費電量情況、繳納電費信息及時通過短信告知用戶。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡的農(nóng)村智能電網(wǎng)遠程抄表系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器節(jié)點包括CC2530處理器、傳感器模塊、天線、電源以及功率放大模塊，傳感器模塊用于采集電度表計的數(shù)據(jù)，傳感器模塊將采集的數(shù)據(jù)通過功率放大模塊的放大，再傳給CC2530處理器進行下一步處理，CC2530處理器先把采集的數(shù)據(jù)信號進行模數(shù)轉換，然后進行處理，處理后的數(shù)據(jù)由天線發(fā)出，電源模塊主要對系統(tǒng)供電。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡的農(nóng)村智能電網(wǎng)遠程抄表系統(tǒng)，其特征在于:所述中轉節(jié)點包括CC2530處理器、天線、RF功率放大模塊以及存儲器，RF功率放大模塊設置在CC2530處理器與天線之間。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡的農(nóng)村智能電網(wǎng)遠程抄表系統(tǒng)，其特征在于:所述匯聚節(jié)點一方面通過無線自組織網(wǎng)絡與傳感器節(jié)點通信，另一方面通過GPRS網(wǎng)絡或Internet網(wǎng)與數(shù)據(jù)管理中心通信，所述匯聚節(jié)點主要由CC2530處理器、ARM芯片、GPRS模塊、以太網(wǎng)接口、FLASH程序存儲器、SDRAM數(shù)據(jù)存儲器、電源及復位模塊組成，無線自組織網(wǎng)絡為Zig-Bee網(wǎng)絡，CC2530處理器利用Zig-Bee網(wǎng)絡同傳感器節(jié)點或中轉節(jié)點進行通信，ARM芯片為匯聚節(jié)點的微處理器，它的串口同GPRS模塊相連，GPRS模塊利用SM卡提供GPRS網(wǎng)絡服務，復位模塊用于提供手動復位。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡的農(nóng)村智能電網(wǎng)遠程抄表系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)管理中心包括數(shù)據(jù)分析處理單元、監(jiān)控單元、數(shù)據(jù)庫平臺、管理單元、數(shù)據(jù)傳輸接口，數(shù)據(jù)庫平臺包括用戶用電量數(shù)據(jù)，用戶相關信息及每個傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、ID對應的地理位置等信息，統(tǒng)管理單元包括用戶用電量低度數(shù)、用戶已繳費用、用戶欠費等相關信息，管理單元調(diào)用數(shù)據(jù)庫平臺用戶相關信息，在特定的時間內(nèi)將用戶用電量、費用等信息以短信的方式告知用戶，數(shù)據(jù)傳輸接口用于接收匯聚節(jié)點通過GPRS網(wǎng)絡或Internet網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫平臺下通過數(shù)據(jù)處理單元分析處理，在監(jiān)控單元顯示遠端無線傳感網(wǎng)絡實時數(shù)據(jù)、遠端節(jié)點、線路運行情況。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡的農(nóng)村智能電網(wǎng)遠程抄表系統(tǒng)，其特征在于:傳感器節(jié)點之間、傳感器節(jié)點與中轉節(jié)點之間之間以及傳感器節(jié)點與匯聚節(jié)點之間采用IEEE 802.15.4協(xié)議作為無線傳感器網(wǎng)絡通信的協(xié)議標準。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的農(nóng)村智能電網(wǎng)遠程抄表系統(tǒng)，包括傳感器節(jié)點、中轉節(jié)點、匯聚節(jié)點和數(shù)據(jù)服務中心四部分，融合了遠程抄表、線路與設備檢測、電力防盜等功能，開創(chuàng)了農(nóng)村智能配電網(wǎng)建設與檢測的新模式，實現(xiàn)了以低成本、高效、可靠遠程抄表、線路安全檢測、電力防盜等功能。該系統(tǒng)將傳感器節(jié)點任意部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，通過自組網(wǎng)的方式構成傳感器網(wǎng)絡；每個節(jié)點采集的電表數(shù)據(jù)經(jīng)過多跳的方式路由到匯聚節(jié)點；匯聚節(jié)點將數(shù)據(jù)經(jīng)過初步處理后存儲到數(shù)據(jù)中心；遠程用戶可以通過Intemet訪問數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)，并可進行遠程任務控制。
文檔編號H04W84/18GK103077591SQ20121034172
公開日2013年5月1日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權日2012年9月14日
發(fā)明者張思杰, 石嶺, 吳江洲, 姜孜锜, 李慧君 申請人:重慶大學