一种远程无线自学习计量自动化系统及地址配对方法

摘要

本发明公开了一种远程无线自学习计量自动化系统及地址配对方法，它包括计量自动化终端，计量自动化终端与DTU数据处理单元导线连接，DTU数据处理单元与RCU数据处理单元通过无线通信连接，RCU数据处理单元与计量自动化主站通过无线公网连接；解决了现有技术采用解决处于无线通信信号盲区的计量自动化终端通信的方式有两种：采用高增益天线和移动信号放大器方式存在施工周期长、投入成本高；采用低压电力线作为信道不能解决野外不存在低压电力线或非同一变压器配电等环境下信号盲区计量自动化设备上行通信问题；采用RS485或5类网线作为中间信道，通过专用设备将公网无线信号中继到信号盲区存在通信距离短等技术问题。

权利要求

1.一种远程无线自学习计量自动化系统，它包括计量自动化终端，其特征在于：计量自动化终端与DTU数据处理单元导线连接，DTU数据处理单元与RCU数据处理单元通过无线通信连接，RCU数据处理单元与计量自动化主站通过无线公网连接；所述DTU数据处理单元自学习当前所使用的计量自动化主站系统协议，并使用RJ45接口与计量终端设备连接，使计量终端设备以DTU数据处理单元作为目标主站，进行注册、登录操作及数据上报操作，DTU数据处理单元自学习当前所接入的计量终端设备，根据其所发送的通信请求帧进行响应；所述RCU数据处理单元通过配备4G全网通数据通信模块，自学习当前区域内无线公网信号的覆盖情况，自学习自适应选择适用于当前位置的最优的无线公网信号制式及信号频段，完成与计量自动化主站系统通信。

2.根据权利要求1所述的远程无线自学习计量自动化系统，其特征在于：DTU数据处理单元与RCU数据处理单元通过直序扩频无线通信方式连接。

3.根据权利要求1所述的远程无线自学习计量自动化系统，其特征在于：所述无线公网包括GPRS、CAMA或LTD无线通信方式。

4.根据权利要求1所述的远程无线自学习计量自动化系统，其特征在于：所述DTU数据处理单元和RCU数据处理单元均包括：ARM单片机，所述ARM单片机与以太网通讯接口、RS485通信接口、SDIO通信接口、GPIO地址配置组件和状态指示单元导线连接。

5.根据权利要求4所述的远程无线自学习计量自动化系统，其特征在于：GPIO地址配置组件采用外部熔丝配置的方式，完成设备间数据交互地址匹配及配对操作，通过使用12个处理器外部引脚建立地址配置矩阵，通过熔断矩阵内不同位置的熔丝，实现IPV4地址配置操作；通过2个增加配置矩阵的处理器外部引脚，实现对IPV6地址配置。

6.一种如权利要求1-5任一所述的远程无线自学习计量自动化系统的地址配对方法，其特征在于：RCU数据处理单元通过广播发送本网段内允许配对数据帧，允许本网段内的DTU数据处理单元向其发起配对请求操作，本网段内DTU数据处理单元接收到允许配对数据帧时，根据自身配对状态，在未完成配对操作时，向RCU数据处理单元发送配对请求帧，RCU数据处理单元接收到DTU数据处理单元的配对请求后根据当前的配对允许状态，进行配对响应确认操作，DTU数据处理单元接收到RCU数据处理单元的响应确认操作后，完成配对操作。

7.根据权利要求6所述的远程无线自学习计量自动化系统的地址配对方法，其特征在于：RCU数据处理单元仅在重新上电的10小时内或未完成至少一个DTU数据处理单元的配对请求时处理开放配对请求操作，超过时间且完成至少一个DTU数据处理单元的配对操作后不再开放配对允许，停止发送配对请求帧。

8.根据权利要求6所述的远程无线自学习计量自动化系统的地址配对方法，其特征在于：DTU数据处理单元与RCU数据处理单元配对成功后使用本地熔丝所配置的地址作为目标地址进行数据通信，每个RCU数据处理单元完成与多个同一网段DTU数据处理单元进行配对，而每个DTU数据处理单元仅与一个RCU数据处理单元配对。

说明书

一种远程无线自学习计量自动化系统及地址配对方法

技术领域

[0001] 本发明属于计量自动化技术，尤其涉及一种远程无线自学习计量自动化系统及其地址配对方法。

背景技术

[0002] 近几年来，计量自动化系统作为智能电网的重要组成部分，随着智能电网建设的推进，极大的提升了电力营销自动化水平。计量自动化终端设备伴随着电力用户、发电厂、变电站进行分布，终端设备类型多，分布广，有的远在深山，有的深在大坝下的厂房里，有些在建筑物的地下室。在这些地方，无线公网信号不能覆盖到或不完全覆盖，从而导致终端上线率、采集信息成功率、数据准确率等计量自动化系统重要考核指标不高，影响到计量自动化系统的实用化水平。

[0003] 目前，一般解决处于无线通信信号盲区的计量自动化终端通信的方式有两种： 采用高增益天线和移动信号放大器方式来处理。高增益天线是使用一组高增益屏蔽线将终端的GPRS/CDMA/LTE模块信号天线延长到有信号区域；移动信号放大器采用直放站作为信号源，采用此两种方式解决时存在施工周期长、投入成本高等问题。

[0004] 目前有使用低压电力线作为信道，两端通过专用设备将公网无线信号中继到信号盲区，该种处理方式仅适合解决地下室等同一变压器配电的简易环境下公网信号盲区计量自动化设备上行通信问题，不能解决野外不存在低压电力线或非同一变压器配电等环境下信号盲区计量自动化设备上行通信问题。目前有使用RS485或5类网线作为中间信道，通过专用设备将公网无线信号中继到信号盲区，用于解决信号盲区内计量自动化设备上行通信问题，受RS485线及5类网线材质等因素影响，最大通信距离1200米，进而所能解决的信号盲区范围有限。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题：提供一种远程无线自学习计量自动化系统及地址配对方法，以解决现有技术采用解决处于无线通信信号盲区的计量自动化终端通信的方式有两种： 采用高增益天线和移动信号放大器方式存在施工周期长、投入成本高；采用低压电力线作为信道不能解决野外不存在低压电力线或非同一变压器配电等环境下信号盲区计量自动化设备上行通信问题；采用RS485或5类网线作为中间信道，通过专用设备将公网无线信号中继到信号盲区存在通信距离短等技术问题。

[0006] 本发明技术方案：

[0007] 一种远程无线自学习计量自动化系统，它包括计量自动化终端，计量自动化终端与DTU数据处理单元导线连接，DTU数据处理单元与RCU数据处理单元通过无线通信连接，RCU数据处理单元与计量自动化主站通过无线公网连接。

[0008] DTU数据处理单元与RCU数据处理单元通过直序扩频无线通信方式连接。

[0009] 所述无线公网包括GPRS、CAMA或LTD无线通信方式。

[0010] 所述DTU数据处理单元和RCU数据处理单元均包括：ARM单片机，所述ARM单片机与以太网通讯接口、RS485通信接口、SDIO通信接口、GPIO地址配置组件和状态指示单元导线连接。

[0011] GPIO地址配置组件采用外部熔丝配置的方式，完成设备间数据交互地址匹配及配对操作，通过使用12个处理器外部引脚建立地址配置矩阵，通过熔断矩阵内不同位置的熔丝，实现IPV4地址配置操作；通过2个增加配置矩阵的处理器外部引脚，实现对IPV6地址配置。

[0012] 所述DTU数据处理单元自学习当前所使用的计量自动化主站系统协议，并使用RJ45接口与计量终端设备连接，使计量终端设备以DTU信号处理单元作为目标主站，进行注册、登录操作及数据上报操作，DTU信号处理单元自学习当前所接入的计量终端设备，根据其所发送的通信请求帧进行响应。

[0013] 所述RCU数据处理单元通过配备4G全网通数据通信模块，自学习当前区域内无线公网信号的覆盖情况，自学习自适应选择适用于当前位置的最优的无线公网信号制式及信号频段，完成与计量自动化主站系统通信。

[0014] RCU数据处理单元通过广播发送本网段内允许配对数据帧，允许本网段内的DTU数据处理单元向其发起配对请求操作，本网段内DTU数据处理单元接收到允许配对数据帧时，根据自身配对状态，在未完成配对操作时，向RCU数据处理单元发送配对请求帧，RCU数据处理单元接收到DTU数据处理单元的配对请求后根据当前的配对允许状态，进行配对响应确认操作，DTU数据处理单元接收到RCU数据处理单元的响应确认操作后，完成配对操作。

[0015] RCU数据处理单元仅在重新上电的10小时内或未完成至少一个DTU数据处理单元的配对请求时处理开放配对请求操作，超过时间且完成至少一个DTU数据处理单元的配对操作后不再开放配对允许，停止发送配对请求帧。

[0016] DTU数据处理单元与RCU数据处理单元配对成功后使用本地熔丝所配置的地址作为目标地址进行数据通信，每个RCU数据处理单元完成与多个同一网段DTU数据处理单元进行配对，而每个DTU数据处理单元仅与一个RCU数据处理单元配对。

[0017] 本发明的有益效果：

[0018] 1、本发明使用直序扩频无线通信技术作为DTU数据单元与RCU数据单元间通信方式，通信距离远、通信性能稳定、抗干扰能力强，可解决各类信号盲区内计量自动化终端设备上行通信问题，提高计量自动化水平；

[0019] 2、本发明DTU数据单元自学习当前所接入计量自动化设备外形结构、电气接口、通信协议、供电方式等信息，完成所接入设备的注册、登录及数据通信操作，实现一套设备完成所有计量终端设备的接入操作；

[0020] 3、本发明RCU数据单元自学习本地移动运营商所提供的无线公网信号制式及频段范围，自动选择最优的信号制式及频段向无线公网进行入网申请，完成计量自动化主站系统自学习、登录及数据通信操作，实现一套设备完成对各类运营商当前各种通信制式及频段的支持；

[0021] 4、本发明DTU数据单元与RCU数据单元均采用外部熔丝配置地址方式，可在实施现场灵活进行地址配置操作，提高设备的可用性；

[0022] 5、本发明DTU数据单元与RCU数据单元使用IPV4地址管理方式，进行网段划分，同时将通信频段依据信道进行划分，不同网段采用不同的通信信道，不同网段间设备不能相互配对及通信，以防止多套不同网段设备同时运行时相互干扰；

[0023] 本发明DTU数据单元与RCU数据单元根据所配置的地址信息，将其作为无线直序扩频通信技术的扩频因子，实现频带内码分多址通信；

[0024] 6、本发明中一个DTU数据单元仅允许与一个RCU数据单元进行配对操作，而一个RCU数据单元可与多个DTU数据单元进行配对，在无线公网信号有限覆盖的区域，极大提高所接入DTU数据单元的数量，提高整个区域内计量终端设备的通信数量；

[0025] 7、本发明DTU数据处理单元与RCU数据处理单元均使用ARM内核处理器作为主控器，依托处理器自身丰富的外设接口，实现多种通信模块的接入，并根据当前所接入的通信模块进行单元类型确认，实现一种单元设备多种功能应用。

[0026] 8、本发明不对现有已实施的计量自动化系统、终端、表计等各类设备的拓扑结构，不用改变其他任何设备原有配置和属性，同时实施成本低廉；

[0027] 本发明解决了现有技术采用解决处于无线通信信号盲区的计量自动化终端通信的方式有两种： 采用高增益天线和移动信号放大器方式存在施工周期长、投入成本高；采用低压电力线作为信道不能解决野外不存在低压电力线或非同一变压器配电等环境下信号盲区计量自动化设备上行通信问题；采用RS485或5类网线作为中间信道，通过专用设备将公网无线信号中继到信号盲区存在通信距离短等技术问题。

[0028] 附图说明：

[0029] 图1 本发明结构示意图；

[0030] 图2为本发明DTU或RCU数据处理单元结构示意图；

[0031] 图3为本发明DTU与RCU数据处理单元地址配对流程示意图。

[0032] 具体实施方式：

[0033] 一种远程无线自学习计量自动化系统，它包括计量自动化终端，计量自动化终端与DTU数据处理单元导线连接，DTU数据处理单元与RCU数据处理单元通过无线通信连接，RCU数据处理单元与计量自动化主站通过无线公网连接（见图1）。

[0034] DTU数据处理单元与RCU数据处理单元通过直序扩频无线通信方式连接。

[0035] 所述无线公网包括GPRS、CAMA或LTD无线通信方式。

[0036] 所述DTU数据处理单元和RCU数据处理单元均包括：ARM单片机，所述ARM单片机与以太网通讯接口、RS485通信接口、SDIO通信接口、GPIO地址配置组件和状态指示单元导线连接。

[0037] GPIO地址配置组件采用外部熔丝配置的方式，完成设备间数据交互地址匹配及配对操作，通过使用12个处理器外部引脚建立地址配置矩阵，通过熔断矩阵内不同位置的熔丝，实现IPV4地址配置操作；通过2个增加配置矩阵的处理器外部引脚，实现对IPV6地址配置。

[0038]  ARM单片机根据GPIO地址配置组件所配置的地址信息，作为直序扩频通信方式的扩频因子，实现频带内码分多址通信。

[0039] 所述DTU数据处理单元自学习当前所使用的计量自动化主站系统协议，并使用RJ45接口与计量终端设备连接，使计量终端设备以DTU信号处理单元作为目标主站，进行注册、登录操作及数据上报操作，DTU信号处理单元自学习当前所接入的计量终端设备，根据其所发送的通信请求帧进行响应。

[0040] 所述RCU数据处理单元通过配备4G全网通数据通信模块，自学习当前区域内无线公网信号的覆盖情况，自学习自适应选择适用于当前位置的最优的无线公网信号制式及信号频段，完成与计量自动化主站系统通信。

[0041] RCU数据处理单元通过广播发送本网段内允许配对数据帧，允许本网段内的DTU数据处理单元向其发起配对请求操作，本网段内DTU数据处理单元接收到允许配对数据帧时，根据自身配对状态，在未完成配对操作时，向RCU数据处理单元发送配对请求帧，RCU数据处理单元接收到DTU数据处理单元的配对请求后根据当前的配对允许状态，进行配对响应确认操作，DTU数据处理单元接收到RCU数据处理单元的响应确认操作后，完成配对操作。

[0042] RCU数据处理单元仅在重新上电的10小时内或未完成至少一个DTU数据处理单元的配对请求时处理开放配对请求操作，超过时间且完成至少一个DTU数据处理单元的配对操作后不再开放配对允许，停止发送配对请求帧。

[0043] DTU数据处理单元与RCU数据处理单元配对成功后使用本地熔丝所配置的地址作为目标地址进行数据通信，每个RCU数据处理单元完成与多个同一网段DTU数据处理单元进行配对，而每个DTU数据处理单元仅与一个RCU数据处理单元配对。

[0044] DTU数据单元与计量终端设备使用RJ45接口进行通信，通过修改计量终端设备通信方式及主站IP，使计量终端设备向DTU数据单元进行注册、登录及数据上报操作；

[0045] RCU数据单元配备4G全网通数据模块，进行本地无线公网信号覆盖情况自学习，依据当前所安装的SIM卡进行最优信号制式及频段选择，与计量自动化主站系统进行通信；

[0046] DTU数据单元接收到计量终端的上行通信数据时，以直序扩频无线通信方式向已配对的RCU数据单元通信进行透明转发操作，RCU数据单元接收到该数据帧后将数据通过4G全网通数据模块透明转发到计量自动化主站系统；

[0047] RCU数据单元接收到计量自动化主站下发的数据帧时，依据目标地址，以直序扩频无线通信方式向目标DTU数据单元透明转发操作，DTU数据单元接收到该数据帧后将数据通过RJ45接口发送到计量终端设备。

[0048] 如图2所述，本发明所描述远程无线自学习计量自动化系统各数据单元主控由ARM单片机组件、以太网通信接口组件、RS485接口组件、SDIO通信接口组件、地址配置组件、状态指示组件组成。

[0049] ARM单片机组件为本系统核心组件，完成各接口组件初始化、参数配置操作；使用以太网通信接口组件与终端设备使用RJ45接口进行通信；使用SDIO通信接口与4G全网通数据模块进行通信；使用RS485接口组件完成数据单元调试及工作参数配置；使用地址配置组件完成数据单元的地址配置操作；使用状态指示组件完成模块当前工作状态指示操作。

[0050] 进行DTU数据单元功能操作时，使用RJ45接口完成与计量终端设备连接，ARM单片机检测以太网通信组件的连接通信状态，以太网连接成功后，ARM单片机配置当前工作状态为DTU数据单元工作状态。

[0051] 进行RCU数据单元功能操作时，使用SDIO通信接口完成与4G全网通数据模块连接，ARM单片机初始化SDIO总线接口时，若能成功接收到数据模块单元的响应帧并能完成SDIO接口初始化时，ARM单片机配置当前工作状态为RCU数据单元工作状态。

[0052] 在无线公网信号盲区较宽（如计量终端设备在深山或水电大坝底等），DTU数据单元及RCU数据单元间因通信距离过远而无法通信上时，在DTU数据单元侧及RCU数据单元侧分别增加直序扩频无线功率放大器，配合高增益天线方式提高传输距离或增加直序扩频无线通信中继单元进行中继转发操作，提高DTU数据单元与RCU数据单元间通信距离。

[0053] 缩写解释：

[0054] DTU：本地数据通单元；

[0055] RCT：远程数据通信单元；

[0056] DSSS：直序扩频无线通信技术。