專利名稱：基于無線傳感網絡的農村智能電網遠程抄表系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及智能電網系統，具體地說是用于農村智能配電網建設的基于無線傳感器網絡的農村智能電網遠程抄表系統。
背景技術：
電力遠程抄表系統是目前配電網自動化系統的一項重要內容，也是目前配電網自動化系統中最為活躍的部分。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，而且也容易出現錯誤和糾紛，很難做到準確、輕松、便捷，與現今日益向網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，此方式需要經常換卡，頻繁查費等；雖然也曾經提出過無線抄表、網絡抄表等方式，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。而且現有的無線抄表裝置中其發射、接收裝置一般均采用集成化芯片來實現，而在實際應用中，由于發射裝置的數量遠遠大于接收裝置的數量，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，量大面廣的小城鎮和農村，由于資金和一次設備等種種原因，很難推廣應用。

發明內容
本發明針對現有遠程抄表系統無法推廣應用到小城鎮和農村的問題，提供了一種用于農村智能遠程抄表、安全線路檢測、電力防盜與一體的遠程抄表系統。電表數據全自動采集，可以為電力行業提高工作效率和可靠性，節省人力資源，并且不必改裝原本的用戶電表，易于推廣。為了實現上述目的，本發明提供了一種基于無線傳感器網絡的農村智能電網遠程抄表系統，包括傳感器節點、中轉節點、匯聚節點和數據服務中心四部分，傳感器節點隨機部署在監測電表區域內并組成無線自組織網絡，傳感器節點監測的數據沿著無線自組織網絡逐跳進行傳輸，經多跳后路由到匯聚節點，匯聚節點負責接收和處理無線自組織網絡中各個傳感器節點的數據，并能通過Internet或GPRS網絡將數據送到數據服務中心進行集中處理，工作人員可以通過Internet訪問傳感器節點采集的信息，并可以對無線自組織網絡進行配置和管理，數據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據，傳感器模塊將采集的數據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據信號進行模數轉換，然后進行處理，處理后的數據由天線發出，電源模塊主要對系統供電。所述中轉節點包括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。所述匯聚節點一方面通過無線自組織網絡與傳感器節點通信，另一方面通過GPRS網絡或Internet網與數據管理中心通信，所述匯聚節點主要由CC2530處理器、ARM芯片、GPRS模塊、以太網接口、FLASH程序存儲器、SDRAM數據存儲器、電源及復位模塊組成，無線自組織網絡為Zig-Bee網絡，CC2530處理器利用Zig-Bee網絡同傳感器節點或中轉節點進行通信，ARM芯片為匯聚節點的微處理器，它的串口同GPRS模塊相連，GPRS模塊利用SM卡提供GPRS網絡服務，復位模塊用于提供手動復位。所述數據管理中心包括數據分析處理單元、監控單元、數據庫平臺、管理單元、數據傳輸接口，數據庫平臺包括用戶用電量數據，用戶相關信息及每個傳感器節點、匯聚節點、ID對應的地理位置等信息，統管理單元包括用戶用電量低度數、用戶已繳費用、用戶欠費等相關信息，管理單元調用數據庫平臺用戶相關信息，在特定的時間內將用戶用電量、費用等信息以短信的方式告知用戶，數據傳輸接口用于接收匯聚節點通過GPRS網絡或Internet網絡傳輸的數據，在數據庫平臺下通過數據處理單元分析處理，在監控單元顯示遠端無線傳感網絡實時數據、遠端節點、線路運行情況。傳感器節點之間、傳感器節點與中轉節點之間之間以及傳感器節點與匯聚節點之間采用IEEE 802. 15. 4協議作為無線傳感器網絡通信的協議標準。本發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，開創了農村智能配電網建設與檢測的新模式，實現了以低成本、高效、可靠遠程抄表、線路安全檢測、電力防盜等功能。該系統將傳感器節點任意部署在監測區域內，通過自組網的方式構成傳感器網絡；每個節點采集的電表數據經過多跳的方式路由到匯聚節點；匯聚節點將數據經過初步處理后存儲到數據中心；遠程用戶可以通過Internet訪問數據中心的數據，并可進行遠程任務控制。


本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中圖1是本發明的整體電路原理圖；圖2是傳感器節點的電路原理圖；圖3是中轉節點的電路原理圖；圖4是匯聚節點的電路原理圖；圖5數據管理中心的原理圖；圖6是本發明的匯聚節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絡的農村智能電網遠程抄表系統包括傳感器節點、中轉節點、匯聚節點和數據服務中心四部分。傳感器節點隨機部署在監測電表區域內，以自組織的方式構成網絡。節點監測的數據沿著傳感器節點逐跳地進行傳輸，經多跳后路由到匯聚節點，匯聚節點負責接收和處理網絡中節點的信息，并能通過Internet或GPRS網絡將數據送到數據管理進行集中處理。工作人員可以通過Internet訪問傳感器節點采集的信息，并可以對傳感器網絡進行配置和管理。數據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。在本發明的一個實施例中該無線傳感網絡核心芯片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機及業界標準的增強型8051微控制器，8KB的RAM和其他強大的支持功能和外設。該匯聚節點ARM處理器選擇三星公司的S3C4510B，S3C4510B中內置了 ARM公司設計的16/32位ARM7TDMI處理器，可以執行32位的ARM指令，也可執行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并聯的方式構建32位的Flash存儲器系統，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數據存儲器選用的兩片HY57V641620并聯構建32位的SDRAM存儲器系統，共16MB的SDRAM空間，可滿足嵌入式操作系統及各種相對較復雜的算法的運行要求。所述匯聚節點工作流程如圖6所示，其中包括一些步驟組成S1、對所有ZigBee節點進行監聽。當收到入網信號時，集中器對所屬ZigBee網絡的網絡地址及節點個數進行查詢，如果有空節點并且不是已有的網絡地址，就進行入網允許；當收到表計數據時，把數據通過GPRS模塊或Internet模塊上報給數據管理中心。S2、當收到下發給匯聚節點的信息時，匯聚節點進行處理；當收到下發給電表的信息時過ZigBee網把信息傳給電表，電表進行相應處理。
權利要求
1.一種基于無線傳感器網絡的農村智能電網遠程抄表系統，其特征在于:包括傳感器節點、中轉節點、匯聚節點和數據服務中心四部分，傳感器節點隨機部署在監測電表區域內并組成無線自組織網絡，傳感器節點監測的數據沿著無線自組織網絡逐跳進行傳輸，經多跳后路由到匯聚節點，匯聚節點負責接收和處理無線自組織網絡中各個傳感器節點的數據，并能通過Internet或GPRS網絡將數據送到數據服務中心進行集中處理，工作人員可以通過Internet訪問傳感器節點采集的信息，并可以對無線自組織網絡進行配置和管理，數據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.根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的農村智能電網遠程抄表系統，其特征在于:所述傳感器節點包括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據，傳感器模塊將采集的數據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據信號進行模數轉換，然后進行處理，處理后的數據由天線發出，電源模塊主要對系統供電。
3.根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的農村智能電網遠程抄表系統，其特征在于:所述中轉節點包括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.根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的農村智能電網遠程抄表系統，其特征在于:所述匯聚節點一方面通過無線自組織網絡與傳感器節點通信，另一方面通過GPRS網絡或Internet網與數據管理中心通信，所述匯聚節點主要由CC2530處理器、ARM芯片、GPRS模塊、以太網接口、FLASH程序存儲器、SDRAM數據存儲器、電源及復位模塊組成，無線自組織網絡為Zig-Bee網絡，CC2530處理器利用Zig-Bee網絡同傳感器節點或中轉節點進行通信，ARM芯片為匯聚節點的微處理器，它的串口同GPRS模塊相連，GPRS模塊利用SM卡提供GPRS網絡服務，復位模塊用于提供手動復位。
5.根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的農村智能電網遠程抄表系統，其特征在于:所述數據管理中心包括數據分析處理單元、監控單元、數據庫平臺、管理單元、數據傳輸接口，數據庫平臺包括用戶用電量數據，用戶相關信息及每個傳感器節點、匯聚節點、ID對應的地理位置等信息，統管理單元包括用戶用電量低度數、用戶已繳費用、用戶欠費等相關信息，管理單元調用數據庫平臺用戶相關信息，在特定的時間內將用戶用電量、費用等信息以短信的方式告知用戶，數據傳輸接口用于接收匯聚節點通過GPRS網絡或Internet網絡傳輸的數據，在數據庫平臺下通過數據處理單元分析處理，在監控單元顯示遠端無線傳感網絡實時數據、遠端節點、線路運行情況。
6.根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的農村智能電網遠程抄表系統，其特征在于:傳感器節點之間、傳感器節點與中轉節點之間之間以及傳感器節點與匯聚節點之間采用IEEE 802.15.4協議作為無線傳感器網絡通信的協議標準。
全文摘要
本發明提供一種基于無線傳感器網絡的農村智能電網遠程抄表系統，包括傳感器節點、中轉節點、匯聚節點和數據服務中心四部分，融合了遠程抄表、線路與設備檢測、電力防盜等功能，開創了農村智能配電網建設與檢測的新模式，實現了以低成本、高效、可靠遠程抄表、線路安全檢測、電力防盜等功能。該系統將傳感器節點任意部署在監測區域內，通過自組網的方式構成傳感器網絡；每個節點采集的電表數據經過多跳的方式路由到匯聚節點；匯聚節點將數據經過初步處理后存儲到數據中心；遠程用戶可以通過Intemet訪問數據中心的數據，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 優先權日2012年9月14日
發明者張思杰, 石嶺, 吳江洲, 姜孜锜, 李慧君 申請人:重慶大學