一种新型的双信道无线通信系统、控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及泛在电力物联网通信技术领域，尤其涉及一种新型的双信道无线通信系统、控制方法及控制系统。

背景技术

泛在电力物联网建设，其目标是打造云、管、边、端的多层次体系通信架构，实现末端信息全面感知、数据就地化计算处理、信息高效传输，建立起统一的电力大数据处理平台，并基于此进行大数据分析、挖掘数据价值、开展各种业务。有越来越多的传感器以无线通信方式先将数据传给智能网关，智能网关再通过物联网通信协议把数据上传到电力大数据处理平台。

无线通信方式具有设备安装方便、施工成本低等优点，但存在的问题是：近距离无线通信方式的传感器一般采用问答式通信规约，智能通信网关采集多个传感器终端的数据需要逐个轮询，这样故障和告警信息不能及时读取并上传到电力大数据处理平台，这种关键信息的传输延迟可能导致现场事故的扩大；另一方面，现场应合理划分智能通信网关和传感器终端的无线通信信道频率和传感器通信ID，避免无线频率干扰和通信ID冲突，由于网关和传感器数量较多，增加了调试人员的设置工作量，调试效率较低。

发明内容

本发明提供了一种新型的双信道无线通信系统，不同于常见的无线通信系统中智能网关只能工作在一个无线通信信道，本发明的无线通信系统中智能网关可以同时支持两个无线通信信道通信，在原来已有信道的基础上，增加了单独的无线通信信道（第二无线通信信道），解决传感器以无线通信方式快速上报故障告警信息、减少调试人员设置传感器终端的无线频率和传感器通信ID工作量的技术问题。

本发明提供了一种新型的双信道无线通信系统，包括智能网关、传感器终端、电力大数据平台，所述传感器终端为一个或多个，所述智能网关分别与所述传感器终端和所述电力大数据平台相连；

所述智能网关根据配置的传感器终端信息，通过无线通信方式读取传感器终端的数据，对读取的数据进行计算和处理、本地存储后，智能网关通过物联网通信协议把数据上传到电力大数据处理平台；

所述智能网关具有两个无线通信信道，分别为第一无线通信信道和第二无线通信信道；第一无线通信信道工作在主动上送模式，空闲时监听传感器终端主动发送的上报信息；第二无线通信信道以正常轮询模式采集传感器终端的数据。

作为本发明的进一步改进，两个无线通信信道是智能网关内设计的两个独立的无线通信模块，两个独立的无线通信模块分别工作在不同的无线频率，能够同时与传感器终端进行半双工通信。

作为本发明的进一步改进，所述传感器终端直接采集物理信息，将采集到的数据以无线方式传输给所述智能网关。

作为本发明的进一步改进，所述传感器终端分时复用无线通信模块，在智能网关工作的两个无线通信信道频率之间切换，实现传感器终端的自动注册入网和数据传输。

作为本发明的进一步改进，所述电力大数据平台实现智能网关的数据接入，对接收到的数据进行计算、分析、处理，完成各种应用业务。

本发明还提供了一种双信道通信的控制方法，包括如下步骤：

步骤S1：智能网关的第一无线通信信道工作在主动上送模式，空闲时监听传感器终端主动发送的上报信息；

步骤S2：传感器终端先判断工作状态，如果传感器终端未入网，则执行步骤S3，否则执行步骤X1；

步骤S3：传感器终端先切换到智能网关工作的第一无线通信信道，经过延迟算法延时一段时间后，检测空中有无无线信号，如空中有无线信号，传感器终端继续延时等待，如空中没有无线信号，传感器终端向智能网关主动发送入网请求信息；

步骤S4：智能网关从第一无线通信信道接收到传感器终端发送的信息；

步骤S5：判断智能网关的第一无线通信信道是否监听接收到传感器终端发送的注册入网请求包，若是，那么执行步骤S6，否则执行步骤Y1；

步骤S6：将注册入网请求包中的序列号与智能网关中配置的传感器序列号信息比较，从而判断是否接受传感器终端的入网请求，若是，那么执行步骤S7，否则放弃处理；

步骤S7：将传感器终端添加到采集列表，并向传感器终端回复接受入网，为传感器终端设置正常轮询模式的无线信道频率与智能网关第二无线通信信道频率一致，并分配通信ID，完成入网过程；

步骤S8：传感器终端完成入网后，智能网关的第二无线通信信道以正常轮询模式采集传感器终端数据；

步骤X1：传感器终端判断有无状态变化和告警信息需要主动上传给智能网关，如有，则执行步骤X2，如没有则其无线模块工作在智能网关的第二无线通信信道，等待智能网关主动轮询读取数据；

步骤X2：传感器终端先切换到智能网关工作的第一无线通信信道，经过延迟算法延时一段时间后，检测空中有无无线信号，如空中有无线信号，传感器终端继续延时等待，如空中没有无线信号，传感器终端向智能网关主动发送状态变化或告警信息；

步骤X3：传感器终端等待接收智能网关回复确认帧，如接收到确认帧，则切换回智能网关第二无线通信信道，等待智能网关轮询读取数据，如没有接收到确认帧，传感器终端重复步骤X2指定次数；

步骤Y1：判断智能网关的第一无线通信信道是否监听接收到传感器终端发送的状态变化或告警事件信息，若是，那么执行步骤Y2，否则放弃处理；

步骤Y2：智能网关向传感器终端回复收到状态变化或告警信息的确认，然后将接收到的状态变化或告警信息数据发送至电力大数据平台。

作为本发明的进一步改进，所述步骤X3中，所述指定次数为最多3次。

作为本发明的进一步改进，在所述步骤S6中，如果智能网关中配置有该序列号，那么则认定接受传感器终端的入网请求，否则不接受传感器终端的入网请求；

在所述步骤S7中，如果传感器终端超时时间内未接收到智能网关回复的入网确认信息，需要重新注册入网；

在所述步骤S8中，传感器终端如遇到突发的状态变位、告警事件信息发生，将无线通信频率切换到智能网关的监听频率，主动向智能网关上传状态变位和/或告警事件信息，智能网关接收到主动上传的信息并回复确认后，传感器终端再切换到正常轮询模式的工作频率。

本发明还提供了一种双信道通信的控制系统，包括：

监听模块：智能网关的第一无线通信信道工作在主动上送模式，空闲时监听传感器终端主动发送的上报信息；

第一判断模块：传感器终端先判断工作状态，如果传感器终端未入网，则运行第一处理模块，否则运行第二判断模块；

第一处理模块：用于传感器终端先切换到智能网关工作的第一无线通信信道，经过延迟算法延时一段时间后，检测空中有无无线信号，如空中有无线信号，传感器终端继续延时等待，如空中没有无线信号，传感器终端向智能网关主动发送入网请求信息；

接收模块：用于智能网关从第一无线通信信道接收到传感器终端发送的信息；

第三判断模块：用于判断智能网关的第一无线通信信道是否监听接收到传感器终端发送的注册入网请求包，若是，那么运行第四判断模块，否则运行第五判断模块；

第四判断模块：将注册入网请求包中的序列号与智能网关中配置的传感器序列号信息比较，从而判断是否接受传感器终端的入网请求，若是，那么运行入网模块，否则放弃处理；

入网模块：将传感器终端添加到采集列表，并向传感器终端回复接受入网，为传感器终端设置正常轮询模式的无线信道频率与智能网关第二无线通信信道频率一致，并分配通信ID，完成入网过程；

采集模块：传感器终端完成入网后，智能网关的第二无线通信信道以正常轮询模式采集传感器终端数据；

第二判断模块：传感器终端判断有无状态变化和告警信息需要主动上传给智能网关，如有，则运行第一处理单元，如没有则其无线模块工作在智能网关的第二无线通信信道，等待智能网关主动轮询读取数据；

第一处理单元：传感器终端先切换到智能网关工作的第一无线通信信道，经过延迟算法延时一段时间后，检测空中有无无线信号，如空中有无线信号，传感器终端继续延时等待，如空中没有无线信号，传感器终端向智能网关主动发送状态变化或告警信息，然后运行第二处理单元；

第二处理单元：传感器终端等待接收智能网关回复确认帧，如接收到确认帧，则切换回智能网关第二无线通信信道，等待智能网关轮询读取数据，如没有接收到确认帧，传感器终端重复第一处理单元指定次数；

第五判断模块：判断智能网关的第一无线通信信道是否监听接收到传感器终端发送的状态变化或告警事件信息，若是，那么运行发送模块，否则放弃处理；

发送模块：智能网关向传感器终端回复收到状态变化或告警信息的确认，然后将接收到的状态变化或告警信息数据发送至电力大数据平台。

作为本发明的进一步改进，在所述第四判断模块中，如果智能网关中配置有该序列号，那么则认定接受传感器终端的入网请求，否则不接受传感器终端的入网请求；

在所述入网模块中，如果传感器终端超时时间内未接收到智能网关回复的入网确认信息，需要重新注册入网；

在所述采集模块中，传感器终端如遇到突发的状态变位、告警事件信息发生，将无线通信频率切换到智能网关的监听频率，主动向智能网关上传状态变位和/或告警事件信息，智能网关接收到主动上传的信息并回复确认后，传感器终端再切换到正常轮询模式的工作频率。

本发明的有益效果是：本发明的双信道无线通信系统可支持传感器自动注册入网，并为传感器自动分配无线通信频率和通信ID，简化配置步骤；由于使用单独的主动上传信道，当传感器有告警信息产生时，可以主动切换到主动上传通信无线频率上传告警信息，解决了告警信息传输延迟的问题。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明的流程图。

具体实施方式

本发明公开了一种新型的双信道无线通信系统、控制方法及控制系统，在通信信道和通信交互协议的设计方面均针对简化调试、信息及时可靠上传做了详尽的考虑。

如图1所示，本发明公开了一种新型的双信道无线通信系统，包括智能网关、传感器终端、电力大数据平台，所述传感器终端为一个或多个，所述智能网关分别与所述传感器终端和所述电力大数据平台相连。

所述智能网关根据配置的传感器终端信息，通过无线通信方式读取传感器终端的数据，对读取的数据进行计算和处理、本地存储后，智能网关通过物联网通信协议把数据上传到电力大数据处理平台。

所述智能网关具有两个无线通信信道，分别为第一无线通信信道和第二无线通信信道；第一无线通信信道工作在主动上送模式，空闲时监听传感器终端主动发送的上报信息；第二无线通信信道以正常轮询模式采集传感器终端的数据。

两个无线通信信道是智能网关内设计的两个独立的无线通信模块，两个独立的无线通信模块分别工作在不同的无线频率，能够同时与传感器终端进行半双工通信。所述传感器终端直接采集物理信息，将采集到的数据以无线方式传输给所述智能网关。

所述传感器终端分时复用无线通信模块，在智能网关工作的两个无线通信信道频率之间切换，实现传感器终端的自动注册入网和数据传输。

所述电力大数据平台实现智能网关的数据接入，对接收到的数据进行计算、分析、处理，完成各种应用业务。

图2公开了一种双信道通信的控制方法，即，是对本发明具体实施的无线通信协议处理功能模块进行说明。

本发明具体实施的智能网关以双无线通信方式读取传感器数据的流程，包括如下步骤：

步骤S1：智能网关的第一无线通信信道工作在主动上送模式，空闲时监听传感器终端主动发送的上报信息；

步骤S2：传感器终端先判断工作状态，如果传感器终端未入网，则执行步骤S3，否则执行步骤X1；

步骤S3：传感器终端先切换到智能网关工作的第一无线通信信道，经过延迟算法延时一段时间后，检测空中有无无线信号，如空中有无线信号，传感器终端继续延时等待，如空中没有无线信号，传感器终端向智能网关主动发送入网请求信息；

步骤S4：智能网关从第一无线通信信道接收到传感器终端发送的信息；

步骤S5：判断智能网关的第一无线通信信道是否监听接收到传感器终端发送的注册入网请求包，若是，那么执行步骤S6，否则执行步骤Y1；

步骤S6：将注册入网请求包中的序列号与智能网关中配置的传感器序列号信息比较，从而判断是否接受传感器终端的入网请求，若是，那么执行步骤S7，否则放弃处理；

步骤S7：将传感器终端添加到采集列表，并向传感器终端回复接受入网，为传感器终端设置正常轮询模式的无线信道频率与智能网关第二无线通信信道频率一致，并分配通信ID，完成入网过程；

步骤S8：传感器终端完成入网后，智能网关的第二无线通信信道以正常轮询模式采集传感器终端数据；

步骤X1：传感器终端判断有无状态变化和告警信息需要主动上传给智能网关，如有，则执行步骤X2，如没有则其无线模块工作在智能网关的第二无线通信信道，等待智能网关主动轮询读取数据；

步骤X2：传感器终端先切换到智能网关工作的第一无线通信信道，经过延迟算法延时一段时间后，检测空中有无无线信号，如空中有无线信号，传感器终端继续延时等待，如空中没有无线信号，传感器终端向智能网关主动发送状态变化或告警信息；

步骤X3：传感器终端等待接收智能网关回复确认帧，如接收到确认帧，则切换回智能网关第二无线通信信道，等待智能网关轮询读取数据，如没有接收到确认帧，传感器终端重复步骤X2指定次数（最多3次）；

步骤Y1：判断智能网关的第一无线通信信道是否监听接收到传感器终端发送的状态变化或告警事件信息，若是，那么执行步骤Y2，否则放弃处理；

步骤Y2：智能网关向传感器终端回复收到状态变化或告警信息的确认，然后将接收到的状态变化或告警信息数据发送至电力大数据平台。

在所述步骤S6中，如果智能网关中配置有该序列号，那么则认定接受传感器终端的入网请求，否则不接受传感器终端的入网请求。

在所述步骤S7中，如果传感器终端超时时间内未接收到智能网关回复的入网确认信息，需要重新注册入网。

在所述步骤S8中，传感器终端如遇到突发的状态变位、告警事件信息发生，将无线通信频率切换到智能网关的监听频率，主动向智能网关上传状态变位和/或告警事件信息，智能网关接收到主动上传的信息并回复确认后，传感器终端再切换到正常轮询模式的工作频率。

本发明还公开了一种双信道通信的控制系统，包括：

监听模块：智能网关的第一无线通信信道工作在主动上送模式，空闲时监听传感器终端主动发送的上报信息；

第一判断模块：传感器终端先判断工作状态，如果传感器终端未入网，则运行第一处理模块，否则运行第二判断模块；

第一处理模块：用于传感器终端先切换到智能网关工作的第一无线通信信道，经过延迟算法延时一段时间后，检测空中有无无线信号，如空中有无线信号，传感器终端继续延时等待，如空中没有无线信号，传感器终端向智能网关主动发送入网请求信息；

接收模块：用于智能网关从第一无线通信信道接收到传感器终端发送的信息；

第三判断模块：用于判断智能网关的第一无线通信信道是否监听接收到传感器终端发送的注册入网请求包，若是，那么运行第四判断模块，否则运行第五判断模块；

第四判断模块：将注册入网请求包中的序列号与智能网关中配置的传感器序列号信息比较，从而判断是否接受传感器终端的入网请求，若是，那么运行入网模块，否则放弃处理；

入网模块：将传感器终端添加到采集列表，并向传感器终端回复接受入网，为传感器终端设置正常轮询模式的无线信道频率与智能网关第二无线通信信道频率一致，并分配通信ID，完成入网过程；

采集模块：传感器终端完成入网后，智能网关的第二无线通信信道以正常轮询模式采集传感器终端数据；

第二判断模块：传感器终端判断有无状态变化和告警信息需要主动上传给智能网关，如有，则运行第一处理单元，如没有则其无线模块工作在智能网关的第二无线通信信道，等待智能网关主动轮询读取数据；

第一处理单元：传感器终端先切换到智能网关工作的第一无线通信信道，经过延迟算法延时一段时间后，检测空中有无无线信号，如空中有无线信号，传感器终端继续延时等待，如空中没有无线信号，传感器终端向智能网关主动发送状态变化或告警信息，然后运行第二处理单元；

第二处理单元：传感器终端等待接收智能网关回复确认帧，如接收到确认帧，则切换回智能网关第二无线通信信道，等待智能网关轮询读取数据，如没有接收到确认帧，传感器终端重复第一处理单元指定次数；

第五判断模块：判断智能网关的第一无线通信信道是否监听接收到传感器终端发送的状态变化或告警事件信息，若是，那么运行发送模块，否则放弃处理；

发送模块：智能网关向传感器终端回复收到状态变化或告警信息的确认，然后将接收到的状态变化或告警信息数据发送至电力大数据平台。

在所述第四判断模块中，如果智能网关中配置有该序列号，那么则认定接受传感器终端的入网请求，否则不接受传感器终端的入网请求。

在所述入网模块中，如果传感器终端超时时间内未接收到智能网关回复的入网确认信息，需要重新注册入网。

在所述采集模块中，传感器终端如遇到突发的状态变位、告警事件信息发生，将无线通信频率切换到智能网关的监听频率，主动向智能网关上传状态变位和/或告警事件信息，智能网关接收到主动上传的信息并回复确认后，传感器终端再切换到正常轮询模式的工作频率。

本发明的有益效果是：本发明的双信道通信系统可支持传感器自动注册入网，并为传感器自动分配无线通信频率和通信ID，简化配置步骤；由于使用单独的上行无线通信信道，当传感器有告警信息产生时，可以主动切换到上行通信无线频率上传告警信息，解决了告警信息传输延迟的问题。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。