一种无线远程数据采集方法和系统

技术领域

本申请涉及电力防灾减灾技术，更具体地说，涉及一种无线远程数据采集方法和系统。

背景技术

强降雨导致洪涝灾害对电力可靠供应、淹没配电设备的影响巨大，极易造成变压器、通信线路损毁，使得人民生产生活受到重大影响。为了确保洪涝灾害发生后有线通信中断时，用户电能数据采集和传输的正常进行，有必要提出该无线方式的数据采集方法及系统。

发明内容

鉴于此，为了解决或改善上述现有技术中的不良现象，本申请提出了一种无线远程数据采集方法和系统。

为了实现上述目的，本申请提供了一种无线远程数据采集方法，包括：测量并采集电能信息；计算所述电能信息；将所述电能信息或计算的结果通过无线方式传输给第二终端；所述第二终端将所述电能信息和所述计算的结果可视化显示。

作为其他可以实施的形式，所述电能信息包括：电压、电流、功率因数、有功电能、无功电能和谐波分量。

作为其他可以实施的形式，所述谐波分量采用傅里叶变换法计算。

作为其他可以实施的形式，所述可视化显示方式为动态图表显示。

本申请提供了还提供一种无线远程数据采集系统，包括：电能计量模块，其用于测量并采集电能信息，所述电能计量模块还用于计算所述电能信息；其中，所述电能信息包括电压、电流、功率因数、有功电能、无功电能和谐波分量，所述谐波分量采用傅里叶变换法计算；无线通讯模块，其用于将所述电能信息或计算的结果通过无线方式传输给第二终端；第二终端，其用于将所述电能信息和所述计算的结果可视化显示；其中，所述可视化显示方式为动态图表显示；核心控制模块，其用于分析所述电能计量模块传输的数据并处理指令，并将最新数据传输到所述无线通讯模块。

作为其他可以实施的形式，包括：稳压模块，其用于对所述电能计量模块和所述无线通讯模块分别供电；其中，所述电能计量模块的供电为5v，所述无线通讯模块的供电为3.3v。

作为其他可以实施的形式，包括：按键模块，其用于通过硬件切换数据传输方式；其中所述数据传输方式包括手动传输数据模式和自动传输数据模式。

作为其他可以实施的形式，所述电能计量模块采用IM1281B模块和QS121XX系列计量芯片。

作为其他可以实施的形式，所述无线通讯模块采用ATK-ESP8266串口的WIFI模块。

作为其他可以实施的形式，所述核心控制模块采用Modbus-RTU协议，并通过串口进行通信。

有益效果

与现有技术相比，本申请具有的优点是：通过采集电能信息，实现电能测量，计算电能数据，可以进行生产调度。通过无线远程通信实时传输所计算电能数据，可以快速准确的将电能数据传输到上位机程序中，可以提高工作效率，减少人为失误影响。通过可视化和可控化所传输电能数据，为统计可能的负荷损失提供数据支撑。

附图说明

图1是本申请的无线远程数据采集方法的示意图；

图2是本申请的无线远程数据采集系统的示意图；

图3是本申请的实施例的无线远程数据采集系统工作流程的示意图。

主要附图标记：1、电能计量模块；2、核心控制模块；3、无线通讯模块；4、第二终端。

实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

为了解决或者改善对背景所提出的问题，本申请实施例提供如图1所示的无线远程数据采集方法，包括步骤S110至步骤S140。

步骤S110中，测量并采集电能信息。

洪涝发生时极易造成变压器、通信线路损毁，人工采集和传输电能数据能力受限，并且风险很高，不能保证用户电能数据采集和传输的正常进行，不方便电网对受灾区进行电力调度。采用自动测量并采集电能信息的方法可以简单便捷的保证用户电能数据采集和传输的正常进行，便电网对受灾区进行电力调度。其中，电能信息包括：电压、电流、功率因数、有功电能、无功电能和谐波分量。

步骤S120中，计算所述电能信息。

将测量和采集的电能信息经过计算后再传输至其它终端，尤其是谐波分量，谐波分量，指电力系统中的电压和电流波形都不是真正的正弦波形，即程度不同的存在着谐波含量，谐波分量的产生主要是各类非线性用电设备，变压器和各类铁芯电抗器所致。

谐波分量的危害有：谐波电流注入电网，使电力系统电压、电流波形发生了严重的畸变；引起电能计量误差；导致转矩不能与平均功率成正比而产生附加误差。其中谐波分量采用傅里叶变换法计算，以提供数据精度。

步骤S130中，将所述电能信息或计算的结果通过无线方式传输给第二终端。

目前绝大多数的电能数据记录需要采用人工读电表的方式，这样不仅需要耗费大量的人力劳动，而且还有抄错记错的风险，不能精准的读取和传输电能数据，无线传输方式测量准确、成本较低，尤其是配合无线抄表系统效果更佳。

步骤S140中，所述第二终端将所述电能信息和所述计算的结果可视化显示。

第二终端根据传输数据进行演示，通过显示数据的每次变化，方便观察现象。

为了解决或者改善对背景所提出的问题，本申请实施例提供如图2所示的无线远程数据采集系统，包括：电能计量模块1、无线通讯模块3、第二终端4、核心控制模块2。

电能计量模块1，其用于测量并采集电能信息，所述电能计量模块1还用于计算所述电能信息；其中，所述电能信息包括电压、电流、功率因数、有功电能、无功电能和谐波分量，所述谐波分量采用傅里叶变换法计算。其满足采集电能数据并通过串口将处理完成的数据传输给单片机的要求，通过内置算法具有很强的计算能力，可完成谐波分量的计算，并且可提供万分位的数据精度。

电能计量要求从成本、精度和功耗这三方面来确定方案，并且实现数据传输还需要将计量的数据转化成核心芯片读懂的数据形式。传统方法通过单片机A/D转换采集电能数据，伴随着需要连接接线与电流电压线圈等辅助计量，但复杂程度很高，需要使用的装置多且杂，难以上手，同时消除谐波采用傅立叶变换法时计算量过大不易计算。因此电能计量模块1采用用于远程抄表系统的电能计量的IM1281B模块和用于计量模块核心的QS121XX系列计量芯片。

无线通讯模块3，其用于将所述电能信息或计算的结果通过无线方式传输给第二终端4。其通过无线通信的方式传输精确的数据到上位机，通过串口与单片机进行数据交换，满足通信要求的同时，保证了传输的安全性，且应用简单方便，成本相对低廉，传输速度快，同时保证了高效性。

常见的无线抄表系统在无线通信方面虽然有组网迅速简单的特点，但存在通信过程中继环节多的问题，不仅能耗大而且计量设备需要的成本较高。在居民使用方面还要支出较高的维护费，存在计量不准确、成本昂贵和操作复杂等问题。因此无线通讯模块3采用ATK-ESP8266串口的WIFI模块。

第二终端4，其用于将所述电能信息和所述计算的结果可视化显示；其中，所述可视化显示方式为动态图表显示。其第二终端4也可是为上位机、服务器等；其第二终端4内包括显示模块，显示模块对系统运行与传输数据进行演示，通过显示数据的每次变化，方便观察现象，方便系统调试以及进行有效的人机交互；或通过OLED显示屏实时显示传输数据。

核心控制模块2，其用于分析所述电能计量模块1传输的数据并处理指令，并将最新数据传输到所述无线通讯模块3。其用于规约传输信息，读出电能数据并传输到通讯模块的核心控制模块2：用于规约传输的Modbus-RTU协议，通过串口进行通信；其分析计量模块传输的数据并处理指令，实时将最新数据传输到通讯模块。其对Modbus-RTU 规约传输的CRC16校验码进行解码，与电能计量模块1和无线通讯模块3进行通信。

进一步的，计量模块的供电要求为5v，WiFi模块的供电要求为3.3v，在以往的实验中，供电情况与要求有1~2v的差距时，也有成功运行的可能，但不仅会使设备过热而且本系统有很多需要进行通讯连接的模块，如果供电不符可能会有数据丢失以及多传漏传的现象，对于整个系统的稳定运行是很大的隐患，如果采用核心控制模块2进行供电，很有可能达不到计量模块的供电要求。因此该系统还包括稳压模块，其用于对所述电能计量模块1和所述无线通讯模块3分别供电；其中，所述电能计量模块1的供电为5v，所述无线通讯模块3的供电为3.3v。

进一步的，还包括按键模块，其通过硬件控制数据传输方式，提供两种控制模式：支持手动传输数据模式与自动传输数据模式。以使该系统能够通过OLED显示屏实时显示传输数据，通过按键模块控制数据传输。

如图3所示，基于上述的无线远程数据采集系统，本申请实施例提供一种无线远程数据采集系统工作流程：

首先初始化需要工作的GPIO、IIC通信、串行通信等，初始化结束后按键扫描确定是否开始设置网络以及接收采样值和选择接收的模式；

确定开始检测则运用UART通讯读取IM1218B计量模块的数据寄存器，计量模块采集的电能数据通过Modbus协议发送蕴含数据的报文给连接的设备；

消息帧成功发送到主机后，主机以相同的包装形式返回一个数据帧，其中包含与从机传输的数据相同的元素，回应的数据主要返回寄存器值或状态；若没有接收到主机消息，则从机不进行响应，可以通过这样的方式判断数据是否发送成功；

成功发送数据之后计量模块将采集数据以CRC16校验码结尾的形式发送到核心模块；主机读取到的数据为16进制数，且没有使用小数点隔开数字，在核心控制芯片这通过相应的算法将数据处理成合理的数据，将基于16的数据转换为int；

使用IIC通信将电能数据显示到OLED屏上并通过Wi-Fi模块传输到上位机应用程序，本系统中令WiFi模块作为服务端，上位机作为客户端。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。