电池供电总线式网络系统增强带载能力的系统及方法

本发明是发明名称为“电池供电总线式网络系统增强带载能力的方法”的分案申请，其中，母案的申请号为201910751186.7，申请日为2019.08.01。

技术领域

本发明涉及电池供电技术领域，特别是涉及一种电池供电总线式网络系统增强带载能力的系统及方法。

背景技术

随着技术的发展和人民生活水平的提高，智能远程抄表在现代社会中的应用越来越广泛，同时暴露的问题也越来越多。智能远程抄表的缺点主要体现在以下几个方面：

1、有线远程抄表系统采用的交流供电，会引入电网干扰(如电涌等)，造成设备的损坏。

2、远程抄表使用交流电也使得抄表接入电网不方便，需要工作人员协调安装接入电网等工作，且容易遭断电破坏。

3、由于单台采集设备带的智能仪器、仪表的数量多，系统庞大，以致于一旦接入的从机设备出现短路等问题，在数十个从机点中找出故障点将变得很麻烦，使得后期维护工作相当复杂。

此外，由于一系列原因导致很多有线远程抄表系统在使用几年以后，出现维护成本高、维护难的问题，进而使得很多远程抄表系统使用几年后处于瘫痪的状态。

针对以上情况，许多厂家都尝试使用电池供电，但由于电池的容量有限，以及电池输出电流的能力有限，使得由电池供电的集中采集设备的带载能力有限，进而导致成本偏高。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池供电总线式网络系统增强带载能力的系统及方法，在增强主机设备管理从机设备的带载能力的同时，实现对单个从机的控制和管理。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种电池供电总线式网络系统增强带载能力的系统，所述系统包括集采器、多个分线器和多组从机设备；所述集采器为采用电池供电的主机设备；所述分线器为程控电子开关；且一组所述从机设备包括多个从机设备；

所述集采器通过总线与多组所述从机设备连接，每组所述从机设备与所述集采器之间的所述总线上设置一个所述分线器；所述总线为所述M-BUS总线或RS-485总线；

所述集采器用于输出通讯命令以控制多个所述分线器的通断，使得只有一个所述分线器导通，进而使得只有一组所述从机设备工作；所述通讯命令包括读ID命令、写ID命令和开关导通命令；

所述分线器用于响应所述通讯命令；

所述从机设备、所述分线器均设置有在一台所述集采器管辖的系统单元内唯一的身份ID码；所述身份ID码为用于身份识别的电子标签码，且所述从机设备和所述分线器的身份ID码设计为ID阵列表；

工作时，通过所述ID阵列表将所述集采器与标定分线器连通，以使得一组所述从机设备工作；所述标定分线器为多个所述分线器的其中一个。

可选地，所述身份ID码采用14位压缩的BCD码；并且，所述分线器的数量最大为99个。

可选地，所述集采器采用一组锂离子电池作为供电电源。

可选地，多个所述分线器按照一定的通讯规约进行异步串行通讯，实现数据交换。

可选地，不同所述集采器管辖的所述分线器的身份ID码能够重复。

为达上述目的，本发明还提供了如下技术方案：

一种电池供电总线式网络系统增强带载能力的方法，应用于电池供电总线式网络系统增强带载能力的系统，所述方法包括：

根据ID阵列表中最高位的身份ID码，向多个分线器发送第一通讯子命令，使得第一分线器与集采器导通，进而将第一从机设备组的输入总线BUS1与所述集采器的输出总线BUS连通，为所述第一从机设备组供电；所述第一分线器为所述最高位的身份ID码对应的分线器；所述第一从机设备组为与所述第一分线器连接的从机设备组；

将所述集采器延时第一时间后，依次向所述第一从机设备组中的每台从机设备发送读取数据命令，以完成对所述第一从机设备组的数据读取；

根据ID阵列表中第二高位的身份ID码，向多个分线器发送第二通讯子指令，使得第二分线器与集采器导通，进而将第二从机设备组的输入总线BUS2与集采器的输出总线BUS连通，为所述第二从机设备组供电；所述第二分线器为所述第二高位的身份ID码对应的分线器；所述第二从机设备组为与所述第二分线器连接的从机设备组；

将所述集采器延时第二时间后，依次向所述第二从机设备组中的每台从机设备发送读取数据命令，以完成对所述第二从机设备组的数据读取；

直至完成对所有所述从机设备组的数据读取，所述集采器停止对所述从机设备组供电，任务结束。

可选地，所述向多个分线器发送第一通讯子命令，使得第一分线器与集采器导通，具体包括：

所述第一分线器接收到所述第一通讯子命令后，判断所述第一通讯子命令中要求闭合的分线器的身份ID码是否与第一身份ID码一致；所述第一身份ID码为所述第一分线器的身份ID码；

如果所述第一通讯子命令中要求闭合的分线器的身份ID码与第一身份ID码一致，那么所述第一分线器控制启动开关闭合，使得所述第一分线器与集采器导通。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

将一组从机设备与集采器之间的总线上设置一个分线器，集采器输出通讯命令来控制多个分线器的通断，使得最终只有一个分线器导通，进而使得只有一组从机设备工作，从而增强了主机设备(集采器)的带载能力；并且每台从机设备、每个分线器都有唯一的身份ID码，使得对于从机设备的控制能够精确到单个从机设备，实现了对单个从机设备的控制和隔离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的结构示意图。

图1为本发明电池供电总线式网络系统增强带载能力的系统的拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种电池供电总线式网络系统增强带载能力的系统及方法，用于总线式网络系统中，增强由电池供电的主机设备管理从机设备的带载能力，特别是由M-BUS总线、或RS-485总线等总线方式连接的有线远程抄表系统。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本实施例提供一种电池供电总线式网络系统增强带载能力的系统，包括集采器、多个分线器和多组从机设备；所述集采器为采用电池供电的主机设备；所述分线器为程控电子开关；且一组所述从机设备包括多个从机设备；所述集采器通过总线与多组所述从机设备连接，每组所述从机设备与所述集采器之间的所述总线上设置一个所述分线器；所述总线为所述M-BUS总线或RS-485总线。

所述集采器用于输出通讯命令以控制多个所述分线器的通断，使得只有一个所述分线器导通，进而使得只有一组所述从机设备工作；所述通讯命令包括读ID命令、写ID命令和开关导通命令；所述分线器用于响应所述通讯命令；所述从机设备、所述分线器均设置有在一台所述集采器管辖的系统单元内唯一的身份ID码；所述身份ID码为用于身份识别的电子标签码，且所述从机设备和所述分线器的身份ID码设计为ID阵列表。

工作时，通过所述ID阵列表将所述集采器与标定分线器连通，以使得一组所述从机设备工作；所述标定分线器为多个所述分线器的其中一个。

具体地，所述身份ID码采用14位压缩的BCD码；并且，所述分线器的数量最大为99个；并且多个所述分线器按照一定的通讯规约进行异步串行通讯，实现数据交换。

进一步地，所述集采器采用一组锂离子电池作为供电电源。

在本发明具体实施中，集采器、多组从机设备和多个分线器组成了总线式网络系统的每个小系统单元，整个小系统单元内的所有仪表(从机设备)和分线器均设置有在由此台集采器控制的小系统内唯一的、用于身份识别的电子标签码，即身份ID码，同时由此集采器控制，按照一定的通讯规约进行异步串行通讯，实现数据交换；当多台小系统的集采器组成大系统时，每台集采器也会设定其在大系统内唯一的、用于身份识别的电子标签码，即身份ID码。按照一定的通讯规约与管理中心通讯，至于通讯规约可以采用各种现行的规约，或者自定义的规约，其不影响本发明的实质内容，但至少需要另行定义一条控制分线器开关的导通命令，在系统通讯时，所有的分线器均同时接收分线器开关导通命令，当分线器接收到集采器的分线器开关导通命令后，先行比较集采器发送的地址码是否与分线器的ID码一致，一致则该分线器启动“导通开关”动作，如果不一致，则启动“断开开关”动作，这样可以确保小系统内最多只有唯一的一个分线器的开关处于导通状态。

本实施例的系统的物理连接方式为：1、集采器通过总线与若干个分线器连接。2、每个分线器再与若干个从机设备连接，假设集采器下连接有n台分线器，为描述方便，假设分线器下连接的仪表均为m台，要求m大于等于2，否则没有实际应用意义。

下面就集采器主动巡检其下挂的仪表与中心管理主机通知集采器对某个仪表进行数据交互或控制的过程进行程序控制流程说明：

一：集采器主动巡检其下挂的仪表(从机设备)：

1、为降低系统功耗，延长电池的使用寿命，平时不需要集采器与下辖的仪表进行数据交互时，集采器通过程序控制，对其输出总线不供电。

2、当集采器需要对下辖的仪表进行巡检时，集采器先给其输出的总线BUS供电，此时，所有的通过BUS连接在一起的分线器均处于通电且处于接收集采器命令的状态，在没有接收到集采器发送的某个分线器的电子开关导通的命令前，所有的分线器的电子开关处于断开状态，且分线器的原始开关状态为断开状态，此时，所有的仪表不供电。

3、集采器对第一分线器发送开关闭合命令，当第一分线器接收到开关闭合命令后，并确认集采器发送的要求闭合的分线器的身份ID码与自己的身份ID码一致，则第一分线器控制启动开关闭合，通过第一分线器连通BUS与BUS1。为确保系统内只有唯一的一个分线器开关闭合，其他的分线器同样也接收到了集采器发送的要求第一台分线器闭合的命令，经分线器内置程序处理，发现与该分线器的ID码不一致，则该分线器控制启动开关断开，即只要发现与自身ID码不符的开关闭合命令后，则该分线器均会启动一次开关断开动作，同时为了提高集采器的工作效率，不设置分线器的开关断开命令。

4、集采器根据其配置的第一分线器下辖的从机设备的身份ID码，依次发送要求这些仪表进行数据交互的命令，一直到第m个从机设备，此时所有的分线器虽然接收到命令，但由于ID码或命令不匹配，均不响应命令。

5、当第m个从机设备的数据交互工作完成后，集采器再发送要求第二分线器开关闭合的命令，此时包括第一分线器在内的其他分线器收到命令后，均启动开关断开的动作，确保只有BUS2与BUS连通，集采器再重复第4步的动作。

6、一直到第n个分线器下挂接的从机设备的数据完成交互后，则完成了集采器对其下辖的仪表的数据的交互工作。

二：中心管理主机通知集采器对某个仪表进行数据交互时：

其流程为：集采器接收到命令后，先根据从机设备的身份ID码，定位到该仪表是挂接的分线器ID号，设为IDx；然后启动总线供电，并发送启动IDx分线器开关连通的命令；等总线稳定后，再发送该仪表的数据交互命令，数据交互完成后，集采器直接切断总线供电。

通过增加带程控电子开关的分线器与以上的程控步骤，很简单的实现了本发明的目的，达到了大大提高集采器带载能力的目的。

实施例二

如图1所示，电池供电总线式网络系统增强带载能力的系统的拓扑结构图中：“I”为电池供电的主机设备，即集采器；“II”为程控电子开关，即分线器；“III”为智能总线式从机设备，即仪表(从机设备)。假设集采器下挂接了n个分线器，而每台分线器下挂的仪表数量一样，均是下挂接了m个仪表。

假设网络系统符合《CJ/T188-2004》通讯规约，其中分线器与仪表的ID码采用统一的14位压缩的BCD码，即7个字节的地址码，分线器的有效ID码为1个字节，即从00000000000001到00000000000099，且每台集采器下挂的分线器不重号，以及最大允许挂接99台分线器；同时在符合《CJ/T188-2004》通讯规约的基础上定义一条特殊的分线器开关导通命令字，定义为53号命令，对于仪表而言，不响应该命令，在通讯设计时，分线器只响应读ID命令、写ID命令以及开关导通命令，共3条命令，对于集采器发出的其他命令，分线器不作响应，这样可保证系统内不会出现命令冲突。

假设n＝20，m＝8，则该集采器下辖的总的仪表数量为160台，直接连接的分线器为20台，为了说明方便，假设分线器与仪表的ID码均按顺序设置，此20台分线器的ID码为00000000000001到00000000000020，其中01-20为分线器的有效ID；160台仪表的ID码从19072800000001到19072800000160顺序设置，每连续8个ID码的仪表连接在一个分线器下，集采器通过将分线器的1字节有效ID与7字节的仪表ID的组合而形成了一个ID存储阵列，即：

第1台分线器下挂：0119072800000001--0119072800000008

第2台分线器下挂：0219072800000009--0219072800000016

.....................

第20台分线器下挂：2019072800000153--2019072800000160

当集采器需要对仪表进行读数操作时，其工作流程如下：

1、集采器给其输出的总线供电，所有的分线器通电，处于通讯侦听状态，此时集采器下挂的所有分线器开关初始状态为断开态，即所有的仪表不通电。

2、集采器按其ID储存阵列的最高位，即分线器的ID码发送第一台分线器的开关导通命令，第一台分线器接收到命令后，经比对与自身的ID码相符，则响应命令，连通电子开关，将其下挂的8台仪表的输入总线BUS1与集采器的输出总线BUS连通，给19072800000001-19072800000008这8台仪表供电。而余下的19台分线器经比对，与自身的ID号不符，则运行断开开关操作，即使原来的开关处于断开状态，也运行断开开关操作。

3、集采器做适当的延时后，依次发送19072800000001-19072800000008这8台仪表的读取数据命令；此时分线器能接收到完整的命令，但由于该命令属于分线器不响应的命令，所以分线器一直处于通讯接收侦听的状态。

4、集采器完成第一台分线器下挂的8台仪表的数据读取后，发送第二台分线器开关导通命令，第二台分线器接收到命令后，经比对与自身的ID码相符，则响应命令，连通电子开关，将其下挂的8台仪表的输入总线BUS2与集采器的输出总线BUS连通，给19072800000009-19072800000016这8台仪表供电；而余下的19台分线器经比对，与自身的ID号不符，则运行断开开关操作，包括第一台分线器，这样19072800000001-19072800000008这8台仪表停止供电。

5、集采器做适当的延时后，依次发送19072800000009-19072800000016这8台仪表的读取数据命令。

6、集采器对第3台分线器发送开关导通命令，以及再依次发送其下挂的仪表的读取命令，依次到最后一台分线器下挂的仪表的数据读取完成，然后集采器停止对总线供电，完成工任务。

本实施例中通过简单的数据运算，进一步说明本发明的意义：

假设：挂接在总线系统中的每个分线器与仪表消耗的电流均为I，假设I＝1mA，每个分线器下挂接仪表的数量均大于1个，因为当等于1时，没有实际意义，假设当前该集采器组成的小系统中由20台分线器，每台分线器挂接8台仪表，则共管辖了160台仪表：

则通过应用此发明的技术后：集采器输出的电流仅为：20台分线器的电流以及其中一台分线器下挂的8个仪表的电流，即：(20+8)*I＝28*1mA＝28mA。

一旦没有采用此技术：则集采器需要输出的电流为：其管辖的所有仪表的电流和，即160*I＝160mA；

28mA/160mA*100％＝17.5％，即通过该发明，可大大降低集采器的负载电流。

更要注意的是：大部分网络系统的总线供电并不是3.6V的电池供电电压，如RS-485系统，一般为7V到15V系统，M-BUS总线系统一般为22V到40V系统，目前市场上的有线远程抄表系统以M-BUS总线连接为主，当集采器与仪表采用M-BUS连接，假设我们取M-BUS总线电压为22V，而使用的电池一般的电压为3.6V，所以输出到总线22V需要升压，不考虑升压的能量转换效率，则28mA时，电池最少需要输出：22/3.6*28mA＝171.1mA，而160个仪表需要的电流为160mA，电池最少需要输出：22/3.6*160mA＝977.8mA，而根据电池的特性，34615的锂离子电池的输出能力一般低于250mA，所以对于电池供电的网络系统，本发明的实际意义相当高。

通过上面的例证计算数据，得到如下结论：通过加装程控分线器的方法，使得电池供电的主机设备的管理从机设备的带载能力大大提高，以及延长电池的使用寿命。

相较于现有技术，本发明还具有以下优点：

(1)将由n*m个仪表组成的网络系统拆成了n个小单元系统，维护相当方便。

(2)分线器的接入不破坏原有的总线构架，所以基本没有太多附加的工作量，便于改造与实施。

(3)分线器的功能简单，可以用很小的成本完成硬件设计，而整体的分摊成本更低，具备有很强的系统成本优势。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。