专利名称：专变采集终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及采集终端，特别涉及一种专变采集终端。
背景技术：
目前市场现有采集终端主要是从硬件或软件两个方面考虑防窃电的功能的。硬件方面，主要是采用专门的计量箱、配备防撬铅封或改进电表外部结构等方法来实现防窃电功能；软件方面，大多是首先在具备了专变采集终端的基本功能之后，再利用负荷曲线进行数据分析，从而检测是否有窃电行为。
这些方法的缺点很明显，一是只能事后补救，不能称为真正的“防”窃电；二是无法取得有力的证据，在窃电行为发生后不利于追责。而且这些措施都只设置在用户端，由于缺乏实时监控仍然给部分非法用户留下窃电和破坏计量的余地。现有一种网络防窃电终端，申请号为201020690646. 4。这种网络防窃电终端是基于单片机开发的智能终端机；并与摄像头相连接，同时将摄像头采集的窃电图像传送至网络防窃电服务器；网络防窃电服务器，它将接收到的窃电图像转发至网络防窃电服务终端；至少一个网络防窃电服务终端，接收网络防窃电服务器转发来的窃电图像，并对窃电图像进行分析，最后发出报警信号。河南瑞特电气的方案虽然具备抓拍功能，但是并不支持电力终端的基本功能，并且无法对用电现场进行温度监测和火灾预警。
发明内容
本发明的目的是提供一种在出现异常情况及时报警的专变采集终端。本发明提供的这种专变采集终端，包括微控制器、数据采集单元、数据处理单元、参数设置和查询单元、存储单元、控制单元、本地功能单元、终端维护单元、监控单元、环境温度检测单元、烟雾探测单元和数据传输通信单元，监控单元通过摄像头与微控制器的主USB接口相连，并将采集的窃电图片或视频信息传输至微控制器；环境温度检测单元通过温度传感器将采集的温度值通过AD端口传至微控制器，用于工作环境温度的检测；烟雾探测单元通过烟雾传感器将探测到的烟雾信息通过IO端口传至微控制器，用于用电现场烟雾情况的安全检测；数据传输通信单元采用即插即用型通信模块，用于图像及监控数据的传输。所述监控单元包括摄像头，摄像头长期处于待机模式，当抄表主站发出采集指令或者有门节点触发，则进行图像采集、压缩以及格式转换，再通过USB传至微控制器，进行本地存储；当触发采集时，即有开门窃电行为发生时，微控制器将报警信息传至抄表主站，并通知抄表主站读取图像数据，抄表主站读取完成后，告之微控制器。所述环境温度检测单元包括温度传感器，温度传感器感应其所在环境的温度，并实时将温度数据通过AD信号传至微控制器。所述烟雾探测单元包括烟雾传感器，烟雾传感器将探测到的烟雾信息以开关量的信息，即有烟雾或无烟雾，通过I/o端口传至微控制器，当有烟雾时，微控制器立即将报警信息传至抄表主站。 所述数据传输通信单元采用即插即用型通信模块，可以选择GPRS、CDMA或3G不同的通信方式。本发明采用专网方式，保证了信息安全。支持大容量外置存储卡存储，图像采用先本地存储，后传送出去的方式，即使由于网络信号不好造成通信中断的情况发生，也不会有图像数据的丢失。本发明在专网上线后可通过远程读取的方式将图像信息重新取回电力系统控制中心。自带电池，在停电的情况下也能运行3个小时以上。同时配备详尽的日志记录，确保发生异常时有据可查。本发明在大用户终端中增加摄像功能，可以有效的抓拍现场情况，为电力客户追回损失提供了有力的证据。采用红外摄像、TF卡贮存技术、JPEG和3GP图像压缩技术，当发生报警时主动采集图像并通过WCDMA的3G通讯网络将图像上传抄表主站，从而实现对计量 装置的远程图像监控及窃电取证。终端无线通讯模块为即插即用型，根据插入的不同模块，目前可支持GPRS /CDMA/3G无线数据通信以及传统的以太网通信。这种方式的实时性好，且组网方便、投资少、易维护、扩展性好接入灵活。本发明对窃电行为进行图像或视频监控，发出报警的同时及时将这些图像或视频信息上传到服务器，有利于电力管理部门快速发现窃电行为，最大限度地减少电能损失。与此同时，本发明能实时监控终端工作环境的温度以及用电现场的烟雾情况，及时发现用电隐患，为提升客户服务水平和提升用电现场管理与安全防护奠定坚实的基础，从而能更有效地防治窃电，保障用电安全和电力企业利益。
图I是本发明的功能框图。图2是本发明的监控单元的流程图。图3是本发明的环境温度检测单元的工作流程图。图4是本发明的烟雾探测单元的流程图。图5是本发明的具体实施方式
之一。
具体实施例方式随着电子技术、通讯技术和计算机技术的迅速发展，以及电网电能计量监测的实际需要，实现摄像装置摄像、负控终端抄读模式的防窃电系统已经渐现雏形。这种具有先进水平的GPRS/CDMA/3G大用户终端，在终端中把防窃电实现和各种通信技术结合起来，实现了网络化防窃电，通过图像采集的方式进行防窃电监控，很大程度上弥补了当前防窃电技术的一大空白。为达到硬件配置的灵活性，本发明采用模块化的设计思路。如图I所示，本发明包括微控制器、数据采集单元、数据处理单元、参数设置和查询单元、存储单元、控制单元、本地功能单元、终端维护单元、监控单元、环境温度检测单元、烟雾探测单元和数据传输通信单元，监控单元通过摄像头与微控制器的主USB接口相连，并将采集的窃电图片或视频信息传输至微控制器；环境温度检测单元通过温度传感器将采集的温度值通过AD端口传至微控制器，用于工作环境温度的检测；烟雾探测单元通过温度传感器将探测到的烟雾信息通过IO端口传至微控制器，用于用电现场烟雾情况的安全检测；数据传输通信单元采用即插即用型通信模块，用于图像及监控数据的传输。如图2所示，监控单元硬件上主要是包括一个外置摄像头，该摄像头带有能解析由本发明发出的数据的软件，并通过USB接口与微控制器相连，负责对现场进行实时监控。该单元的防窃电监控功能主要通过软件实现。考虑到实际应用情况，本发明这种用于电力系统的终端不可能像商场监控一样，有7X24小时进行拍摄，所以触发条件需要判断，因此本发明需要在有触发的时候进行图像或者视频采集，所以此触发条件需要进行判断。基本工作模式分为两种当接收到抄表主站的拍照命令时，无条件触发拍照；当本发明的计量门的状态改变时，进行触发拍照。 工作时，摄像头长期处于待机模式，等待触发图像采集。当收到抄表主站拍照命令时，无条件触发拍照。当计量门打开后即主动触发图像采集；首先判断上次拍照照片是否收到抄表主站读取完成后下发的读取确认命令。如已收到确认命令，则触发拍照命令。否则继续定时产生告警，直到收到确认命令为止。拍照完成后，进行图像采集并压缩转换格式，通过USB传送给终端，终端进行本地存储，产生主动上报告警报文，通知抄表主站有照片需要读取。在告警上报信息中包含终端IP地址、FTP服务登陆端口号、FTP登陆用户名、密码、照片读取路径等通讯相关信息。抄表主站收到上报告警后，使用标准FTP协议，按照告警信息中的相关通讯信息登陆终端，获取本次拍照的照片。读取完成后，对终端下发读取确认命令。终端收到确认命令后，删除本次拍照照片，等待下一次拍照触发。如在拍照后20分钟未收到抄表主站确认命令，则重复主动上报告警报文。直到收到确认命令为止。该监控单元使用标准FTP协议，该协议成熟稳定，能够方便的进行列表，传输，续传操作；开发容易，节省大量开发调试时间。读取过程可由抄表主站系统自由控制，而本发明主动上报信息少，避免产生流量浪费。抄表主站可反复读取全部或者部分照片，避免大量专变采集终端同时上传图像信息对抄表主站服务器造成的冲击，传输负荷可由抄表主站系统自由控制分配；同时也避免终端主动传输照片可能造成的文件覆盖等问题。该单元实现对模拟摄像头信号的采集和压缩，是为了减小本发明的实际大小体积。所用摄像头采用红外式摄像头，这样即使是夜晚，也能保证采到图像；而且具有视频和图片两种监控方式，以适用不同的通信方式。不仅如此，该外置摄像头可根据现场情况随意安放并调整角度，最大限度地满足监控要求。如图3所示，环境温度检测单元通过PT100热电阻采集模块，感应工作环境的温度或者变压器温度，并实时将温度数据通过AD信号传给终端。这里的AD数据是7 X 24小时传给微控制器；同时所保存的数据，支持抄表主站自行读取或者由本发明主动上传两种方式，并可以设置温度阈值，超过该阈值则报警给抄表主站。PT100热电阻采集模块将随温度变化的阻值信号通过电流回路传至信号调理电路，生成4-20mA的直流模拟量信号，该模拟信号经由微控制器的AD采样端口采集。微控制器通过将该采样值与所设的温度阈值进行比较，如果没有超过该阈值则继续等待新的采样值的读入；如果超过该阈值，则上报抄表主站，并发送GSM报警短信给相关工作人员。此时，若微控制器收到了抄表主站的确认报文，则重新等待新的采用值的读入；若未收到此确认报文，则继续上报抄表主站，直至收到该主站的确认报文为止。本发明的温度传感器采用了 PT100热电阻采集模块，其型号为W301A1T4。此外，还可采用红外温度传感器或光线温度传感器来实现环境温度的报警功能。如图4所示，烟雾探测单元通过光学迷宫进行烟雾探测，通过开关量将烟雾状况(即有烟雾，或无烟雾)传送给微控制器。烟雾判定标准依据国准《GB 4715-2005点型感烟火灾探测器》。本发明在判定有烟雾时立即给抄表主站报警，从而实现用电现场安全管理的作用。本发明的微控制器指定某一路状态量(即微控制器的一个IO 口)，作为烟雾检测告警状态。当对应状态量上报变位告警时，表示烟雾告警的产生或者烟雾告警的消除。
本发明采用机柜专用型光电感烟火灾探测器(后简称烟雾传感器)，其型号为JTY-GD -T12，其信号输出端接入微控制器的开关量检测端口。当烟雾传感器检测到烟雾时，有开关量信号进入微控制器，该微控制器根据信号值判断是否探测到烟雾，若没有探测到烟雾，则轮循查看该IO 口的状态。若是探测到烟雾，则将这一结果上报抄表主站，并发送GSM报警短信给相关工作人员；微控制器等待抄表主站的确认报文，若收到该报文，则轮循查看该IO 口的状态；若未收到该报文，则继续向抄表主站上报烟雾报警的报文，直至收到该抄表主站的确认报文为止。此外，采用其他烟雾探测装置或传感器，也可实现本发明的烟雾报警功能。本发明的数据传输通信单元为模块即插即用型。目前根据插入的不同模块可支持GPRS、CDMA、3G无线数据通信以及传统的以太网通信，实现图像及监控数据的传输。软件上，在使用不同通信方式的情况下，根据相关通讯协议将信号信息或数据信息转换成对应通信方式的传输格式，由此多种通信方式得以实现。此外，一些诸如载波通信、小无线通信等通讯方式也可以实现本发明的窃电图像的信息上传。如图5所示，本发明是在满足国网III型专变采集终端相关标准要求的各种功能要求上，增加了图像防窃电监控(图片/视频)、工作环境温度检测及报警、工作环境烟雾探测及报警的功能。微控制器的UARTO端口是串口 0，与GPRS/CDMA模块进行控制和通讯，实现将本地数据上传至抄表主站。其GPIO端口是通用输入输出口，主要是对部分功能实施控制，比如控制通讯模块电源(模块异常或死机后可重启)、遥控输出等等。AD端口是模拟量采样端，用于接收温度传感器的数据。UART4是串口 4，和国网规定的ESAM加密芯片进行数据交互。UARTl和UART2是两路RS485抄表通讯口，满足国网标准的相关规定。UART5是与6515计量模块进行数据交互。其中，6515计量为电能计量，而6515为是对交流电源盒电流进行计量的一种芯片。SPI接口即Serial Peripheral Interface—串行外设接口，两路SPI接口用于识别本发明终端硬件ID，对6515计量模块进行升级维护，为本发明的语音报警功能模块提供驱动。IIC总线(Inter-Integrated Circuit)中，一组是与外部高精度时钟进行数据交互，一组是接国网要求的2kb容量的flash芯片，用于存储校表数据。该微控制器的数据总线和地址总线，用于进行外部功能扩展，如液晶显示、按键操作、烟雾报警的开关量的读入等。维护串口用于对终端软件进行升级等维护操作。本发明使用了 WDT (watch dog)看门狗技术。外部硬件看门狗作用是在程序异常后将本发明进行复位，保证其正常运行。微控制器将主USB通过本发明内置的USB-HUB分成数路，分别用于摄像头接口和U盘。其中U盘可用于升级终端程序或者读取取终端内存储的数据。微控制器的内置定时计数器，用于CT (current transformer电流互感器)的检测输入。微控制器采用ATMEL公司生产的微控制器芯片，其型号为AT91SAM9260。这是本发明功能的核心器件，负责监测监控传感器产生的本地触发信号或中心的图像触发信号，接收图像压缩模块的图像数据并以文件的方式写入本地TF卡，然后和监控服务器通信。核心控制单元同时还对电源、通信模块、图像采集压缩模块等工作状态进行监控。电源部分包含对100V，220V电源的二次转换变压器，备用电池的充放电管路，为摄像机提供DC5V电源，还为其他功能模块进行电源供给。具体实施时，一次电源(220V，100V输入转换部分)选用市面上流行的模块电源。备用电池采用容量大且体积小锂电池， 同时采用限压限流方式充电，电路简单可靠，能支持本发明在停电情况下运行约3个小时以上。本发明采用专网方式，保证了信息安全。支持大容量外置存储卡存储，图像采用先本地存储，后传送出去的方式，即使由于网络信号不好造成通信中断的情况发生，也不会由图像数据的丢失。本发明在专网上线后可通过远程读取的方式将图像信息重新取回电力系统控制中心。本发明有详尽的日志记录，确保发生异常时有据可查。
权利要求
1.一种专变采集终端，包括微控制器、数据采集单元、数据处理单元、参数设置和查询单元、存储单元、控制单元、本地功能单元以及终端维护单元，其特征在于，还包括监控单元、环境温度检测单元、烟雾探测单元和数据传输通信单元，监控单元通过摄像头与微控制器的主USB接口相连，并将采集的窃电图片或视频信息传输至微控制器；环境温度检测单元通过温度传感器将采集的温度值通过AD端口传至微控制器，用于工作环境温度的检测；烟雾探测单元通过烟雾传感器将探测到的烟雾信息通过IO端口传至微控制器，用于用电现场烟雾情况的安全检测；数据传输通信单元采用即插即用型通信模块，用于图像及监控数据的传输。
2.根据权利要求I所述的专变采集终端，其特征在于，所述监控单元包括摄像头，摄像头长期处于待机模式，当抄表主站发出采集指令或者有门节点触发，则进行图像采集、压缩以及格式转换，再通过USB 口传至微控制器，进行本地存储；当触发采集时，即有开门窃电行为发生时,微控制器将报警信息传至抄表主站,并通知抄表主站读取图像数据,抄表主站读取完成后，告之微控制器。
3.根据权利要求I所述的专变采集终端，其特征在于，所述环境温度检测单元包括温度传感器，温度传感器感应其所在环境的温度，并实时将温度数据通过AD采样端口传至微控制器。
4.根据权利要求I所述的专变采集终端，其特征在于，所述烟雾探测单元包括烟雾传感器，烟雾传感器将探测到的烟雾信息以开关量的形式，即有烟雾或无烟雾，通过I/O端口传至微控制器，当有烟雾时，微控制器立即将报警信息传至抄表主站。
5.根据权利要求I所述的专变采集终端，其特征在于，所述数据传输通信单元采用即插即用型通信模块，可以选择GPRS、CDMA或3G不同的通信方式。
6.根据权利要求I或2所述的专变采集终端，其特征在于，所述摄像头是具有夜视功能且能与所述微控制器进行通信的红外摄像头，其具有视频和图片两种监控方式，以配合不同的通信方式。
7.根据权利要求I所述的专变采集终端，其特征在于，所述微控制器采用ATMEL公司生产的微控制器芯片，其型号为AT91SAM9260。
8.根据权利要求I或4所述的专变采集终端，其特征在于，所述烟雾传感器采用机柜专用型光电感烟火探测器，其型号为JTY-GD-T12。
全文摘要
本发明公开了一种专变采集终端，包括微控制器、数据采集单元、数据处理单元、参数设置和查询单元、存储单元、控制单元、本地功能单元、终端维护单元、监控单元、环境温度检测单元、烟雾探测单元和数据传输通信单元。本发明对窃电行为进行图像或视频监控，发出报警的同时及时将这些图像或视频信息上传到服务器，有利于电力管理部门快速发现窃电行为，最大限度地减少电能损失。与此同时，本发明能实时监控终端工作环境的温度以及用电现场的烟雾情况，及时发现用电隐患，为提升客户服务水平和提升用电现场管理与安全防护奠定坚实的基础。
文档编号G01K1/02GK102821274SQ201210355598
公开日2012年12月12日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者席田玉, 范律, 肖林松, 谭震宇, 汤可 申请人:长沙威胜信息技术有限公司