光纤采集单元及电表数据采集方法与流程

本发明涉及一种用电数据采集单元，尤其是一种光纤采集单元。

背景技术：

用电信息采集系统对电力企业运营和资产管理有着重要的意义，具有采集范围广、数量多、时效性强等特点，应满足实时、稳定、高效、可靠等基本要求。而目前传统的用电信息采集系统使用采集器和集中器进行电表数据采集：采集器使用单路RS485与表箱内数十个电表连接，将抄读的数据通过电力载波发送至集中器，再由集中器将数据通过2G/3G/4G/有线的方式回传至采集系统主站。由于RS485总线不能够做总线的自动仲裁，也就是不能够同时发送数据以避免总线竞争，单个RS485的通信效率必然低下；同时，电力载波也有传输速率低、易受干扰等缺陷，这就导致了用电采集系统的数据传输实时性和可靠性较差、数据采集效率低下的现状，已严重制约了低压电力数据采集的应用和发展。

目前的智能电表是以供电企业为主体而设置，其功能都没有考虑用电用户的体验及需求；由于受到安装地点位置的限制、以及安全预防及防窃电等一系列客观因素影响，用户对智能电表的查询和操作都显得极为不便，而在用户户内安装可直接对智能电表进行查询和操作的智慧电能终端极大地改善这一现状。显然，利用目前已有的电力线路、通过电力载波传输智能电表数据至用户户内是平衡成本投入与实用效果的最佳解决方案，但随着电表查询和操作设备的增加，若任由智慧电能终端无序地随意发起通讯，电力载波冲突的可能性将不断增大，数据传输的效率将不断降低，用户体验也将越来越差，导致这一解决方案无法得到很好的推广和应用。

随着经济社会发展对电能的依赖程度日益增强，社会需要更加优质、安全、稳定、可靠、经济的电能，对电力企业的规划建设、运营管理和营销服务提出了更高的要求，这就使得为电力企业提供分析决策的数据支撑变得越发重要。针对传统用电信息采集系统的薄弱环节，依靠现代信息、通信和控制技术积极发展低压用电数据采集系统，实现海量、实时、稳定、高效、可靠的低压电力数据采集，已成为电力行业积极应对未来挑战的共同选择。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明所提供了一种光纤采集单元，上行至主站采用高速光纤的传输方式，下行至电表将RS485总线增至多路，每路485都可互不干扰的独立并行运行，上行下行传输通道的改造使得数据采集的能力大幅提升。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光纤采集单元，包括：

微控制单元，用于运行程序指令，控制其他部件工作；

至少2路RS485电路，每路RS485电路分别与所述微控制单元相连，用于将微控制单元传输的数据，转换成标准的RS485信号，使电表识别接收，同时将电表返回的标准RS485信号，转换成微控制单元能识别的数据包；

光通信电路，与所述微控制单元相连，用于在微控制单元与外部光纤设备之间建立通讯硬件链路，让微控制单元与外部网络可相互通讯；

存储芯片，与所述微控制单元相连，用于存储该光纤采集单元RS485端口上连接的电表号、设备参数和事件记录；

电源模块，与所述微控制单元相连，用于给该光纤采集单元供电。

更优的，所述每路RS485电路包括RS485通信芯片和隔离保护电路。

更优的，所述隔离保护电路包括光耦芯片。

更优的，所述光通信电路包括光通信芯片和光模块。

更优的，该光纤采集单元还包括：

网口电路，与所述微控制单元相连，用于在微控制单元与外部网口设备之间建立通讯硬件链路，让微控制单元与外部网络可相互通讯；

红外收发电路，与所述微控制单元相连，用于将微控制单元传输的数据转换成标准的红外光信号，使手抄器识别接收；同时将手抄器返回的标准红外光信号，转换成微控制单元能识别的数据包；

指示灯电路，与所述微控制单元相连，用于实时显示该光纤采集单元的工作状况；

时钟芯片，与所述微控制单元相连，用于计时。

更优的，该光纤采集单元还包括载波模块，所述载波模块与所述微控制单元相连，用于将微控制单元传输的数据转换为标准的载波信号，使智慧电能终端识别接收；同时将智慧电能终端返回的标准载波信号，转换成微控制单元能识别的数据包；

所述电源模块还与载波模块相连，用于给载波模块供电。

更优的，所述电源模块包括EMC防护电路。

更优的，所述EMC防护电路包括在电源的输入回路的A相、B相、C相和N相各分别串联1个电感；在所述电源的A相和N相之间，B相和N相之间，C相和N相之间各分别并联1个Y电容；在所述电源的A相、B相和C相各分别接入1个二极管和1个压敏电阻。

本发明还提供了一种根据上述光纤采集单元的电表数据采集方法，包括：

（1）光通信电路接收主站下发的抄表指令并传递至微控制单元；

（2）微控制单元解析抄表指令确定对应的485端口；

（3）微控制单元顺序向各个485端口发送带表号的抄表命令；

（4）微控制单元轮巡各个485端口，侦听电表返回数据；

（5）微控制单元收到电表返回数据，通过光通信电路回传主站。

更优的，所述光通信电路替换为网口电路。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的光纤采集单元，上行至主站采用高速光纤的传输方式，可承载海量数据传输并使得通讯链路更加稳定，下行至电表将RS485总线增至多路，每路485总线都可互不干扰独立并行运行，上行下行传输通道的改造使得数据采集的能力大幅提升，可完全满足当前电力数据采集高频度和高精度的需要。

2、RS485通信芯片与微控制单元之间，采用光耦芯片做隔离保护，通过光电隔离保护电路,将微控制单元电路系统和RS485外围电路系统电气完全隔离开来，大大提高了微控制单元电路系统的抗干扰特性，从而提高电路系统的可靠性，另一方面，电气隔离系统可以防止共模电压形成电流回路，从而防止电路系统意外损坏。

3、由于电源前面有电力载波，因此不能直接并联差模电容和共模电容作为防护，否则会吸收电力载波信号，造成电力载波信号衰减。因此在电源输入回路首先串入了四个电感，分别接入ABC三相和N相，然后再在ABC各相和N之间并接Y电容，进行三相对零线共模滤波，再经过三个二极管对三相交流电进行整流，并在整流后的电源中并接一只压敏电阻。当电网上由于雷击浪涌电流导致电源电压异常升高并达到压敏电阻的动作电压时，压敏电阻导通，从而吸收浪涌能量。在三相相线上，除了串接电感，还串接了电阻，由于整机电源功耗较低(2W)，因此电源输入电流较小，串接的电阻和电感的直流电阻不会造成什么影响。但由于后端整流滤波电容的存在，通过RC串联电路，从而使得电容两端电压不能突变，因此当雷击浪涌电流发生时，开关电源输入电压也能保持比较平稳，从而提高电源系统可靠性。

4、通过载波模块，该光纤采集单元可通过电力载波自动检测和管理用户户内的智慧电能终端，并建立了终端数据发送和接收的机制，避免终端无序发送数据从而干扰电力线路，造成载波冲突的现象发生。通过红外收发电路，可以与外部红外设备进行互通，满足手抄器抄表的需求。通过网口电路，可以与外部网络进行互通，满足设备设置和数据读取的需求。

附图说明

图1是本发明实施例1光纤采集单元结构示意图；

图2是本发明实施例1光纤采集单元的RS485电路电路图；

图3是本发明实施例1光纤采集单元的光通信电路和网口电路电路图；

图4是本发明实施例2光纤采集单元结构示意图；

图5是本发明实施例2光纤采集单元的电源模块EMC防护电路电路图；

图6是本发明实施例2光纤采集单元的电表数据采集方法流程图；

图7是本发明实施例2光纤采集单元与主站网络连接状态检测流程图；

图8是本发明实施例2智慧电能终端注册到光纤采集单元流程图；

图9是本发明实施例2用电信息采集系统的结构示意图；

图10是本发明实施例2用电信息采集系统主站接受光纤采集单元登录和心跳监听流程图；

图11是本发明实施例2用电信息采集系统主站抄表流程图；

图12是本发明实施例2用电信息采集系统智慧电能终端查询电表数据流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

如图1所示，本发明提供了一种光纤采集单元，包括：

MCU，用于运行程序指令，控制其他部件工作。

5路RS485电路，每路RS485电路分别与MCU相连，用于将MCU传输的数据，转换成标准的RS485信号，使电表识别接收；同时将电表返回的标准RS485信号，转换成微控制单元能识别的数据包。

如图2所示，每路RS485电路包括RS485通信芯片和隔离保护电路。RS485芯片与MCU之间，采用光耦芯片做隔离保护，通过光电隔离电路，将处理器电路系统和RS485外围电路系统电气完全隔离开来，大大提高了处理器系统的抗干扰特性，从而提高电路系统的可靠性，另一方面，电气隔离系统可以防止共模电压形成电流回路，从而防止电路系统意外损坏。

光通信电路，如图3所示，与MCU相连，用于在MCU与外部光纤设备之间建立通讯硬件链路，让MCU与外部网络可相互通讯。光通信电路包括光通信芯片和光模块。

存储芯片，与MCU相连，用于存储该光纤采集单元RS485端口上连接的电表号、设备参数和事件记录等。

电源模块，与MCU相连，用于给该光纤采集单元供电。

网口电路，如图3所示，与MCU相连，用于在MCU与外部网口设备之间建立通讯硬件链路，让MCU与外部网络可相互通讯，满足设备设置和数据读取的需求。

红外收发电路，与MCU相连，用于将MCU传输的数据转换成标准的红外光信号，以便手抄器识别接收；同时将手抄器返回的标准红外光信号，转换成MCU能识别的数据包。

指示灯电路，与MCU相连，用于实时显示该光纤采集单元的工作状况。

时钟芯片，与MCU相连，用于计时。

该光纤采集单元，上行至主站采用高速光纤的传输方式，可承载海量数据传输并使得通讯链路更加稳定，下行至电表将RS485总线增至5路，每路485总线都可互不干扰的独立并行运行，上行下行传输通道的改造使得用电数据采集的能力大幅提升，可完全满足当前电力数据采集高频度和高精度的需要。

实施例2：

本发明还提供了一种更优的光纤采集单元，如图4所示，在上述实施例1图1所示的光纤采集单元的基础上，还包括：

载波模块，载波模块与MCU相连，用于将MCU传输的数据转换为标准的载波信号，使智慧电能终端识别接收；同时将智慧电能终端返回的标准载波信号，转换成MCU能识别的数据包。

电源模块，还与载波模块相连，用于给载波模块供电。电源模块包括AC-DC单元和DC-DC单元，AC-DC模块将输入交流220V变压到直流5V输出，为载波模块和光纤采集单元供电，DC-DC模块将直流5V升压到12V输出，供载波模块使用。

如图5所示，电源模块还包括EMC防护电路，EMC防护电路包括在电源的输入回路的A相、B相、C相和N相各分别串联1个电感；在电源A相和N相之间，B相和N相之间，C相和N相之间各分别并接1个Y电容；在A相、B相和C相各分别接入1个二极管和1个压敏电阻。由于电源前面有电力载波,因此不能直接并联差模电容和共模电容用于防护，否则会吸收电力载波信号，造成电力载波信号衰减。因此在电源输入回路首先串入了四个电感，分别接入ABC三相和N相，然后再在ABC各相和N相之间并联接入Y电容，进行三相对零线共模滤波，再经过三个二极管对三相交流电进行整流，并在整流后的电源中接入一只压敏电阻。当电网上由于雷击浪涌电流导致电源电压异常升高并达到压敏电阻的动作电压时，压敏电阻导通，从而吸收浪涌能量。在三相相线上，除了串接电感，还串接了电阻，由于整机电源功耗较低(2W)，因此电源输入电流较小，串接的电阻和电感的直流电阻不会造成什么影响。但由于后端整流滤波电容的存在，通过RC串联电路，从而使得电容两端电压不能突变，因此当雷击浪涌电流发生时，开关电源输入电压也能保持比较平稳，从而提高电源系统可靠性。

本发明的光纤采集单元替代了传统的集中器+采集器的运行模式。该光纤采集单元配备了光纤、以太网、载波模块、红外通信和多路RS485接口，各接口独立并行运行，通过MCU协调工作。上行至主站采用高速光纤/以太网络的传输方式，可承载海量数据传输并使得通讯链路更加稳定，下行至电表将RS485总线增至多路，每路485都可互不干扰的独立并行运行，上行下行传输通道的改造使得用电数据采集的能力大幅提升，可完全满足当前电力数据采集高频度和高精度的需要；同时，该光纤采集单元可通过电力载波自动检测和管理用户户内的智慧电能终端，并建立了终端数据发送和接收的机制，避免终端无序发送数据干扰电力线路，造成载波冲突的现象发生；红外收发线路主要用于设备参数读取和写入。

本发明的光纤采集单元除具备高速数据采集和传输特性以外，还具备数据中转和交换功能，使数据传输可在主站、电表和户内的智慧电能终端之间进行，如主站与电表，主站与终端，电表与终端。

本发明还提供了一种根据上述光纤采集单元的用电数据采集方法，如图6所示，包括：

（1）光通信电路/网口电路接收主站下发的抄表指令并传递至微控制单元；

（2）微控制单元解析抄表指令确定对应的485端口；

（3）微控制单元顺序向各个485端口发送带表号的抄表命令；

（4）微控制单元轮巡各个485端口，侦听电表返回数据；

（5）微控制单元收到电表返回数据，通过光通信电路/网口电路回传主站。

本发明的光纤采集单元的工作原理：

1、光纤采集单元通过光口/网口与调试软件链接，实现查看其运行状态和设置工作参数。

在PC上运行调试软件，软件运行后建立TCP服务端口，等待设备连接。光纤采集单元上电后，MCU运行，通过其SPI接口，经过33欧保护电阻（R75-R78），将片选，时钟，数据输入和数据输出，复位信号传输到网络芯片（U4）。网络芯片（U4）将通信包转换成网络传输电信号，通过网络变压器驱动芯片（T1）增强信号后发送到光纤网络交换机芯片（SFP interface）的CH2接口，经过光纤网络交换机芯片（SFP interface）转发，将CH2接口信号转到CH1接口上，CH1接口通过JP3网络接口连接网线连接PC端的TCP服务端口，建立socket连接，socket连接成功后，光纤采集单元即可通过调试软件进行状态查看或者设置参数。

2、光纤采集单元与主站的通讯机制。

（1）光纤采集单元通过光口/网口与主站服务器建立TCP链接并互通数据。

在主站服务器端运行主站软件，软件运行后建立TCP服务端口，等待设备连接。光纤采集单元上电后，MCU运行，通过其SPI接口，经过33欧保护电阻（R75-R78），将片选，时钟，数据输入和数据输出，复位信号传输到网络芯片（U4）。网络芯片（U4）将通信包转换成网络传输电信号，通过网络变压器驱动芯片（T1）后通过光纤网络交换机芯片（SFP interface），通过0.1uF的隔直电容（C66-C69），将网络传输电信号转化为光模块所需的差分信号，通过（CON1）驱动光模块将电信号转化为光信号通过光纤传递到主站，从而主动与主站进行socket连接，socket连接成功后，光纤采集单元与主站按照约定数据格式进行信息交换。如果连接中途断开，光纤采集单元会自动重连。

（2）如图7所示，光纤采集单元的光口/网口与主站服务器网络连接状态检测：

①光口/网口网络连接状态需要定期检查，检查周期为20秒，以确保通信过程是稳定可靠的。

②确保通信正常的机制是：若在定期检查周期内光纤采集单元不曾收到主站数据，光纤采集单元定时主动发起一个规定协议的心跳包，正常情况下主站会立即返回一个数据包。光纤采集单元收到数据包后判定连接正常，反之则判断网络异常。

连接过程：光纤采集单元的MCU定时打包好一个规定协议的心跳包，MCU通过其SPI接口，经过33欧电阻，将片选，时钟，数据输入和数据输出，复位信号，将心跳包传输到网络芯片（U4）。网络芯片（U4）将通信包转换成网络传输电信号，通过网络变压器驱动芯片（T1）后通过光纤网络交换机芯片 （SFP interface），通过0.1uF隔离电容（C66-C69），将网络传输电信号转化为光模块所需的差分信号，通过（CON1）驱动光模块将电信号转化为光信号通过光纤将心跳包传递到主站。

主站接收到心跳包后立即回应一个应答包，并通过光纤发送该应答包，指令通过光纤传送到光纤采集单元的光模块上，光模块将光信号转化成为差分的电信号（TD和RD），经过隔直电容（C66-C69），将差分信号传递给光纤网络交换机芯片（SFP interface），光纤网络交换机芯片（SFP interface）将信号转化为网口信号，经过CH2端口，将信号传递给网路变压器（T1），网路变压器（T1）将网络信号变压为3.3V的安全电压后，将信号传递给网口转SPI芯片（U4），（U4）将网口信号转化为SPI协议的数字信号，通过33欧保护电阻（R75-R78）传递给光纤采集单元的MCU。

③若连接成功，则继续②的步骤，异常计数值清零；

④若连接失败，则继续②的步骤，异常计数值增加1次，多次连接失败后，MCU发起初始化硬件指令，设备重启；

⑤重启后继续主站连接流程。

（3）主站通过光纤采集单元采集前端电表数据。

当主站需要获取前端电表数据时，主站将指令打包通过光纤传送到光纤采集单元的光模块上，光模块将光信号转化成为差分的电信号（TD和RD），经过隔直电容（C66-C69），将差分信号传递给光纤网络交换机芯片（SFP interface），光纤网络交换机芯片（SFP interface）将信号转化为网口信号，经过CH2端口，将信号传递给网路变压器（T1），网路变压器（T1）将网络信号变压为3.3V的安全电压后，将信号传递给网口转SPI芯片（U4），（U4）将网口信号转化为SPI协议的数字信号，通过33欧保护电阻（R75-R78）传递给MCU。MCU识别通信包后，解析出要查询的端口，打包相应的命令，通过485E线使能相应的485芯片，通过485TX线发送命令，信号经过1K的保护电阻后通过光耦，控制光耦产生信号传输给485芯片，485芯片将信号转化为485格式的差分信号，发送给前端电表。电表通过上述相反的路径传递数据给MCU，MCU识别通信包后通过上述相反路径最终传递给主站，完成一次通信。

3、光纤采集单元与户内的智慧电能终端通讯机制。

（1）如图8所示，智慧电能终端注册至光纤采集单元流程。

智慧电能终端部分：智慧电能终端通电后如果没有绑定电表的，会要求用户绑定电卡，当用户插入电卡后，从电卡中获取电表号；智慧电能终端按照协议规范将电表号作为地址打包后，以波特率1000bps的速率通过U2TXD和U2RXD线传递给载波模块，载波模块解调后，通过电力线将数据传递给光纤采集单元的MCU。

智慧电能终端通过载波模块监听注册成功回复信号，若无回复，则间隔一定时间后重新发送该注册包。有回复后停止发送注册包。

光纤采集单元部分：光纤采集单元会监听载波模块信号，当电力线中有符合通讯协议的载波数据包，以波特率1000bps的速率通过U2TXD和U2RXD线传递给载波模块, 载波模块解调后，通过电力线将数据传递给光纤采集单元的MCU；光纤采集单元的MCU解析数据包内容，判断若是发自智慧电能终端的注册数据包，则将包中表号与存储芯片中的表号进行比对；若无该表号，则丢弃该数据包，错误信息通过载波模块调制后通过电力线反馈至智慧电能终端；若有该表号，则存储智慧电能终端信息并与电表关联，绑定信息通过载波模块调制后通过电力线反馈至智慧电能终端；若该表号已与智慧电能终端关联，已绑定信息通过载波模块调制后通过电力线反馈至智慧电能终端。

（2）光纤采集单元抄读电表数据并向智慧电能终端发送。

由于一个变压器的二次侧可能存在多个光纤采集单元，为避免多个光纤采集单元无序发送载波数据，则由主站对光纤采集单元进行集中配置和调度。主站以一个变压器二次侧的所有光纤采集单元为范围制定计划任务，以5分钟为时间间隔为每个光纤采集单元配置不同的任务时间。

当计划任务时间到了后，主站通过光纤将任务指令传送到光纤采集单元的光模块上，光模块将光信号转化成为差分的电信号（TD和RD），经过隔直电容（C66-C69），将差分信号传递给光纤网络交换机芯片（SFP interface），光纤网络交换机芯片（SFP interface）将信号转化为网口信号，经过CH2端口，将信号传递给网路变压器（T1），网路变压器（T1）将网络信号变压为3.3V的安全电压后，将信号传递给网口转SPI芯片（U4），（U4）将网口信号转化为SPI协议的数字信号，通过33欧保护电阻（R75-R78）传递给光纤采集单元的MCU。

MCU将读取存储芯片中已绑定智慧电能终端的电表号，获取对应的RS485接口。

MCU将校时命令转发至对应的RS485接口，通过485TX线发送命令，信号经过1K的保护电阻后通过光耦，控制光耦产生信号传输给485芯片，485芯片将信号转化为485格式的差分信号，将抄读指令发送给前端电表。

对应地址的电表接收到该命令并校时，后将执行结果通过485芯片转化为差分信号，传递给对应的RS485芯片，485芯片将差分信号转化为TTL的电平信号从RO端口输出，控制光耦的开关，产生符合MCU电平电压的TTL电信号，通过510欧的保护电阻传回MCU的485TX引脚，MCU接收并识别该信号。

光纤采集单元的MCU等待485返回单条数据抄读指令回传的时间为500ms，若数据回传超时，MCU记录日志并回传主站。

若接收到回传数据，则通过载波模块的引脚侦听电力线上的载波信号，若有其他载波信号则等待；若无，则MCU将校时命令，通过载波模块将数据发送出去并等待。

户内的智慧电能终端接收到数据并存储，然后将执行结果回传。

若光纤采集单元等待回传结果超时，则侦听载波信号并重发；若接收到回传结果，则回传主站。

4、光纤采集单元多路485控制的机制：

MCU的5个独立串行口分别通过5个RS485芯片驱动5路RS485接口电路。设备采用多任务操作系统控制多路RS485电路，每个任务控制每1路RS485电路由对应的一个任务去管理，多个任务可并行运行，则RS485电路相互间不会干扰。设备上电初始化的时候启动5个线程，分别控制5个RS485总线电路。当需要采集某个RS485总线上的电表数据时，MCU通过相应的线程向该路485总线发出数据请求，相应的电表接收到请求命令后，回传数据，完成一次通讯过程。以上数据通讯过程可以由MCU顺序向各个总线发起，由于MCU速度极快，同时又是多任务机制，相当于是多路RS485总线在同时工作，可以在一次通讯的时间内，同时完成5个485总线的数据通讯采集过程。

为进一步提高数据的传输速度，每路RS485的波特率默认设置为9600bps。每一条485总线可以接多个电表，MCU发送到RS485的数据包中包含电表地址ID，在485总线上发送一个数据包，电表接收该命令后解析命令包对比自己的地址ID和命令包中的地址ID是否相同，虽然所有电表都能够接收到该命令，但只有与地址对应的电表才会返回数据。

本发明了提供了一种用电信息采集系统，包括主站和电表，还包括实施例1所述的光纤采集单元。

如图9所示，本发明还提供了一种更优地用电信息采集系统，包括主站、电表和智慧电能终端，还包括实施例2所述的更优地光纤采集单元。

如图10所示，在用电信息采集系统中，包括主站接受光纤采集单元登录和心跳监听流程。

1、主站初始化电表和光纤采集单元（含端口）的配置信息。

2、主站监听光纤采集单元登录请求。主站收到登录请求后，通过配置信息判断当前连接的光纤采集单元是否有效，如果无效主动断开链接，如果有效则登录成功，同时向光纤采集单元返回登录确认信息并保持连接。

3、对已登录的光纤采集单元，主站计时10分钟并监听光纤采集单元发来的心跳信息，若收到心跳信息，则更新连接状态并返回确认信息，若超时未收到则主动断开连接并更新连接状态。

如图11所示，在用电信息采集系统中，包括主站通过光纤采集单元抄表的流程。

1、主站发起点抄或计划抄表任务。

2、主站判断任务优先级并排队。

3、主站通过电表和光纤采集单元配置信息找到对应的连接，并通过循环的方式向光纤采集单元上的多组485通道发送抄表指令，同一组485通道连接的指令通过排队方式下发。

4、光纤采集单元接收指令并解析协议，然后向指定485端口的电表发送抄表命令，收到电表数据并返回主站。

5、主站计时并通过循环方式监测光纤采集单元的每一组485端口是否收到返回数据。若超时未收到返回数据，则马上下发队列中的下一个采集命令，同时判断是否已超时三次，若已超时三次，则记录事件日志，若未超时三次，则发起补抄任务，并排到任务队列末端并等待下发。

6、主站收到抄读的数据，解析并存储该数据。

7、主站判断队列中是否还有未下发的命令，有则马上下发，无则结束流程。

如图12所示，在用电信息采集查询系统中，包括智慧电能终端查询电表信息的流程：

1、智慧电能终端生成包含电表地址的查询指令，通过电力线发送到载波模块；

2、载波模块解码后将查询指令发送到光纤采集单元；

3、光纤采集单元将查询指令中的电表地址与存储芯片中的电表地址进行比对，得到电表地址对应的RS485端口；

4、光纤采集单元将查询指令转发至对应的RS485端口；

5、电表返回数据到RS485端口，光纤采集单元收到电表返回数据；

6、光纤采集单元将电表返回数据发送到载波模块；

7、载波模块将电表返回数据发送到智慧电能终端，流程结束。

以下以校时流程为例说明该用电信息采集系统的工作原理：

（1）“主站”（光口/网口）/“电表”（特定端口的485）之间的数据转发：

主站生成包含电表地址的校时命令并通过光纤发送，指令通过光纤传送到光纤采集单元的光模块上，光模块将光信号转化成为差分的电信号（TD和RD），经过隔直电容（C66-C69），将差分信号传递给光纤网络交换机芯片（SFP interface），光纤网络交换机芯片（SFP interface）将信号转化为网口信号，经过CH2端口，将信号传递给网路变压器（T1），网路变压器（T1）将网络信号变压为3.3V的安全电压后，将信号传递给网口转SPI芯片（U4），（U4）将网口信号转化为SPI协议的数字信号，通过33欧保护电阻（R75-R78）传递MCU；

MCU将指令中的电表地址与存储芯片中的地址进行比对，就能得到该地址说对应的那个RS485接口；

MCU将校时命令转发至对应的RS485接口，通过485E线使能相应的485芯片，通过485TX线发送命令，信号经过1K的保护电阻后通过光耦，控制光耦产生信号传输给485芯片，485芯片将信号转化为485格式的差分信号，发送给前端电表；

对应地址的电表接收到该命令并校时，后将执行结果通过485芯片转化为差分信号，传递给对应的RS485芯片，485芯片将差分信号转化为TTL的电平信号从RO端口输出，控制光耦的开关，产生符合MCU电平电压的TTL电信号，通过510欧的保护电阻传回MCU的485TX引脚，MCU接收并识别该信号；

对应的RS485接口接收到“执行结果”，MCU通过其SPI接口，经过33欧电阻，将片选，时钟，数据输入和数据输出，复位信号传输到网络芯片（U4）。网络芯片（U4）将通信包转换成网络传输电信号，通过网络变压器驱动芯片（T1）后通过光纤网络交换机芯片（SFP interface），通过0.1uF的隔离电容（C66-C69），将网络传输电信号转化为光模块所需的差分信号，通过（CON1）驱动光模块将电信号转化为光信号通过光纤将“执行结果”传递到主站。流程结束；

（2）“主站”（光口/网口）/“户内终端”（载波）之间的数据转发；

主站生成包含电表地址的校时命令并通过光纤发送，指令通过光纤传送到光纤采集单元的光模块上，光模块将光信号转化成为差分的电信号（TD和RD），经过隔直电容（C66-C69），将差分信号传递给光纤网络交换机芯片（SFP interface），光纤网络交换机芯片（SFP interface）将信号转化为网口信号，经过CH2端口，将信号传递给网路变压器（T1），网路变压器（T1）将网络信号变压为3.3V的安全电压后，将信号传递给网口转SPI芯片（U4），（U4）将网口信号转化为SPI协议的数字信号，通过33欧保护电阻（R75-R78）传递给MCU；

通过载波模块的引脚侦听电力线上的载波信号，若有其他载波信号则等待；若无，则MCU将校时命令，通过载波模块将命令发送出去；

户内终端接收到该命令并校时，然后将执行结果回传；

MCU通过载波模块接收到“执行结果”，MCU通过其SPI接口，经过33欧电阻，将片选，时钟，数据输入和数据输出，复位信号传输到网络芯片（U4）。网络芯片（U4）将通信包转换成网络传输电信号，通过网络变压器驱动芯片（T1）后通过光纤网络交换机芯片（SFP interface），通过0.1uF的隔离电容（C66-C69），将网络传输电信号转化为光模块所需的差分信号，通过（CON1）驱动光模块将电信号转化为光信号通过光纤将“执行结果”传递到主站；

“执行结果”回传至主站，流程结束。

（3）“电表”（特定端口的485）/“户内终端”（载波）之间的数据转发；

智慧电能终端要查询到对所对应的电表信息，先用约定好的协议规范，生成包含电表地址的查询命令。通过电力线传递到智慧电能终端的载波模块上，载波模块解码后以波特率1000bps的速率通过U2TXD和U2RXD线传递给MCU；

MCU将指令中的电表地址与存储芯片中的地址进行比对，就能得到该地址说对应的那个RS485接口；

MCU将校时命令转发至对应的RS485接口，通过485E线使能相应485芯片，通过485TX线发送命令，信号经过1K的保护电阻后通过光耦，控制光耦产生信号传输给485芯片，485芯片将信号转化为485格式的差分信号，发送给前端电表；

对应地址的电表接收到该命令并校时，后将执行结果通过485芯片转化为差分信号，传递给对应的RS485芯片，485芯片将差分信号转化为TTL的电平信号从RO端口输出，控制光耦的开关，产生符合MCU电平电压的TTL电信号，通过510欧的保护电阻传回MCU的485TX引脚，MCU接收并识别该信号；

MCU用约定好的协议规范，生成包含电表地址的回复命令，以波特率1000bps的速率通过U2TXD和U2RXD线传递给载波模块，载波模块通过电力线将数据传递回智慧电能终端，流程结束。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。