专利名称：基于嵌入式系统的电力参数监测的通信方法
技术领域：
本发明涉及一种通信方法，特别涉及一种基于嵌入式系统的电力参数监测的通信方法。
背景技术：
电力的监管及节能改造首先需要监测电力信息，从而了解能源使用情况。因此，如何进行电力信息采集、处理，并实现用户在线监测和统计是电力监测的关键。随着网络技术的发展，基于有线网络的分布式信息采集系统成为一种新的信息获取手段。但是目前有线传输技术在电力监测网络中的存在综合布线的成本高，工程量大，对已有楼宇进行综合布线还存在破坏楼宇当前现状等问题。为满足潜在应用市场的需求，许多企业在电力监测系统无线应用方面做了大量的研究和开发工作。然而一般的无线通信大多采用的是WLAN (Wireless Local-AreaNetwork) > CDMA(Code Division Multiple Access)/GSM(Global System of Mobilecommunication)等网络，其自组织网络时往往受到限制，运行功率、成本都较高。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前的电力监测系统一般采用的无线通信网络在自组织网络时往往受到限制，运行功率、成本都较高问题，本发明提供一种基于嵌入式系统的电力参数监测的通信方法。本发明的基于嵌入式系统的电力参数监测的通信方法，它是基于嵌入式操作系统Contiki和电力参数监测无线传感网络实现的，所述电力参数监测无线传感网络包括终端节点、路由节点和接入节点；终端节点，用于对待监测的电力参数进行监测，并将监测数据传送给路由节点和接入节点；路由节点，用于监测数据在终端节点与接入节点之间的中转；接入节点，用于接收来自终端节点以及路由节点的监测数据，并将所述数据发送给数据管理中心，并将命令下达至终端节点以及路由节点；所述电力参数监测的通信方法包括如下步骤:给每一个路由节点、接入节点和终端节点分配IP地址的步骤；终端节点、路由节点和接入节点相互间采用无线通信协议6L0WPAN传输数据的步骤；所述终端节点对电力监测参数的控制过程中采用I2C总线协议进行数据传输的步骤；每个节点对无线通讯的控制过程中采用通信协议SPI进行数据传输的步骤；接入节点采用通信协议UART与数据管理中心进行数据传输的步骤。终端节点、路由节点和接入节点相互间采用无线通信协议6LoWPAN传输数据的步骤为:对终端节点和接入节点进行上电初始化的步骤；当终端节点、路由节点和接入节点成功加入6LoWPAN通信网络时，终端节点对电力参数进行监测的步骤；终端节点将监测到的数据发送给路由节点和接入节点的步骤。终端节点对电力监测参数的控制过程中采用I2C总线协议进行数据传输的步骤为:对终端节点进行上电初始化的步骤；为用于终端节点的电力监测参数的芯片配置地址的步骤；采用I2C总线协议为所述芯片寄存器配置信息的步骤；采用I2C总线协议读取所述芯片测量的监测参数的步骤；采用I2C总线协议将所述测量的监测参数上传到终端节点的无线通信模块的步骤。接入节点采用通信协议UART与数据管理中心进行数据传输的步骤为:对接入节点进行上电初始化的步骤；对接入节点的UART串口使能的步骤；设置通信协议UART的通信波特率的步骤；向数据管理中心发送监测数据的步骤。本发明的优点在于，各节点具有自组织网络功能，进而实现网络内短距离无线传输；还可以实现远距离无线通信功能；实现对电力信息的监测。实验表明，基于6L0WPAN协议的两个节点之间的数据通信距离可以达到80m左右。运行功率和成本也较低。给每一个节点配置IP，增加无线网络中的节点数目。
图1为本发明的基于嵌入式系统的电力参数监测的通信方法的终端节点的通信流程示意图。图2为本发明的基于嵌入式系统的电力参数监测的通信方法的终端节点对电力参数进行测量的流程示意图。图3为本发明的基于嵌入式系统的电力参数监测的通信方法的接入节点的通信流程示意图。图4为本发明的基于嵌入式系统的电力参数监测的通信方法的在测试时串口终端显示的节点通信情况示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一:本实施方式所述的基于嵌入式系统的电力参数监测的通信方法，它是基于嵌入式操作系统Contiki和电力参数监测无线传感网络实现的，所述电力参数监测无线传感网络包括终端节点、路由节点和接入节点；终端节点，用于对待监测的电力参数进行监测，并将监测数据传送给路由节点和接入节点；路由节点，用于监测数据在终端节点与接入节点之间的中转；接入节点，用于接收来自终端节点以及路由节点的监测数据，并将所述数据发送给数据管理中心，并将命令下达至终端节点以及路由节点；所述电力参数监测的通信方法包括如下步骤:给每一个路由节点、接入节点和终端节点分配IP地址的步骤；终端节点、路由节点和接入节点相互间采用无线通信协议6LoWPAN传输数据的步骤；所述终端节点对电力监测参数的控制过程中采用I2C总线协议进行数据传输的步骤；每个节点对无线通讯的控制过程中采用通信协议SPI进行数据传输的步骤；接入节点采用通信协议UART与数据管理中心进行数据传输的步骤。在一个电力参数监测无线传感网络中，节点分为三种类型:终端节点、路由节点以及接入节点，终端节点负责网络中电器工作时电力信息的监测(包括电压、电流、功率等)与传送，路由节点负责数据在终端节点与接入节点之间的中转，接入节点收集来自终端节点以及路由节点的电力参数，并将参数向数据管理中心传送，还可接受来自数据管理中心的命令，并将命令下达至终端节点以及路由节点。本实施方式提供的硬件上，终端节点包括:进行电力信息采集的传感器、电力监测芯片、第一控制器和无线通信模块；路由节点包括:第二控制器和无线通信模块；接入节点包括:第三控制器和无线通信模块。在整个电力参数监测无线传感网络中，需要完成如下通信功能:(a)被测电力参数在电力监测芯片与第一控制器之间的相互传输，传感器将测得的数据传送给第一控制器；(b)被测参数在第二控制器与无线通信模块之间的相互传输；(C)数据在无线通信模块之间的相互传输，即数据在各个节点之间的传输；(d)信号在第三控制器与数据管理中心之间的传输。其中，(a)功能使用通信协议I2C来完成；(b)功能使用通信协议SPI来完成；(c)功能使用无线通信协议6L0WPAN，6LoWPAN协议将IPv6弓丨入无线传感网络协议中，给每一个节点分配特定的IP地址，使得单个传感器节点能够向PC机一样，应用IP技术通信，同时，大大增加了节点地址空间，增加了系统节点数目，使得节点管理更加清晰，增强了系统管理能力；(d)功能使用通信协议UART来完成。
具体实施方式
二:结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式
一所述的基于嵌入式系统的电力参数监测的通信方法的进一步限定，终端节点、路由节点和接入节点相互间采用无线通信协议6LoWPAN传输数据的步骤为:对终端节点和接入节点进行上电初始化的步骤；当终端节点、路由节点和接入节点成功加入6LoWPAN通信网络时，终端节点对电力参数进行监测的步骤；
终端节点将监测到的数据发送给路由节点和接入节点。
具体实施方式
三:结合图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式
一所述的基于嵌入式系统的电力参数监测的通信方法的进一步限定，终端节点对电力监测参数的控制过程中采用I2C总线协议进行数据传输的步骤为:对终端节点进行上电初始化的步骤；为用于终端节点的电力监测参数的芯片配置地址的步骤；采用I2C总线协议为所述芯片寄存器配置信息的步骤；采用I2C总线协议读取所述芯片测量的监测参数的步骤；采用I2C总线协议将所述测量的监测参数上传到终端节点的无线通信模块的步骤。I2C(inter-1ntegrated circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线产生于80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要应用于板级的IC通信需要，即主要被用做硬件系统中的电路板上各个IC芯片的相互通信的线路，I2C总线在系统设计中十分常见。I2C总线协议最主要的优点是简单性、有效。由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低互联成本。本实施方式的电力参数监测无线传感网络采用单片机MSP430F1611作为第一控制器，单片机MSP430F1611中含有I2C模块，能够为MSP430和I2C兼容的设备互联提供接口，MSP430F1611所支持的I2C协议具有如下特征:>符合 PHILIPS I2C 规范 V2.1V字/字节格式传输V 7位或者10位设备寻址模式V 群呼V开始/重新开始/停止V多主发送/从接收模式V多主接收/从发送模式V主发送，从发送，主接收，从接收V标准模式速度为100Kb/S，快速模式速度可以达到400Kb/s>读/写采取FIFO缓存结构>可编程时钟发生器、16位数据访问可达到总线的最大吞吐量^自动数据字节计算,支持低功耗模式>从接收根据检测到开始信号自动将MSP430从LPMx模式唤醒^终端功能丰富
r只能用USARTO实现I2C操作本实施方式使用I2C协议实现单片机MSP430F1611对电力监测芯片ADE7953的内部寄存器的读写操作，从而实现电力信息的监测。
I2C协议的软件实现方式有两种:>单片机MSP430F1611串口通信寄存器，如表4-1所示为单片机MSP430F1611中控
制I2C模块通信的寄存器。表4-1 I2C模块的寄存器
权利要求
1.基于嵌入式系统的电力参数监测的通信方法，它是基于嵌入式操作系统Contiki和电力参数监测无线传感网络实现的，所述电力参数监测无线传感网络包括终端节点、路由节点和接入节点； 终端节点，用于对待监测的电力参数进行监测，并将监测数据传送给路由节点和接入节点； 路由节点，用于监测数据在终端节点与接入节点之间的中转； 接入节点，用于接收来自终端节点以及路由节点的监测数据，并将所述数据发送给数据管理中心，并将命令下达至终端节点以及路由节点； 其特征在于，所述电力参数监测的通信方法包括如下步骤: 给每一个路由节点、接入节点和终端节点分配IP地址的步骤； 终端节点、路由节点和接入节点相互间采用无线通信协议6L0WPAN传输数据的步骤； 所述终端节点对电力监测参数的控制过程中采用I2C总线协议进行数据传输的步骤； 每个节点对无线通讯的控制过程中采用通信协议SPI进行数据传输的步骤； 接入节点采用通信协议UART与数据管理中心进行数据传输的步骤。
2.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的电力参数监测的通信方法，其特征在于，终端节点、路由节点和接入节点相互间采用无线通信协议6LoWPAN传输数据的步骤为:对终端节点和接入节点进行上电初始化的步骤； 当终端节点、路由节点和接入节点成功加入6LoWPAN通信网络时，终端节点对电力参数进行监测的步骤； 终端节点将监测到的数据发送给路由节点和接入节点的步骤。
3.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的电力参数监测的通信方法，其特征在于，终端节点对电力监测参数的控制过程中采用I2C总线协议进行数据传输的步骤为: 对终端节点进行上电初始化的步骤； 为用于终端节点的电力监测参数的芯片配置地址的步骤； 采用I2C总线协议为所述芯片寄存器配置信息的步骤； 采用I2C总线协议读取所述芯片测量的监测参数的步骤； 采用I2C总线协议将所述测量的监测参数上传到终端节点的无线通信模块的步骤。
4.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的电力参数监测的通信方法，其特征在于，接入节点采用通信协议UART与数据管理中心进行数据传输的步骤为: 对接入节点进行上电初始化的步骤； 对接入节点的UART串口使能的步骤； 设置通信协议UART的通信波特率的步骤； 向数据管理中心发送监测数据的步骤。
全文摘要
基于嵌入式系统的电力参数监测的通信方法，涉及一种通信方法。为了解决目前电力监测系统一般采用的无线通信网络在自组织网络时往往受到限制，运行功率、成本都较高的问题。它是基于嵌入式操作系统Contiki和电力参数监测无线传感网络实现的，所述方法包括给每一个路由节点、接入节点和终端节点分配IP地址的步骤；终端节点、路由节点和接入节点相互间采用无线通信协议6LoWPAN传输数据的步骤；终端节点对电力监测参数的控制过程中采用I2C总线协议进行数据传输的步骤；每个节点对无线通讯的控制过程中采用通信协议SPI进行数据传输的步骤；接入节点采用通信协议UART与数据管理中心进行数据传输的步骤。它用于电力系统中。
文档编号H04L29/08GK103200248SQ201310099410
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者潘大为, 罗清华, 印姗, 庄波海, 彭宇, 彭喜元 申请人:哈尔滨工业大学