Data la necessità di utilizzare la rete pubblica per realizzare la lettura wireless dei contatori, è stato progettato e sviluppato un modulo DTU basato sulla rete 4G per implementare l'applicazione del modulo DTU nel sistema di lettura dei contatori. Questo articolo introduce i requisiti tecnici dei terminali del modulo DTU, i moduli 4G e la rete, la progettazione del circuito hardware DTU, la progettazione anti-interferenza/affidabilità della scheda PCB, la progettazione del software del modulo di comunicazione e discute la funzione di interazione del comando AT del modulo DTU e il modulo DTU nello sviluppo e nell'applicazione nella lettura wireless dei contatori.
1. Requisiti tecnici dei terminali del modulo DTU
1) Alimentazione
Per facilitare l'installazione del contatore di energia elettrica e i requisiti del livello di interfaccia, si utilizza un'alimentazione a 5 V. Può essere utilizzato per la maggior parte dei contatori di energia elettrica e per altre apparecchiature di controllo industriale.
2) Parametri dell'interfaccia
Come terminale dati wireless, può supportare i livelli di interfaccia RS485/TTL/RS232 e la velocità di trasmissione può essere regolata da 1200-115200bps. Per soddisfare le esigenze della lettura wireless dei contatori, è in grado di supportare
Mantenere la parità.
3) Protocollo TCP/IP
Il DTU dispone di un protocollo TCP/IP integrato, in grado di convertire automaticamente i dati TCP/IP per facilitare lo sviluppo.
4) Supporto della trasmissione dati punto-punto e punto-multipunto
Il modulo DTU può realizzare la trasmissione di dati punto-punto e punto-multipunto al server di destinazione.
5) Funzione di test del comando AT
DTU fornisce i comandi di impostazione AT dell'iperterminale, che possono impostare i parametri e le funzioni GSM/4G.
6) Funzione di trasmissione trasparente dei dati
Il modulo DTU può realizzare una trasmissione trasparente dei dati in tempo reale e può sostituire la tradizionale comunicazione via cavo.
7) Funzione Sleep
Per ottenere un basso consumo energetico e un funzionamento a basso traffico, il modulo entra automaticamente in modalità di sospensione quando non c'è trasmissione di dati e salva solo il segnale di handshake keep-alive. Attendere che sia necessaria la trasmissione di dati prima di risvegliarlo.
2. Soluzione modulo DTU
Chengdu Zongheng Intelligent Control Company ha recentemente lanciato un nuovo modulo DTU 4G. Il modulo utilizza moduli della serie CAT1 e il prezzo è tra i più convenienti del mercato. Dal punto di vista funzionale, supporta il collegamento in rete uno-a-uno e uno-a-molti, adatto alle esigenze di questa soluzione applicativa. Supporta inoltre il riavvio programmato, l'attivazione programmata e altre funzioni speciali.
3. Piano di rete
Il vantaggio di utilizzare la risoluzione del nome di dominio (DNS) per ottenere l'indirizzo IP del computer host per la comunicazione dei dati con il computer host è che non è necessario disporre di un indirizzo IP fisso, ma ottenere il nome di dominio fornito da un fornitore di servizi di risoluzione del nome di dominio. La DTU ottiene l'indirizzo IP del computer host attraverso la risoluzione del nome di dominio, trasmettendo così i dati con il computer host. tramite DNS.
4. Progettazione del software del modulo di comunicazione
Il funzionamento del modulo DTU viene eseguito dal modulo GSM per la raccolta dei dati attraverso la connessione al server di directory. Dopo aver completato la connessione, il terminale GPRS si connette attivamente al server di directory e interroga continuamente il server di directory per le richieste di connessione dal computer host. Se c'è una richiesta, ottiene l'indirizzo IP e il numero di porta della macchina di comunicazione attraverso il pacchetto di dati inviato dal server della directory, quindi avvia la connessione al computer superiore. Se il risultato è positivo, il programma di keep-alive con la macchina di comunicazione viene avviato automaticamente e contemporaneamente viene avviata la preparazione della trasmissione dei dati. In caso contrario, è necessario riconnettersi dopo il timeout. Al termine della trasmissione dei dati, la connessione viene automaticamente scollegata e la procedura di keep-alive viene interrotta.
5. Applicazione del modulo DTU nella lettura wireless dei contatori
Secondo il principio di progettazione, il modulo DTU collabora con il computer host in modo che l'hardware e il software del sistema di lettura dei contatori 485 originale rimangano invariati. In quanto modulo DTU, la scalabilità e la facilità d'uso del sistema devono essere tenute in considerazione e per il collegamento al contatore di energia elettrica sono previste forme di interfaccia come RS232/RS485/TLL, in modo che il modulo DTU possa essere collegato al terminale del contatore di energia elettrica. Non è necessario effettuare uno sviluppo secondario del contatore di energia elettrica, il che facilita l'accesso all'apparecchiatura. Le opzioni di impostazione del DTU comprendono l'IP del server, la disconnessione del server, la velocità di interfaccia, il ritardo di impostazione, l'handshake keepalive con il server e altre funzioni. È dotato di “DL/T645-2007 Multifunctional Electric Energy Meter Communication Protocol” ed è collegato al computer host attraverso la porta seriale, in modo che il software del computer host possa comunicare con il contatore di energia senza modifiche. La funzione del terminale di trasmissione dati GPRS remoto è quella di ricevere in modalità wireless le istruzioni di protocollo del contatore di energia elettrica inviate dal computer host, trasmettere in modo trasparente i dati attraverso l'interfaccia originale 485 e altre interfacce e trasmettere i dati al contatore di energia elettrica corrispondente, quindi il contatore di energia elettrica restituisce i dati di risposta corrispondenti al modulo DTU. Il modulo DTU trasmette i dati alla macchina di comunicazione tramite GPRS. La macchina di comunicazione elabora i dati ricevuti tramite software.
RS485/RS232 al centro dati. La macchina di comunicazione è collegata al server di directory e il server di directory fornisce servizi di directory e servizi di database, consentendo alla macchina di comunicazione di stabilire una connessione con il DTU e di mantenere la comunicazione online. Durante la lettura dei contatori, la macchina di comunicazione ottiene le informazioni sul terminale DTU attraverso il server di directory, riceve istruzioni di telegramma dal centro dati attraverso la porta seriale e quindi invia una richiesta di connessione alla DTU attraverso il server di directory. Dopo aver ricevuto la richiesta, la DTU stabilisce una trasmissione trasparente con la macchina di comunicazione, in modo che la macchina di comunicazione invii il comando al modulo DTU corrispondente e attenda la trasmissione dei dati DTU per completare la lettura dei contatori.
La funzione del terminale di trasmissione dati GPRS remoto è quella di ricevere in modalità wireless le istruzioni di protocollo del contatore di energia elettrica inviate dal computer host, trasmettere in modo trasparente i dati attraverso l'interfaccia originale 485 e altre interfacce e trasmettere i dati al contatore di energia elettrica corrispondente, quindi il contatore di energia elettrica restituisce i dati di risposta corrispondenti. Al modulo DTU, il modulo DTU trasmette i dati alla macchina di comunicazione tramite GPRS. La macchina di comunicazione elabora i dati ricevuti tramite software e li trasmette al centro dati tramite RS485/RS232. La macchina di comunicazione è collegata al server di directory, che fornisce servizi di directory e servizi di database, consentendo alla macchina di comunicazione di stabilire una connessione con il DTU e di mantenere la comunicazione online. Durante la lettura dei contatori, la macchina di comunicazione ottiene le informazioni sul terminale DTU attraverso il server di directory, riceve istruzioni di telegramma dal centro dati attraverso la porta seriale e quindi invia una richiesta di connessione al DTU attraverso il server di directory. Dopo aver ricevuto la richiesta, la DTU stabilisce una trasmissione trasparente con la macchina di comunicazione, in modo che la macchina di comunicazione invii il comando al modulo DTU corrispondente e attenda la trasmissione dei dati DTU per completare la lettura dei contatori.
Il sistema del modulo DTU ha un design ragionevole, un ampio intervallo di temperatura operativa, un comodo collegamento in rete e può facilitare la gestione della rete. Allo stesso tempo, nella progettazione del contatore di energia elettrica sono state prese in considerazione la scalabilità e la facilità d'uso e sono state configurate diverse interfacce, rendendo l'impostazione e l'uso del modulo DTU molto semplice. Il modulo è dotato di un protocollo di comunicazione per contatori di energia elettrica multifunzionali DL/T645-2007 e può essere collegato al computer host tramite la porta seriale per l'impostazione e la trasmissione dei dati, semplificando la progettazione del software. Sebbene il modulo DTU presenti molti vantaggi, a causa dei problemi intrinseci dell'attuale rete GPRS, causerà problemi quali la lentezza della risposta del modulo e l'incoerenza dei tempi di accesso, che influiranno sulle prestazioni in tempo reale della lettura dei contatori. Tuttavia, non influisce molto sul normale utilizzo del sistema di lettura dei contatori, quindi il sistema di lettura dei contatori con modulo DTU può essere utilizzato come integrazione della soluzione di lettura dei contatori esistente o come sostituzione del sistema di lettura dei contatori esistente.
