Omdat voor het draadloos uitlezen van meters gebruik moet worden gemaakt van het openbare netwerk, is een DTU-module op basis van het 4G-netwerk ontworpen en ontwikkeld om de toepassing van de DTU-module in het meteruitleessysteem te realiseren. Dit artikel behandelt de technische vereisten voor DTU-moduleterminals, 4G-modules en netwerken, het ontwerp van de DTU-hardware-schakeling, het ontwerp van de printplaat met het oog op storingsbestendigheid en betrouwbaarheid, het ontwerp van de software voor de communicatiemodule, en bespreekt de AT-commando-interactiefunctie van de DTU-module en de ontwikkeling en toepassing van de DTU-module bij draadloze meteruitlezing.
1. Technische vereisten voor de DTU-module op de terminal
1) Stroomvoorziening
Om de installatie van de elektriciteitsmeter te vergemakkelijken en te voldoen aan de vereisten op interfaceniveau, wordt een 5V-voeding gebruikt. Deze is geschikt voor de meeste elektriciteitsmeters en andere industriële besturingsapparatuur.
2) Interfaceparameters
Als draadloos dataterminal ondersteunt het de RS485/TTL/RS232-interfaceniveaus, en kan de baudrate worden ingesteld tussen 1200 en 115200 bps. Om te voldoen aan de eisen van draadloze meteruitlezing, ondersteunt het
Zorg dat de verhouding gelijk blijft.
3) TCP/IP-protocol
DTU beschikt over een ingebouwd TCP/IP-protocol, dat TCP/IP-gegevens automatisch kan omzetten om de ontwikkeling te vergemakkelijken.
4) Ondersteuning van punt-naar-punt- en punt-naar-meervoudig-punt-gegevensoverdracht
De DTU-module kan punt-naar-punt- en punt-naar-meervoudig-punt-gegevensoverdracht naar de doelserver uitvoeren.
5) Testfunctie voor AT-commando’s
DTU biedt AT-configuratiecommando's voor de HyperTerminal, waarmee GSM/4G-parameters en -functies kunnen worden ingesteld.
6) Functie voor transparante gegevensoverdracht
De DTU-module maakt realtime, transparante gegevensoverdracht mogelijk en kan traditionele kabelcommunicatie vervangen.
7) Slaapfunctie
Om een laag stroomverbruik en een lage dataverkeersbelasting te realiseren, schakelt de module automatisch over naar de slaapstand wanneer er geen gegevensoverdracht plaatsvindt, waarbij alleen het handshake-signaal om de verbinding in stand te houden wordt gehandhaafd. De module wordt pas weer geactiveerd wanneer er behoefte is aan gegevensoverdracht.
2. DTU-moduleoplossing
Chengdu Zongheng Intelligent Control Company heeft onlangs een nieuwe 4G DTU-module op de markt gebracht. De module maakt gebruik van modules uit de CAT1-serie en behoort qua prijs tot de goedkopere producten op de markt. Qua functionaliteit ondersteunt de module zowel één-op-één- als één-op-veel-netwerken, wat geschikt is voor de behoeften van deze toepassingsoplossing. Daarnaast ondersteunt de module geplande herstarts, geplande activeringen en andere speciale functies.
3. Netwerkplan
Het voordeel van het gebruik van domeinnaamomzetting (DNS) om het IP-adres van de hostcomputer te verkrijgen voor datacommunicatie met die hostcomputer, is dat er geen vast IP-adres nodig is, maar dat men de domeinnaam hoeft te verkrijgen die door een aanbieder van domeinnaamomzettingsdiensten wordt verstrekt. DTU verkrijgt het IP-adres van de hostcomputer via domeinnaamresolutie en verzendt zo gegevens naar de hostcomputer via DNS.
4. Ontwerp van de software voor de communicatiemodule
De werking van de DTU-module wordt verzorgd door de GSM-module voor gegevensverzameling via de verbinding met de directoryserver. Nadat de verbinding tot stand is gebracht, maakt de GPRS-terminal actief verbinding met de directoryserver en vraagt deze continu bij de directoryserver na of er verbindingsverzoeken van de hostcomputer zijn. Als er een verzoek is, worden het IP-adres en het poortnummer van het communicatieapparaat verkregen via het datapakket dat door de directoryserver wordt verzonden, waarna een verbinding met de bovenliggende computer tot stand wordt gebracht. Als dit lukt, wordt het keep-alive-programma met het communicatieapparaat automatisch gestart en worden tegelijkertijd de voorbereidingen voor de gegevensoverdracht in gang gezet. Anders wordt de verbinding na het verstrijken van de time-out opnieuw tot stand gebracht. Nadat de gegevensoverdracht is voltooid, wordt de verbinding automatisch verbroken en wordt de keep-alive-procedure gestopt.
5. Toepassing van de DTU-module bij draadloze meteruitlezing
Volgens het ontwerpprincipe werkt de DTU-module samen met de hostcomputer, zodat de hardware en software van het oorspronkelijke 485-meteruitleessysteem ongewijzigd blijven. Bij een DTU-module moet rekening worden gehouden met de schaalbaarheid en het gebruiksgemak van het systeem. Er worden interfacevormen zoals RS232/RS485/TLL aangeboden voor aansluiting op de elektriciteitsmeter, zodat de DTU-module kan worden aangesloten op de aansluiting van de elektriciteitsmeter. Er is geen secundaire aanpassing van de elektriciteitsmeter nodig, wat de toegang tot de apparatuur vergemakkelijkt. De instellingsopties van de DTU omvatten het IP-adres van de server, het verbreken van de verbinding met de server, de interface-snelheid, de instellingsvertraging, handshake-keepalive met de server en andere functies. Het beschikt over het ingebouwde “DL/T645-2007 Multifunctioneel Communicatieprotocol voor Elektriciteitsmeters” en is via de seriële poort verbonden met de hostcomputer, zodat de software van de hostcomputer zonder aanpassingen met de elektriciteitsmeter kan communiceren. De functie van de GPRS-terminal voor gegevensoverdracht op afstand is om de door de hostcomputer verzonden protocolinstructies van de elektriciteitsmeter draadloos te ontvangen, de gegevens transparant door te sturen via de originele 485- en andere interfaces, en de gegevens naar de betreffende elektriciteitsmeter te verzenden, waarna de elektriciteitsmeter de bijbehorende responsgegevens terugstuurt naar de DTU-module. De DTU-module verzendt de gegevens via GPRS naar het communicatieapparaat. Het communicatieapparaat verwerkt de ontvangen gegevens met behulp van software.
RS485/RS232 naar het datacentrum. Het communicatieapparaat is aangesloten op de directoryserver, en de directoryserver biedt directory- en databasediensten, waardoor het communicatieapparaat een verbinding met de DTU tot stand kan brengen en online communicatie kan onderhouden. Bij het uitlezen van meters verkrijgt het communicatieapparaat de DTU-terminalgegevens via de directoryserver, ontvangt het telegraminstructies van het datacentrum via de seriële poort en stuurt het vervolgens een verbindingsverzoek naar de DTU via de directoryserver. Nadat de DTU het verzoek heeft ontvangen, brengt deze een transparante verbinding tot stand met het communicatieapparaat, zodat het communicatieapparaat het commando naar de betreffende DTU-module kan sturen en wacht tot de DTU-gegevens worden teruggestuurd om de meteruitlezing te voltooien.
De functie van de GPRS-terminal voor gegevensoverdracht op afstand bestaat erin de protocolinstructies van de elektriciteitsmeter, die door de hostcomputer worden verzonden, draadloos te ontvangen, de gegevens transparant door te sturen via de oorspronkelijke 485- en andere interfaces, en de gegevens naar de betreffende elektriciteitsmeter te verzenden, waarna de elektriciteitsmeter de bijbehorende responsgegevens terugstuurt. De DTU-module verzendt gegevens via GPRS naar het communicatieapparaat. Het communicatieapparaat verwerkt de ontvangen gegevens met behulp van software en stuurt deze via RS485/RS232 door naar het datacenter. Het communicatieapparaat is verbonden met de directoryserver, en de directoryserver biedt directory- en databaseservices, waardoor het communicatieapparaat een verbinding met de DTU tot stand kan brengen en online communicatie kan onderhouden. Bij het uitlezen van meters verkrijgt het communicatieapparaat de DTU-terminalgegevens via de directoryserver, ontvangt het telegraminstructies van het datacentrum via de seriële poort en stuurt het vervolgens een verbindingsverzoek naar de DTU via de directoryserver. Nadat de DTU het verzoek heeft ontvangen, brengt deze een transparante verbinding tot stand met het communicatieapparaat, zodat het communicatieapparaat het commando naar de betreffende DTU-module kan sturen en kan wachten tot de DTU-gegevens worden teruggestuurd om de meteruitlezing te voltooien.
Het DTU-modulesysteem heeft een doordacht ontwerp, een breed bedrijfstemperatuurbereik, handige netwerkmogelijkheden en vergemakkelijkt het netwerkbeheer. Tegelijkertijd is bij het ontwerp van de elektriciteitsmeter rekening gehouden met schaalbaarheid en gebruiksgemak, en zijn er diverse interfaces geconfigureerd, waardoor de instelling en het gebruik van de DTU-module zeer eenvoudig zijn. De module beschikt over het ingebouwde “DL/T645-2007-communicatieprotocol voor multifunctionele elektriciteitsmeters” en kan via de seriële poort worden aangesloten op de hostcomputer voor instellingen en gegevensoverdracht, wat het softwareontwerp vereenvoudigt. Hoewel de DTU-module veel voordelen biedt, zal deze vanwege de inherente problemen van het huidige GPRS-netwerk problemen veroorzaken zoals een trage reactie van de module en inconsistente inlogtijden, wat de realtimeprestaties van de meteruitlezing zal beïnvloeden. Dit heeft echter geen grote invloed op het normale gebruik van het meteruitleessysteem, zodat het DTU-module-meteruitleessysteem kan worden gebruikt als aanvulling op de bestaande oplossing voor meteruitlezing, of als vervanging voor het bestaande meteruitleessysteem.
