林新志 代俊杰 王志浩

摘要：目前在综合能源服务领域，采集和监测能源数据的装置主要采用国家电网公司的电能表产品，该类装置适用场景较单一，不适配综合能源服务应用场景，在配电运维、能源管理等综合能源服务和用电安全等应用场景缺乏支持数据并发上传、低时延、高效率、低成本的“云”“管”“端”物联网解决方案。

关键词：智慧能源;综合能源服务;高并发;掉电上报;CAN;监测装置;物联网

中图分类号：TM91 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）05-0146-02

1应用背景

2015年7月国务院印发《关于积极推进“互联网+”行动指导意见》提出“互联网+”智慧能源行动。2016年2月国家发改委等联合印发《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，针对综合能源服务亟需一款适应物联网“云”“管”“端”解决方案的智能硬件产品与系统。

2传统方案主要缺陷

传统方案为广泛应用于国家电网的电能表，具备成本较低等优点，但存在以下主要缺点：

传统装置适用场景单一，不适配综合能源服务应用场景和“云”“管”“端”的物联网解决方案。在配电运维、能源管理等综合能源服务和用电安全等应用场景缺乏支持数据并发上传、低时延、高效率、低成本的装置。

3本方案技术构思

本装置与系统在传统RS485被动式集中采集技术的基础上，设计创新CAN总线通讯采集技术，支持多台装置数据同时并发上传云端而不造成总线阻塞，相对无线采集方案更具经济性，具备低时延、高效率、低成本和模块化等显著特点。

在传统设备基础上，设计创新掉电上报技术，支持多台装置将掉电和装置信息同时并发上传云端，且不造成总线阻塞，实时高效，低成本。

4本方案详细设计

本装置的内部功能模块包括电压信号采样、电流信号采样、计量芯片、微控制器、LCD显示、继电器控制、开关量检测、剩余电流和温度检测、RS485通讯、CAN总线通讯、2G/4G/LoRaWAN/NBIOT无线通讯和掉电上报模块、告警模块等脚。

本装置所述的CAN总线通讯技术详细原理图见图1（CAN总线通讯模块）。主控芯片内置CAN总线协议控制器，需再外接总线驱动芯片和抗干扰电路来建立一个CAN总线智能测控节点。为了实现真正意义上完全的电气隔离，光耦部分的+3.3V和VCAN必须通过DC-Dc模块进行隔离。TVS7可以起到发生瞬变干扰时的保护作用。

本装置所述的掉电上报技术详细原理图见图2（掉电上报模块）。当主控芯片检测到主电源掉电，系统主动切换到图中C48超级电容供电，系统通过CAN总线通讯电路主动上报数据，超级电容可维持主芯片及CAN总线通讯电路工作10秒。u3为CAN总线通讯电路的电源隔离模块，当主电源掉电通过超级电容给u3供电。

5本方案主要优点

（1）本装置与系统适配综合能源服务应用场景和“云”“管”“端”的物联网解决方案。如：能效管理、配电运维、安全监测等场景。

（2）系统应用层数据传输支持JSON、google protocol buffer两种序列化方式，使其能广泛适配各种物联网应用场景。支持CAN总线上传感器高并发的数据上传，实现了遥测、遥信、遥调、遥控数据和告警事件的实时主动上报等创新的低成本组网方式。

（3）支持掉电后主动上报，上传实时告警信息，云端平台收到告警信息，可快速确定故障信息和位置，并通知维修人员，实现精确判断，缩短维修排障时间，优化用户体验。

（4）掉电主动上报支持CAN总线通讯方式，支持多台装置实时并發上报不阻塞，具备无可比拟的高效率、低成本等优点。

支持便携、小巧的导轨式安装方式的结构件。

本方案与系统还具备以下特点：（1）具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点;（2）采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作;（3）具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN控制器挂到CAN总线上，形成多主机局部网络;（4）可靠的错误处理和检错机制。