В связи с необходимостью использования сети общего пользования для беспроводного считывания показаний счетчиков был спроектирован и разработан модуль DTU на основе сети 4G для реализации применения модуля DTU в системе считывания показаний счетчиков. В этой статье представлены технические требования к терминалам модуля DTU, модулям 4G и сети, аппаратная схема DTU, конструкция платы PCB для защиты от помех и надежности, разработка программного обеспечения модуля связи, а также рассмотрены функции взаимодействия с AT-командами модуля DTU и модуль DTU в разработке и применении в беспроводной системе считывания показаний счетчиков.
1. Технические требования к терминалу модуля DTU
1) Источник питания
Для облегчения установки счетчика электроэнергии и требований к уровню интерфейса используется источник питания 5 В. Он может использоваться для большинства счетчиков электроэнергии и другого промышленного оборудования управления.
2) Параметры интерфейса
Как беспроводной терминал данных, он может поддерживать уровни интерфейса RS485/TTL/RS232, а скорость передачи данных может быть отрегулирована в диапазоне 1200-115200bps. Для того чтобы удовлетворить потребности беспроводного считывания показаний счетчиков, он может поддерживать
Поддерживайте паритет.
3) Протокол TCP/IP
DTU имеет встроенный протокол TCP/IP, который может автоматически преобразовывать данные TCP/IP для облегчения разработки.
4) Поддержка передачи данных "точка-точка" и "точка-многоточка
Модуль DTU может реализовать передачу данных "точка-точка" и "точка-многоточка" на целевой сервер.
5) Функция тестирования AT-команд
DTU предоставляет AT-команды настройки гипертерминала, с помощью которых можно установить параметры и функции GSM/4G.
6) Функция прозрачной передачи данных
Модуль DTU позволяет осуществлять прозрачную передачу данных в режиме реального времени и может заменить традиционную кабельную связь.
7) Функция сна
Для обеспечения низкого энергопотребления и работы при низком трафике модуль автоматически переходит в спящий режим, когда нет передачи данных, и сохраняет только сигнал handshake keep-alive. Перед пробуждением модуля необходимо дождаться передачи данных.
2. Модульное решение DTU
Компания Chengdu Zongheng Intelligent Control недавно выпустила новый модуль 4G DTU. В модуле используются модули серии CAT1, а его цена является одной из самых дешевых на рынке. Функционально он поддерживает сетевое взаимодействие "один к одному" и "один ко многим", что соответствует потребностям данного прикладного решения. Он также поддерживает перезапуск по расписанию, срабатывание по расписанию и другие специальные функции.
3. План создания сети
Преимущество использования разрешения доменных имен (DNS) для получения IP-адреса главного компьютера для передачи данных с ним заключается в том, что нет необходимости иметь фиксированный IP-адрес, а достаточно получить доменное имя, предоставленное поставщиком услуг разрешения доменных имен. DTU получает IP-адрес хост-компьютера через разрешение доменных имен, тем самым передавая данные с хост-компьютером через DNS.
4. Разработка программного обеспечения коммуникационного модуля
Работа модуля DTU осуществляется с помощью GSM-модуля для сбора данных через соединение с сервером каталогов. После завершения соединения GPRS-терминал будет активно подключаться к серверу каталогов и постоянно запрашивать сервер каталогов на предмет запросов на подключение от главного компьютера. Если запрос есть, он получает IP-адрес и номер порта машины связи через пакет данных, отправленный с сервера каталогов, а затем инициирует соединение с верхним компьютером. Если результат успешный, автоматически запустится программа keep-alive с коммуникационной машиной и одновременно начнется подготовка к передаче данных. В противном случае после тайм-аута выполните повторное подключение. После завершения передачи данных соединение автоматически разрывается и процедура keep-alive прекращается.
5. Применение модуля DTU для беспроводного считывания показаний счетчиков
Согласно принципу проектирования, модуль DTU взаимодействует с главным компьютером, так что аппаратное и программное обеспечение оригинальной системы считывания показаний счетчика 485 остается неизменным. В качестве модуля DTU необходимо учитывать масштабируемость и простоту использования системы, поэтому при подключении к счетчику электроэнергии предусмотрены такие формы интерфейса, как RS232/RS485/TLL, что позволяет подключать модуль DTU к терминалу счетчика электроэнергии. При этом нет необходимости во вторичной доработке счетчика электроэнергии, что облегчает доступ к оборудованию. Параметры настройки DTU включают в себя IP-адрес сервера, отключение сервера, скорость интерфейса, задержку настроек, поддержание рукопожатия с сервером и другие функции. Он имеет встроенный "DL/T645-2007 Multifunctional Electric Energy Meter Communication Protocol" и подключается к главному компьютеру через последовательный порт, так что программное обеспечение главного компьютера может общаться со счетчиком энергии без модификации. Функция удаленного терминала передачи данных GPRS заключается в беспроводном приеме протокольных инструкций счетчика электроэнергии, отправленных главным компьютером, прозрачной передаче данных через оригинальный 485 и другие интерфейсы, передаче данных соответствующему счетчику электроэнергии, а затем счетчик электроэнергии возвращает соответствующие ответные данные модулю DTU. Модуль DTU передает данные на коммуникационную машину через GPRS. Коммуникационная машина обрабатывает полученные данные с помощью программного обеспечения.
RS485/RS232 к центру обработки данных. Коммуникационная машина подключена к серверу каталогов, а сервер каталогов предоставляет услуги каталогов и базы данных, позволяя коммуникационной машине устанавливать соединение с DTU и поддерживать онлайн-связь. При считывании показаний счетчиков коммуникационная машина получает информацию о терминале DTU через сервер каталогов, получает телеграммы от центра обработки данных через последовательный порт, а затем отправляет запрос на соединение с DTU через сервер каталогов. После получения запроса DTU устанавливает прозрачную передачу данных с коммуникационной машиной, так что коммуникационная машина отправляет команду соответствующему модулю DTU и ожидает обратной передачи данных DTU для завершения считывания показаний счетчика.
Функция удаленного терминала передачи данных GPRS заключается в беспроводном приеме протокольных инструкций счетчика электроэнергии, отправленных главным компьютером, прозрачной передаче данных через оригинальный 485 и другие интерфейсы и передаче данных соответствующему счетчику электроэнергии, после чего счетчик электроэнергии возвращает соответствующие ответные данные. Модуль DTU передает данные на коммуникационную машину через GPRS. Коммуникационная машина обрабатывает полученные данные с помощью программного обеспечения и передает их в центр обработки данных через RS485/RS232. Коммуникационная машина подключена к серверу каталогов, а сервер каталогов предоставляет услуги каталогов и базы данных, позволяя коммуникационной машине устанавливать соединение с DTU и поддерживать онлайн-связь. При считывании показаний счетчиков коммуникационная машина получает информацию о терминале DTU через сервер каталогов, получает телеграммы от центра обработки данных через последовательный порт, а затем отправляет запрос на соединение с DTU через сервер каталогов. После получения запроса DTU устанавливает прозрачную передачу данных с коммуникационной машиной, так что коммуникационная машина отправляет команду соответствующему модулю DTU и ожидает обратной передачи данных DTU для завершения считывания показаний счетчика.
Система модулей DTU имеет рациональный дизайн, широкий диапазон рабочих температур, удобное подключение к сети и может облегчить управление сетью. В то же время при разработке счетчика электроэнергии учитываются масштабируемость и простота использования, настраиваются различные интерфейсы, что делает настройку и использование модуля DTU очень простым. Он имеет встроенный "Протокол связи многофункционального счетчика электроэнергии DL/T645-2007" и может быть подключен к главному компьютеру через последовательный порт для настройки и передачи данных, что упрощает разработку программного обеспечения. Хотя модуль DTU имеет много преимуществ, из-за проблем, присущих нынешней сети GPRS, он будет вызывать такие проблемы, как медленный отклик модуля и непостоянное время входа в систему, что повлияет на производительность считывания показаний счетчика в реальном времени. Однако это не сильно влияет на нормальное использование системы считывания показаний, поэтому система считывания показаний с помощью модуля DTU может быть использована как дополнение к существующей системе считывания показаний или как замена существующей системы считывания показаний.