技术领域
[0001] 本
发明涉及分布式农排费控系统，属于农排技术领域。
背景技术
[0002] 农田机井
灌溉作为我国中、西部及北部等粮食主产区一种最有效的抗旱保湿措施，国家连续多年出台多项政策支持和保障农排工程建设。农排是一种农田灌溉设施，一般由机井、
水泵、供电线路、
变压器等设施组成。当前农排费控系统主要是由多功能三相表来完成，实行一表一井，单个电表实现计量、计费、结算等功能，多数电表无远程通信能
力，造成农排表用电信息的采集需人工实地逐表抄读，增加了人力成本及数据结算的时效性。
[0003] 并且，之前我们研制的农排费控终端为集计量、计费、刷卡等多种功能的智能电表，首先，电表为市电供电，刷卡使用者有潜在的触电
风险，国内相关报道也是屡见不鲜；其次，电表功能繁多不符合当前计量机具的发展趋势；再次，多功能之间处理不好会相互的耦合，有可能会波及计量功能，甚至会引起经济纠纷。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种分布式农排费控系统，用以解决当前的费控系统不符合发展趋势的问题。本发明还提供另一种分布式农排费控系统。
[0005] 为实现上述目的，本发明的方案包括一种分布式农排费控系统，包括农排费控终端和至少两个分布式装置，所述农排费控终端与各分布式装置通信连接，所述分布式装置包括刷卡机、
电能表和外置负荷
开关，
电能表用于采集对应水泵的电量信息，外置负荷开关用于串设在对应水泵的供电线路上，所述农排费控终端连接各分布式装置中的刷卡机和电能表，各分布式装置中的电能表控制连接对应的外置负荷开关。
[0006] 所述分布式农排费控系统还包括与分布式装置一一对应的、用于转换通信方式的通道转换器，所述农排费控终端通过各通道转换器与对应的分布式装置通信连接。
[0007] 所述通道转换器中有一个用于将交流电转换成直流电的电能转换模
块，所述电能转换模块输出供电连接对应的刷卡机。
[0008] 各分布式装置中的电能表和外置负荷开关集成设置。
[0009] 所述农排费控终端安装在台区
配电变压器处
箱体中，所述电能表和外置负荷开关安装在对应的机井配电计量箱体内，所述刷卡机安装在对应的机井配电计量箱体的外部线杆上。
[0010] 一种分布式农排费控系统，包括农排费控终端和至少两个分布式装置，所述农排费控终端与各分布式装置通信连接，所述分布式装置包括刷卡机和电能表，电能表用于采集对应水泵的电量信息，所述农排费控终端连接各分布式装置中的刷卡机和电能表，各分布式装置中的电能表具有用于控制连接串设在对应水泵的供电线路上的外置负荷开关的相应端口。
[0011] 所述分布式农排费控系统还包括与分布式装置一一对应的、用于转换通信方式的通道转换器，所述农排费控终端通过各通道转换器与对应的分布式装置通信连接。
[0012] 所述通道转换器中有一个用于将交流电转换成直流电的电能转换模块，所述电能转换模块输出供电连接对应的刷卡机。
[0013] 所述农排费控终端安装在台区配电变压器处箱体中，所述电能表和外置负荷开关安装在对应的机井配电计量箱体内，所述刷卡机安装在对应的机井配电计量箱体的外部线杆上。
[0014] 首先，本发明提供的分布式农排费控系统中，一个农排费控终端与至少两个分布式装置通信连接，一个农排费控终端能够同时对多个分布式装置进行控制，实现了数据分布式采集和信息统一处理，而且，相较于传统农排费控系统，降低了系统的投入成本，进而减小了系统维护难度；而且农排费控终端对计量数据进行统一采集和统一处理，有利于系统维护，便于数据的集中式管理。该系统采用模块化的结构，每个部分均是独立的装置，比如：刷卡机、电能表和外置负荷开关均是独立的设备，便于系统的维修和更换，同时剥离了非计量功能，减小了其他功能对计量功能的影响，有效降低由于计量引起经济纠纷，另外，将计量和计费功能分离，符合当前计量机具的发展趋势。该系统将用户
接触的部分全部使用低于人体安全
电压供电，大大减小了用户触电的风险，农排费控终端是在当前国网Ⅰ型集中器功能的扩展版，与当前的用采系统可以无缝对接。因此，该系统尤其适用于农村。
附图说明
[0015] 图1是分布式农排费控系统控制原理示意图；
[0016] 图2是农排费控终端的功能模块示意图；
[0017] 图3是刷卡机的功能模块示意图；
[0018] 图4是通道转换器的功能模块示意图；
[0019] 图5是MacminBE自适应
算法软件流程示意图；
[0020] 图6是CSMA/CA算法改进软件流程示意图。
具体实施方式
[0021] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0023] 如图1所示，本实施例提供的分布式农排费控系统包括农排费控终端和至少两个分布式装置，农排费控终端与各分布式装置通信连接，分布式装置包括刷卡机、电能表和负荷开关等。由于通常情况下，农排所用水泵中的
电机为三相交流电机，所以，电能表为三相电能表。对于一个机井来说，三相交流电通过供电线路供电连接该机井中的水泵，在供电线路上串设有三相电能表和负荷开关(由于该负荷开关为外置的，所以，该负荷开关称为外置负荷开关)，该三相电能表用于检测水泵的电量信息。其中，分布式装置只是一个便于说明而定义的统称，并不对系统本身的结构做限定。
[0024] 农排费控终端通过相应的通信
接口连接各分布式装置中的刷卡机和电能表，各分布式装置中的电能表控制连接对应的外置负荷开关，即电能表可以接收农排费控终端发送的控制指令以对相应的外置负荷开关进行控制。另外，为了实现智能化管理，外置负荷开关和三相电能表可以集成化设置，集成为一个智能电能表，因此，该智能电能表同时具有计量和开关的功能。
[0025] 农排费控终端是分布式农排费控系统的核心设备，上行可与用电信息采集主站连接，下行与智能电能表和刷卡机连接，具有用电
数据采集、费控管理等功能。通信功能：上行与主站通信，完成费控终端与主站信息交互，将用电信息通过远程传送到用电信息采集系统后台主站；下行与刷卡机和智能电能表通信，完成费控终端与下行设备的信息交互。
[0026] 本实施例中，农排费控终端是一种改进型的国网Ⅰ型集中器，增加了相应的刷卡费控功能。如图2所示，本实施例给出农排费控终端的一种功能模块示意图，当然，本发明并不局限于该实施方式。农排费控终端具有以下功能：卡信息处理功能：费控终端获取用户刷卡信息后，能够对卡信息进行加解密、分析、处理等功能；费控功能：能够实现电费结算，通断电控制等费控功能；采集功能：费控终端具有除交采之外的集中器的全部功能，包括：用电数据采集、档案管理功能、参数设置和查询功能、数据管理和存储功能、事件记录功能等。
[0027] 刷卡机是农排费控终端外接的
人机交互设备，可以为用户提供刷卡扣费、语音播报、金额查询等功能。刷卡机获取用户卡信息后，将用户卡信息发送到农排费控终端，终端对用户卡信息进行分析和处理，并将处理结果发送到刷卡机，由刷卡机完成写卡操作。如图3所示，给出一种刷卡机的功能模块的示意图，刷卡机由射频卡模块、按键
电路、LCD/LED显示、电源电路、通信模块、语音模块等组成。其中射频卡模块完成射频卡读写操作；按键、LCD/LED显示、语音及指示灯电路完成人机交互操作；通信模块完成刷卡机与农排费控终端的数据通信功能。
[0028] 为了实现农排费控终端与各分布式装置的有效通信，该分布式农排费控系统中还设置有通道转换器，用于转换通信方式，将通信方式转换成所需的方式。并且，通道转换器与分布式装置一一对应。在本实施例中，通道转换器是一种将宽带载波、微功率无线、CAN通信等通信方式转换为RS485通信的转换设备，将农排费控终端的通信通道转换为刷卡机和智能电能表所需的RS485通道，实现农排费控终端与刷卡机和智能电能表的数据通信。如图1所示，对于其中一个通道转换器，输出两路RS_485总线，其中一路与智能电能表通信，另一路与刷卡机通信。农排费控终端内嵌CAN总线或电力线载波的通信模块，通过通道转换器中的CAN总线、宽带载波、微功率无线模块等转RS485模块实现与智能电能表和刷卡机之间实时通信，完成计量信息自动采集和刷卡用电管理。考虑到农排费控终端的工作能力，设定其最大可以
支撑16块智能电能表的数据采集，即农排费控终端最多与16个分布式装置通信连接。图4是通道转换器的功能模块简易图。
[0029] 并且，通道转换器中设置有电能转换模块，采用220V交流电供电，那么，进一步地，为了防止用户刷卡用电时会靠近非安全电压而导致的触电风险，电能转换模块还能够将220V交流电转换成12V的直流电，并且还可以从通道转换器中的电能转换模块中引出一条直流12V供电线路，为刷卡机供电，实现刷卡机与强电的有效隔离，保证用户使用安全。
[0030] 在安装布置时，农排费控终端可以安装在台区配电变压器处箱体中，每个机井处设置有一个机井配电计量箱，通道转换器、电能表和外置负荷开关均安装于井口计量箱内，为了便于刷卡，刷卡机可以放置在用户刷卡较为方便的
位置，比如安装在计量箱外部线杆上，距离地面1.4米左右，可以实现在井口直接刷卡用电，用户体验较好。
[0031] 另外，当农排费控终端与通道装换器之间的通信方式为微功率无线时，那么，多台刷卡机同时刷卡时可能会造成数据传输冲突，为提高数据传输的成功率，在IEEE802.15.4CSMA/CA算法的
基础上，考虑到刷卡机的数量及信息发送次数对MacminBE的影响，制定了MacminBE自适应加权算法，具体如下：
[0032]
[0033]
[0034] 式中，设定N为当前刷卡机的数量；Ni为前i次通信
节点的个数；Num1为经验值取值为5；NAve为前Num1次通信时刷卡机具节点数量的加权值；αi为节点数加权系数。
[0035]
[0036]
[0037] 式中，NBAve为前Num2次通信退避次数加权值，βi为通信退避次数加权系数，NBi为前i次通信退避次数。
[0038] 那么，当N＞NAve和NB＞NBAve同时满足时，将MacminBE数值加1，即[0039] MacminBE＝MacminBE+1；
[0040] 当N＜NAve和NB＜NBAve同时满足时，将MacminBE数值减1，即
[0041] MacminBE＝MacminBE-1。
[0042] 其他MacminBE均保持不变，MacminBE自适应加权算法软件
流程图如图5所示，CSMA/CA算法增加MacminBE自适应算法后，软件流程图如图6所示。
[0043] 当多台刷卡机具同时刷卡时，农排费控终端采用了基于自适应动态的CSMA/CA改进算法，提高通信合格率。
[0044] 另外，农排费控终端可以存储刷卡机档案信息和电能表档案信息，电能表档案可通过定时(或者立即)启动自动搜表指令，更新每个费控终端所属电能表的档案。农排费控终端和刷卡机同样采用一拖多的模式，但为方便用户使用，农排费控终端采用实时轮询各个刷卡机的接入状态的方法，不断更新各刷卡机的档案，实现刷卡机即插即用的接入方式。
[0045] 分布式农排费控系统实施例2
[0046] 本实施例中的分布式农排费控系统中无需专
门设置外置负荷开关，利用线路中原本就有的负荷开关即可，那么，本实施例中的分布式农排费控系统中就不包括负荷开关，而该系统中的其他组成部分仍与上述实施例1中的相同，由于该系统中的其他组成部分已在上述实施例1中做出了详细地描述，这里就不再具体说明。
[0047] 以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种
变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、
修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
