一种基于微功率无线通信协议的家庭用电信息采集系统

摘要

本发明涉及一种基于微功率无线通信协议的家庭用电信息采集系统，其中，键盘选择受控终端并设置为测量点；向控制模块发送指令；控制模块根据指令生成控制命令，并将控制命令通过微功率无线主模块发送至微功率无线从模块；微功率无线主模块发出组网信标，接收受控终端的邻居表信息和场强表信息，对受控终端配置通信路径，通过mesh组网方式完成组网；发送控制命令；接受用电信息并处理；计量芯片实时采集、存储用电设备的用电信息；微功率无线从模块接收、路由转发组网信标及控制命令，根据组网信标获得受控终端的邻居表信息和场强表信息，将邻居表信息和场强表信息转发至微功率无线主模块；并根据控制命令将用电信息发送至微功率无线主模块。

说明书

技术领域

本发明涉及用电信息采集技术领域，特别涉及一种基于微功率无线通信协议的家庭用 电信息采集系统。

背景技术

智能电网的面向对象是电业局，而智能家居多侧重对家电的使用控制。目前人们对家 居用电设备的用电情况多是通过长期的用电量来感受的，这样不利于人们对家电用电的管 理和控制，但是家庭用电信息采集系统的出现解决了以上问题。目前家庭用电采集系统方 案有：一是借鉴智能电网的用电采集系统的采集方案，如电力线载波方案；一是智能家居 方案中常用的信息量的采集方案，如ZigBee技术、wifi技术等。

上述的第一种方案-电力线载波方案，目前在电网用电采集系统中应用广泛，技术相对 成熟，只需要在系统内的通信端点上加上阻波器等少量元件即可实现通信。但是这种方案 的缺点是信号质量差，带宽窄等。

上述的第二种方案中，ZigBee方案的缺点是：产品开发难度大、开发周期长、产品成 本高，而且其信号传输频点与家庭网关Wifi在同一频点上，易产生干扰。而Wifi方案的 家庭用电采集系统的缺点是：功耗高、组网能力低、扩展空间受限、产品成本高。

急需对现有技术方案进行突破，解决上述技术问题。

发明内容

为解决现有技术的问题，利用微功率无线产品的特点，本发明提出一种基于微功率无 线通信协议的家庭用电信息采集系统，使得系统在信息传输时与家庭网关工作在不同的频 点上，信号间的干扰不大。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于微功率无线通信协议的家庭用电信息采集系 统，包括：用电监控终端和受控终端；其中，所述用电监控终端包括键盘、控制模块、微 功率无线主模块；所述受控终端包括：计量芯片、微功率无线从模块；

所述键盘，用于选择受控终端并设置为测量点；向控制模块发送指令；其中，所述测 量点与受控终端的ID相映射关系；

控制模块，用于根据所述指令生成控制命令，并将控制命令通过微功率无线主模块发 送至微功率无线从模块；

所述微功率无线主模块，用于发出组网信标，接收受控终端的邻居表信息和场强表信 息，根据所述受控终端的邻居表信息和场强表信息、测量点及对应的ID信息对受控终端 配置通信路径，通过mesh组网方式完成组网；发送控制命令；接受用电信息并处理；

所述计量芯片，用于实时采集、存储用电设备的用电信息；

所述微功率无线从模块，用于接收、路由转发组网信标及控制命令，根据所述组网信 标获得所述受控终端的邻居表信息和场强表信息，将所述邻居表信息和场强表信息转发至 所述微功率无线主模块；并根据控制命令将所述用电信息发送至所述微功率无线主模块。

优选地，所述用电监控终端还包括：显示芯片；其中，所述显示芯片用于将所述微功 率无线主模块处理后的用电信息进行显示。

优选地，所述控制命令包括读取受控端测试点数据命令和透抄受控端测试点数据命 令。

优选地，所述控制模块还用于在组网完成后所述键盘增设测量点时生成重启组网命 令。

优选地，所述微功率无线主模块和所述微功率无线从模块均包括微处理器和射频芯 片。

优选地，所述微功率无线主模块还包括RJ45网口。

优选地，所述微功率无线主模块的工作频点和所述微功率无线从模块的工作频点均为 470MHz～510MHz。

上述技术方案具有如下有益效果：本技术方案组成的网络是基于微功率协议通信的， 与家庭网关相互干扰小，通信成功率高。进一步地，本技术方案采用了mesh网的组网方式， 如果某个受控端坏掉不影响监控端与其它受控端的通信，提高了网络的健壮性。另外，本 技术方案可以对家庭用电设备分别做计量，且能随时查询各用电设备的用电情况。改变了 传统的只能通过家庭入户电表来了解用电情况，而且对于家庭内的各个用电设备的用电情 况不明了的现状。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技 术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提出的一种基于微功率无线通信协议的家庭用电信息采集系统框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。

本技术方案的工作原理：相较于Zigbee方案，微功率无线产品具有开发难度小、周期 短的特点，且与家庭网关工作在不同的频点上，信号间的干扰不大。相较于Wifi方案，工 作频点在470MHz～510MHz之间的微功率无线方案的优点是成本低，功耗低，组网能力强。 基于此，本发明提出一种基于微功率无线通信协议的家庭用电信息采集系统，在本系统中， 受控端用来采集并存储各用电设备的各费率阶段的用电量、电压、电流、初相等，再通过 无线的方式上传给家庭用电监控终端。家庭用电监控终端在某一时段发起抄读各用电设备 的用电量，并保存数据一段时间。使用者通过监控终端可以查看当天或某一时段的电量， 这样可以使用电用户很清晰很方便的知道家里的哪些电器用电多，那一时段用电多，为用 电用户合理用电、节约用电提供了依据。

基于微功率无线通信协议的家庭用电信息采集系统主要由两部分组成：家庭用电监控 终端、受控终端。家庭用电监控终端由显示芯片、键盘、控制模块和微功率无线主模块组 成。其中，控制模块的硬件平台采用32位处理器，软件平台是Linux内核。微功率无线主 模块是由32位MCU和型号为Si4432射频芯片组成，还可以带有RJ45网口，RJ45网口可 与路由器相连。受控终端主要由计量芯片、微功率无线从模块组成。其中，微功率无线从 模块是由8位MCU和型号为Si4432的射频芯片构成，计量芯片采用型号为RN8207的计 量芯片。受控终端通过计量芯片获得应用电设备的用电信息：如电压、电流、初相、功率 等，这些用电信息通过微功率无线从模块上传给家庭用电监控终端。另外无线从模块还有 转发数据的功能。系统框图如图1所示。

基于微功率无线通信协议的家庭用电信息采集系统工作过程包括：

1、将家庭用电监控终端的微功率无线主模块预留口的RJ45网口可以与家庭网关相连。

2、将受控终端与家用电器(如冰箱、洗衣机等)通过插排相连，将另一受控终端与 一组照明设备相连。

3、设置测量点。

给受控终端编写ID(6个字节的长度)，在家庭用电监控端通过键盘设置测量点，这些 测量点与受控终端的ID是相映射的关系。如受控端ID为0x06，在监控终端可以设置成测 量点1。测量点设置完成后，由监控端通过键盘选择启动组网。

4、组网流程：监控终端发起组网，通过微功率无线主模块发出组网信标。依据组网 规模计算组网时间，在组网时间内只接收受控终端转发组网信标。组网时间结束后，开始 依次收集受控终端的邻居表和场强信息表。完成场强收集后，对受控终端进行配置通信路 径。所有的受控终端都配置成功后表示组网完成。在家庭用电监控端可以通过键盘查看组 网情况。如果组网成功，则在显示芯片上显示成功；反之则显示失败，并显示出没有入网 的受控终端。受控终端接收到信标后存储网络ID并计算自己的转发时隙，等到时自己的 转发时隙后转发信标。在组网时间内，只转发一次组网信标。

5、添加新的受控终端：在监控终端键入新的受控终端测量点时，控制模块要询问是 否重启组网。确认组网，监控终端执行组网流程。

6、读取受控终端数据：首先在监控终端确定要抄读的数据项，如果控制模块发送了 读取受控端测试点数据命令，命令里面设定了抄读数据的时间。这些设置完成后，监控终 端就会按设定的去抄读受控终端。在读数据完成时，通过监控终端可以查看数据量和数据 量的抄读时间。监控终端最多可以存储和查看近一个月的受控端的用电情况。

7、透抄受控终端数据：监控终端除了定时定项的去抄读数据，让用户了解用电情况。 另外，用户通过键盘选取透抄功能后，控制模块发出透抄受控端测试点数据命令，微功率 无线主模块根据透抄受控端测试点数据命令选择要查看的数据项，确认并等显示屏上显示 透抄成功后，通过键盘去相关数据项处查看抄回的数据信息。

8、路由数据转发：由于有些受控终端与监控终端之间相隔距离远或者是障碍物过多 等远因，通信链路质量不佳。因此，每个受控终端又有路由功能。监控终端在组网阶段给 受控终端分配路径时，微功率无线主模块根据每个节点的场强信息表中的链路信息来给受 控终端计算最佳路径。在通信过程中，当受控终端收到数据时，首选判断自身是否是此次 通信的目标节点，如果是，则受控终端对收到的数据进行响应；如果不是，则受控终端由 通信数据中的通信路径得到下一跳的节点地址把数据转发出去。

综上所述，本发明由于采用微功率无线通信技术，该通信技术采用了Mesh组网的方 式，因此组网简单且稳定，通信链路质量高。此外由于每个节点都带有路由功能，在数据 需要路由转发时不需重新放置路由节点，增加了网络容量。另外该通信方式对于硬件性能 要求低，因此降低了产品研发成本。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细 说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的 保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本发明的保护范围之内。