CN102592429A - 一种基于EnOcean的远程抄表系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种基于EnOcean的远程抄表系统，该系统包括：至少一个智能表具、EnOcean控制模块、EnOcean终端模块、家庭网关、数字家庭公共网络中心服务器；智能表具与EnOcean终端模块一一对应连接；EnOcean终端模块用于接收EnOcean控制模块发送的读表命令，执行读表操作并返回表具读数；EnOcean控制模块用于接收数字家庭公共网络中心服务器发送的读表命令并发送至EnOcean终端模块，且在收到表具读数后将表具读数发送至数字家庭公共网络中心服务器；家庭网关用于连接数字家庭公共网络中心服务器与EnOcean控制模块；数字家庭公共网络中心服务器用于向EnOcean控制模块发送读表命令并接收和存储EnOcean控制模块所发送的表具读数。可以实现低功耗、低成本的远程抄表。
Description
技术领域
本发明涉及数字家庭技术领域，尤其涉及一种基于EnOcean的远程抄表系统。
背景技术
在人们的日常生活中，水、电、气是不可缺少的生活保障，然而对于水、电、气的供应公司来说，安排大批人员挨门挨户抄表收费，不但浪费人力物力，而且也不能实时反映用户的使用情况，并给用户带来诸多不便，浪费用户时间，而且对居民生活也是一种干扰，有时还给了不法分子入室犯罪可乘之机。
另一方面，随着科学技术的进步和人们物质文化生活水平的提高，住宅中的家用电器数量、种类、容量日益增加，相应的水、电、气等生活能耗量也将显著提高。因此，在强调效率的今天，在通信技术日益成熟的条件下，自动抄表系统将是社会发展的需要，并将在相当长的时间内有十分广阔的市场发展前景，具有十分重要的实践意义。
目前较为常用的远程抄表的方法有以下几种：
第一种方法是基于电力线载波的小带宽应用，用电力线来传输抄表数据。家庭中的三表都内嵌一个电力调制解调模块，这样，三个表的抄表数据就通过电力线，传输到网络中心，从而实现抄表任务；第二种方法是基于Wi-Fi(wirelessfidelity)的远程抄表。同样，家庭中的每个表都内嵌一个Wi-Fi模块，抄表的数据可以传到小区的集中服务器或直接由家庭网关传至网络中心；第三种方法是基于EnOcean的无线远程抄表系统。这类系统功耗较低，每个表配置EnOcean模块后就可以定时将抄表数据发送到EnOcean的基站，由基站将信息传输给网络中心。
但是第一种方法中此类应用的家居设备都配备电力调制解调模块，不仅仅成本比较高，而且电力调制解调模块的高带宽的优势没有得到充分发挥；第二类方法中首选Wi-Fi成本较高，用于每个表中会增加家庭的成本；另外Wi-Fi的发射功率较大，而抄表系统不需要非常大的无线辐射范围，过多的Wi-Fi信号会给居民平时的上网通信等带来许多干扰；第三种方法是近年来较为常用的抄表方案。但是EnOcean模块仍需要外部供电，现在一般是选用电池供电，对于EnOcean来说，基本上每6个月需要更换一次电池，这样又会造出一定的人工成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于EnOcean的远程抄表系统，可以实现低功耗、低成本的远程抄表。
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于EnOcean的远程抄表系统，所述系统包括：至少一个智能表具、EnOcean控制模块、EnOcean终端模块、家庭网关、数字家庭公共网络中心服务器；
所述智能表具与所述EnOcean终端模块一一对应连接；所述EnOcean终端模块用于接收所述EnOcean控制模块发送的读表命令，执行读表操作并返回表具读数；所述EnOcean控制模块用于接收所述数字家庭公共网络中心服务器发送的读表命令并发送至所述EnOcean终端模块，且在收到表具读数后将表具读数发送至所述数字家庭公共网络中心服务器；家庭网关用于连接所述数字家庭公共网络中心服务器与所述EnOcean控制模块，并实现所述数字家庭公共网络中心服务器与所述EnOcean控制模块之间的通信；所述数字家庭公共网络中心服务器用于向所述EnOcean控制模块发送读表命令并接收和存储所述EnOcean控制模块所发送的表具读数。
优选地，所述远程抄表系统还包括：串口服务器，用于连接所述EnOcean控制模块与所述家庭网关。
优选地，所述串口服务器为RS232转以太网串口服务器，所述EnOcean控制模块通过RS232接口与所述串口服务器相连，所述串口服务器通过RJ45接口与所述家庭网关相连。
优选地，所述智能表具通过RS485接口与所述EnOcean终端模块。
优选地，所述EnOcean终端模块集成于所述智能表具中。
优选地，所述数字家庭公共网络中心服务器还用于提供Web页面以实现终端用户查询操作。
优选地，所述读表命令为实时读表命令或定时读表命令。
优选地，所述EnOcean控制模块用于接收所述数字家庭公共网络中心服务器发送的实时读表命令，并将所述实时读表命令发送至所述EnOcean终端模块。
优选地，所述EnOcean控制模块用于向各个所述EnOcean终端模块广播定时读表命令，所述智能表具根据通过所述EnOcean终端模块所接收到的定时读表命令进行读表操作。
优选地，所述EnOcean控制模块还用于对EnOcean网络进行初始化，并获取网络节点信息。
实施本发明实施例，具有以下有益技术效果：
(1)成本低廉。支持EnOcean通讯协议的芯片成本远远少于电力线载波通讯协议芯片以及基于IEEE 802.11系列的WiFi芯片，可降低远程抄表系统的实现成本；
(2)组网灵活配置快捷。支持EnOcean通讯协议的通讯模块可以实现灵活方便的组网接入，增加和减少网络节点非常容易，省去综合布线的成本而极大降低了系统安装成本；
(3)节点能耗低。支持EnOcean通讯协议的设备在实现通讯时能源消耗极低，从而增加电池使用寿命并延长设备更新周期。
(4)双向传送数据和控制命令。支持EnOcean通讯协议的设备不但可以从网络节点传出数据，而且EnOcean控制模块的双向通信功能够可以将控制命令(读表命令)传到无线终端相连的传感器、无线路由器，也可将数据(表具读数)发送至控制远程设备或者进行网络显示。
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它的附图。
图1是本发明的基于EnOcean的远程抄表系统的第一实施例的结构组成示意图；
图2是本发明的基于EnOcean的远程抄表系统的第二实施例的结构组成示意图；
图3是本发明实施例的基于EnOcean的远程抄表系统的实时查询的抄表通信过程的示意图；
图4是本发明实施例的基于EnOcean的远程抄表系统的定时采集的抄表通信过程的示意图；
图5是本发明实施例中的EnOcean控制模块和EnOcean终端设备间通信的流程示意图。
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作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。
本发明实施例的基于EnOcean的远程抄表系统的网络拓扑和系统架构是实现整个系统的基础。其中利用了EnOcean终端模块与智能表具之间通过RS485串口相连，还可以将EnOcean模块内嵌入各种表具中使之成为EnOcean智能表具。而各EnOcean终端模块和EnOcean控制模块组成星型拓扑的网络结构，组网比较灵活，针对相比传统的有线抄表系统，可以在不用重新布线的情况下新加入或撤去表具。
图1是本发明的基于EnOcean的远程抄表系统的第一实施例的结构组成示意图，如图1所示，该远程抄表系统包括：
至少一个智能表具1、EnOcean控制模块2、EnOcean终端模块3、家庭网关4、数字家庭公共网络中心服务器5；
智能表具1与EnOcean终端模块3一一对应连接；EnOcean终端模块3用于接收EnOcean控制模块2发送的读表命令，执行读表操作并返回表具读数；EnOcean控制模块2用于接收数字家庭公共网络中心服务器5发送的读表命令并发送至EnOcean终端模块2，且在收到表具读数后将表具读数发送至数字家庭公共网络中心服务器5；家庭网关4用于连接数字家庭公共网络中心服务器5与EnOcean控制模块2，并实现数字家庭公共网络中心服务器5与EnOcean控制模块2之间的通信；数字家庭公共网络中心服务器5用于向EnOcean控制模块2发送读表命令并接收和存储EnOcean控制模块2所发送的表具读数。
实施本发明的第一实施例的基于EnOcean的远程抄表系统，具有以下有益技术效果：
(1)成本低廉。支持EnOcean通讯协议的芯片成本远远少于电力线载波通讯协议芯片以及基于IEEE 802.11系列的WiFi芯片，可降低远程抄表系统的实现成本；
(2)组网灵活配置快捷。支持EnOcean通讯协议的通讯模块可以实现灵活方便的组网接入，增加和减少网络节点非常容易，省去综合布线的成本而极大降低了系统安装成本；
(3)节点能耗低。支持EnOcean通讯协议的设备在实现通讯时能源消耗极低，从而增加电池使用寿命并延长设备更新周期。
(4)双向传送数据和控制命令。支持EnOcean通讯协议的设备不但可以从网络节点传出数据，而且EnOcean控制模块的双向通信功能够可以将控制命令(读表命令)传到无线终端相连的传感器、无线路由器，也可将数据(表具读数)发送至控制远程设备或者进行网络显示。
图2是本发明的基于EnOcean的远程抄表系统的第二实施例的结构组成示意图，图2示出了该远程抄表系统的网络拓扑结构及相关模块或设备之间的接口。除了包括图1所示的各个设备或模块外，远程抄表系统还可以包括：串口服务器，用于连接EnOcean控制模块与家庭网关。
如图2所示，该远程抄表系统具体包括：
(1)EnOcean终端设备(EnOcean Terminal Equipment)
应用于基于EnOcean的远程抄表系统中，可接收用户操作命令并提供相关服务的终端设备。在三表系统中，该EnOcean终端模块通过RS485串口与智能表具相连形成EnOcean终端设备，能接收EnOcean控制模块发送的命令、执行读表操作并返回表具读数，具体实施中，EnOcean终端模块可以是独立的模块也可以是集成于智能表具中。另外，本发明实施例中的智能表具包括便不局限于电表、水表、气表。
(2)EnOcean控制模块(EnOcean Control Module)
应用于基于EnOcean的远程抄表系统中，能控制EnOcean终端设备及反映EnOcean终端设备状态。在远程抄表系统中，该EnOcean终端设备通过TCP/IP串口服务器接入以太网，能接收数字家庭公共网络中心服务器发送的命令并下达至EnOcean终端设备，收到数据后则将数据经IP网络传输到中心服务器。具体实施中，该串口服务器为RS232转以太网串口服务器，EnOcean控制模块通过RS232接口与串口服务器相连，串口服务器通过RJ45接口与家庭网关相连。
(3)家庭网关
具体实施中，该家庭网关也可以是数字家庭网关(Digital Home Gateway)，该家庭网关主要是用于连接数字家庭内部网络和公共网络的设备，主要实现数字家庭内部网络与公共网络间高层应用协议的转换。
(4)数字家庭公共网络中心服务器(Digital Home Central Server on Internet)
该数字家庭公共网络中心服务器可以是一种专门在因特网上为数字家庭网络提供应用服务的服务器，可为数字家庭内部网络提供网络配置、家居设施的监视和控制等服务。在远程抄表系统中，该数字家庭公共网络中心服务器能向EnOcean控制模块发送读表命令并接收和存储EnOcean控制模块所发送的表具读数，同时数字家庭公共网络中心服务器还用于提供Web页面以实现终端用户查询操作。
本发明实施例的基于EnOcean的远程抄表系统可具备两个主要功能：实时查询和定时采集。
具体实施中，读表命令可以是实时读表命令或定时读表命令。
若读表命令为实时读表命令，EnOcean控制模块用于接收数字家庭公共网络中心服务器发送的实时读表命令，并将实时读表命令发送至EnOcean终端模块。
下面结合图3所示出的基于EnOcean的远程抄表系统的实时查询的抄表通信过程对本发明实施例的系统原理进行进一步阐述。
如图3所示，实时查询功能的实现过程实现如下：
(1)用户在客户端输入用户ID或表ID，点击实时查询，数字家庭公共网络中心服务器(简称：服务器)根据ID从数据库中获取对应串口服务器的网关IP地址和映射端口号，建立socket连接并发送请求(以应用层载荷内容标识请求，载荷为：请求实时读数指令(实时读表命令)+表ID)。
(2)EnOcean控制模块对载荷进行解析获取表ID和指令代码，根据表ID从预先存储的“ID-长地址映射表”查找到对应EnOcean终端设备的64位长地址，进行指令代码匹配后执行相应的程序，激活该EnOcean终端设备并下达请求。
(3)EnOcean终端设备接收到指令后进行指令匹配并执行相应的实时读表程序，将数据指示指令、表ID和表具读数等信息发回EnOcean控制模块，并开启定时器。
(4)EnOcean控制模块接收到上述信息后向EnOcean终端设备发送确认收到数据的确认信息(ACK)。EnOcean终端设备若在定时时间内未收到ACK则重发读数(具体实施中，可以设置重发次数限制)，收到ACK后即关闭计时器进入休眠状态。
(5)EnOcean控制模块将上述信息(包括实时读表命令、表ID和表具读数)上传至服务器，服务器进行数据解析，根据指令代码和表ID将表具读数呈现于相应用户界面。
若读表命令为定时读表命令，则EnOcean控制模块用于向各个EnOcean终端模块广播定时读表命令，智能表具根据通过EnOcean终端模块所接收到的定时读表命令进行读表操作。
定时采集的通信流程和实时查询的区别主要在于：请求读数的指令由EnOcean控制模块定时触发，并且通过广播方式将定时读表命令发送到所有下属EnOcean终端设备。
下面结合图4所示出的基于EnOcean的远程抄表系统的定时采集的抄表通信过程对本发明实施例的系统原理进行进一步阐述。
如图4所示，定时采集功能的实现过程实现如下：
(1)EnOcean控制模块的定时周期可以设置为一天，具体可以是每天凌晨一点(为了避开零点各种表具本身的其它一些操作)激活所有终端设备，当到达所设置的时间点时，则广播定时读表命令。
(2)EnOcean终端设备接收到定时读表命令后进行指令匹配执行定时读数采集程序，将定时读数指示指令(定时读表命令)、表ID和表具当时时间的读数等信息发回EnOcean控制模块，同时开启定时器。
(3)EnOcean控制模块收到每个表具读数后即发送确认收到数据的确认信息(ACK)。EnOcean终端设备若在定时时间内未收到ACK则重发读数(具体实施中，可以设置重发次数限制)，收到ACK即关闭计时器进入休眠状态。
(4)EnOcean控制模块将上述信息(定时读表命令、表ID和表具读数等信息发送到服务器。服务器将数据进行解析，匹配指令后即将数据存入数据库中。
另外，在本发明实施例中，EnOcean控制模块在基于EnOcean的远程抄表系统中处于核心的地位。EnOcean控制模块执行EnOcean网络的初始化过程，获取网络节点信息，随后EnOcean控制模块和EnOcean终端设备间开始正常的数据通信和交换信息，具体流程如图5所示。
EnOcean终端设备首先加入网络，然后根据EnOcean控制模块发来的指令或读表命令执行读表操作。EnOcean控制模块与服务器(数字家庭公共网络中心服务器)之间的通信分为两个阶段：初始化阶段和系统运行阶段。初始化阶段主要完成EnOcean控制模块与服务器之间连接的建立，并且交互当前在线节点状况，进入系统运行的准备阶段。系统运行阶段主要完成用户通过服务器对家庭网络中EnOcean终端设备的检测和控制。
在建立EnOcean家居控制网络时，每个家居控制网络中的EnOcean终端设备都先在服务器上进行注册，保存于服务器的数据库中。在系统运行阶段，服务器等待接收数据和用户查询点击事件，然后进入正常的通信控制流程。
下面对基于EnOcean的远程抄表系统的帧定义格式进行相关说明：
(1)表ID(节点地址)格式定义
在本系统中，表的ID是EnOcean家居控制网络中标识EnOcean终端设备节点的唯一地址(项目中利用表ID与EnOcean物理地址的映射找到EnOcean终端设备)，用程序存储于EnOcean终端设备单片机的E2PROM中，用于网络节点的寻址(EnOcean)。表ID在网络初始安装阶段即保存于网络中心服务器的数据库中。
| 字节序号 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 |
| 含义 | 省份 | 市 | 区县 | 路、街 | 家庭号 | 节点号 |
表ID为6个字节(48比特)，其格式为：
一个家庭网络节点地址中的最后一个字节表示家庭内的各个节点，即一个家庭内最多有255个EnOcean网络节点，其值若为0表示EnOcean控制模块。
(2)指令格式定义
远程抄表系统(也适用于三表抄表系统)通信控制流程中用到的指令定义为两个字节(以下均用十六进制表示)，可分为以下两类：
1、下行命令控制指令：
服务器查询三表读数时需要用到此类指令，包括服务器向控制模块或者控制模块向终端模块发送的请求定时读数指令、请求实时读数指令以及确认收到数据指令，如下表所示：
| 指令名称 | 请求定时读数 | 请求实时读数 | 确认收到数据 |
2、上行数据指示指令：
终端设备返回数据时需要用到此类指令，包括终端设备向控制模块或者控制模块向服务器发送的定时读数指示指令和实时读数指示指令，如下表所示：
| 指令名称 | 定时读数指示 | 实时读数指示 |
(3)数据传输格式定义
在本系统提出的通信控制流程中，应用层传输的数据只包括指令码、表ID和表读数这三种数据类型(暂不包括其他数据信息)，数据格式定义如下：
数据传输顺序：先传低字节后传高字节。
数据项顺序：先后为指令码、表ID以及表读数，如下表所示：
其中，指令码必须有，其他两项则根据操作类型(或指令)而定。表读数统一为四个字节，且最低字节D0为小数位。
本发明实施例中的表帧格式是按照EnOcean的标准来定的，具有简单易懂、数据量小等优点，从而减少所要传送的数据，从而节省了能耗。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。
另外，以上对本发明实施例所提供的基于物理层的无线网络室内定位的实现方法及其装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种基于EnOcean的远程抄表系统，其特征在于，所述系统包括：至少一个智能表具、EnOcean控制模块、EnOcean终端模块、家庭网关、数字家庭公共网络中心服务器；
所述智能表具与所述EnOcean终端模块一一对应连接；所述EnOcean终端模块用于接收所述EnOcean控制模块发送的读表命令，执行读表操作并返回表具读数；所述EnOcean控制模块用于接收所述数字家庭公共网络中心服务器发送的读表命令并发送至所述EnOcean终端模块，且在收到表具读数后将表具读数发送至所述数字家庭公共网络中心服务器；家庭网关用于连接所述数字家庭公共网络中心服务器与所述EnOcean控制模块，并实现所述数字家庭公共网络中心服务器与所述EnOcean控制模块之间的通信；所述数字家庭公共网络中心服务器用于向所述EnOcean控制模块发送读表命令并接收和存储所述EnOcean控制模块所发送的表具读数。
2.如权利要求1所述的基于EnOcean的远程抄表系统，其特征在于，所述远程抄表系统还包括：
串口服务器，用于连接所述EnOcean控制模块与所述家庭网关。
3.如权利要求2所述的基于EnOcean的远程抄表系统，其特征在于，所述串口服务器为RS232转以太网串口服务器，所述EnOcean控制模块通过RS232接口与所述串口服务器相连，所述串口服务器通过RJ45接口与所述家庭网关相连。
4.如权利要求1所述的基于EnOcean的远程抄表系统，其特征在于，所述智能表具通过RS485接口与所述EnOcean终端模块。
5.如权利要求1所述的基于EnOcean的远程抄表系统，其特征在于，所述EnOcean终端模块集成于所述智能表具中。
6.如权利要求1所述的基于EnOcean的远程抄表系统，其特征在于，所述数字家庭公共网络中心服务器还用于提供Web页面以实现终端用户查询操作。
7.如权利要求1所述的基于EnOcean的远程抄表系统，其特征在于，所述读表命令为实时读表命令或定时读表命令。
8.如权利要求7所述的基于EnOcean的远程抄表系统，其特征在于，所述EnOcean控制模块用于接收所述数字家庭公共网络中心服务器发送的实时读表命令，并将所述实时读表命令发送至所述EnOcean终端模块。
9.如权利要求7所述的基于EnOcean的远程抄表系统，其特征在于，所述EnOcean控制模块用于向各个所述EnOcean终端模块广播定时读表命令，所述智能表具根据通过所述EnOcean终端模块所接收到的定时读表命令进行读表操作。
10.如权利要求1至9任意一项所述的基于EnOcean的远程抄表系统，其特征在于，所述EnOcean控制模块还用于对EnOcean网络进行初始化，并获取网络节点信息。
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