CN102830681A - 一种远程电能耗数据的监控方法及其配套装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电能耗的远程实时数据采集、传输、控制和监控的方法，及其采用该方法的数据采集、传输、控制和转发的装置。本发明的步骤为：采集电压和电流信号数据，单片机处理装置转换成设定的数据表字段，并将数据送存储模块和/或通过RS232通信接口发送至传输模块；数据传输将数据发送到数据转发装置；数据转发装置通过物联网，传输至后台的云存储及云服务器，云服务器对所得数据进行分析、管理和/或根据接收到的控制命令，发出控制指令。本发明的优点是可以远程实时采集、精细分析和控制用电设备，安装灵活，成本低廉，提供SaaS服务。

Description

一种远程电能耗数据的监控方法及其配套装置

技术领域

本发明涉及一种电能耗的远程实时数据采集、发送、控制和监控的方法，及其采用该方法的数据采集、发送、控制和转发的装置。 

背景技术

随着现代科技的发展，以及工业园区、体育、办公和生活设施的建设，越来越地温室气体排放，成为气候变化的首要原因。如何有效地控制能源消耗，已经刻不容缓。 

早在2005年，我国就将节能减排定为国策。在政府的大力推进下，节能技术层出不穷，解决方案日新月异。但是，节能产品的投入和产出，仍然存在着不对称性。资金投入，却没有使环境得到改善，作为回报和呼应，显然不利于节能减排的推广，也难以促进可持续地经济投入。同时，一些节能减排技术，却存在二次能耗增加，维护成本高，以及二次环境污染等问题。 

国家节能减排工作领导小组会议指出：政府要加强对节能减排工作的组织领导，地方各级人民政府要对本行政区域内的节能减排工作负总责，政府主要领导是第一责任人。 

会议要求：各地区、各部门要进一步统一思想，提高认识，对节能减排综合性工作方案早部署、早落实。要抓紧分解和落实节能减排的指标，完善节能减排指标的统计、监测、考核体系，切实把落实五年目标与完成年度目标结合起来，把年度目标考核与季度跟踪检查结合起来。严格实行节能减排奖惩机制，把各地区节能目标责任评价考核结果，作为对省级人民政府领导班子和领导干部综合考核评价的重要依据，实行问责制。 

然而，目前在节能减排的环保工作中，面临的严重问题是：缺乏有效的能耗精细检测方法。以现有的监测手段，没有办法做到端口到端口的精细监测，数据采集耗时耗力，不完善，不全面，无法做到系统分析，难以量化精算投资回报。因此，能源的支出与实际使用误差大，缺乏透明地监管，无法对考核指标给出科学地分析，并作出决策。 

现有电能耗采集有下列几种方法：1）采用传统电流表采集方法：确定是安装比较麻烦，需要专业人员负责安装和调试，数据采集需要人工现场抄表，读取数据，并且不能对每个用电设备进行监控。2）新型电流表采集方法：它是一种安装了远程无线（GPRS）装置的新型电流表，可通过现有移动无线网络采集数据，实现远程抄表，但其缺点是不能够对每个用电设备进行实时和精细监控，无后台辅助决策分析系统，成本也较高。3）采用电流感应器采集方法，是采集设备的瞬时电流，并通过人工转换的方法，取得所需电度数据，缺点是无法长时间组网使用。上述三种能耗采集方式，共同存在以下问题：不能够对整个用户的电能环境进行精细化和实时化的采集；采集方式比较单一；安装比较麻烦，必须专业人员安装和调试；无法进行网络化的综合采集、数据读取和实时监控；无扩展性；单点采集成本较高。 

发明内容

本发明的目的之一是提供一种远程电能耗数据的监控方法。 

本发明的目的之二是提供一种能耗数据的远程实时采集和无线传送装置。 

本发明的目的之三是提供一种能耗数据的数据转发和中继处理装置。 

本发明的目的之一是这样实现的，一种远程电能耗数据的监控方法，包括在各被监控设备上采集数据、数据传输、能耗数据管理和监控处理，其特征在于： 

所述采集数据的步骤为：

1） 能耗数据采集；

2） 数据转换，即将脉冲电流信号转换成能耗的数据信号； 

3）将数据信号作基本处理，成为数据结构表一的数据信号；

所述数据传输的步骤为：

1） 将数据结构一的数据信号通过通讯接口送到传输装置；

2）由发射端发射据结构一的数据信号，即据结构一的数据信号进入传输网络透明传输；

3）由接收端接收数据结构一的数据信号；

所述数据的监控处理，其步骤为： 

1）将接收到的各采集节点的数据结构一的数据信号，经RS232通讯接口送到上位数据处理装置，进行数据处理，成为数据结构二的数据信号；

2）再将处理后的数据结构二的数据信号，经通讯接口送到云服务器中，采用云存储的数据库，通过云服务器的能耗管理和监控分析。

 所述能耗数据通过无线能耗采集监控器进行数据采集。 

所述无线能耗采集监控器中还设有数据传输模块，所述数据传输模块采用远程无线发射模块，如：Wifi或GPRS或zigbee或RFID接口或采用其他私有协议的通讯模块。 

所述数据传输模块也可采用有线模块，如有线485接口或RJ45接口或通过局域网传输。 

所述数据信号发射后，进入无线透明传输网络，即在无线能耗采集监控器中，具有无线发送和组网模块；当数据被采集和存储后，实时将数据输入到无线发送模块中，并被传输到中继传输网络。 

所述中继传输网络为有线网络或无线网络。 

所述通信接口为多功能接口，即具备有线的485接口和/或RJ45接口,无线接口Wifi和/或GPRS和/或zigbee和/或各类私有协议接口以及RFID接口。 

所述数据信号由终端节点传输至路由节点，再由路由节点传输至中继节点；然后，再经互联网，传输至后台能耗管理与监控云服务器。 

所述能耗管理与监控分析是通过采集节点中的ID，可以得知不同耗能设备的实时和历史能耗，并据此计算出实时耗能量和碳排放量，及碳排放足迹等。 

本发明的目的之二是这样实现的，一种能耗数据的远程实时采集和无线发送和接收装置，也称无线能耗采集监控器，由计量模块、数据处理模块、数据存储模块、显示模块、通信接口、传输模块、A/D转换器和电源构成；其特征在于：所述装置安装在用户设备前端的电源插座之前，连接在电源及用电设备之间，计量模块实时监控与采集用电设备能耗状况，经数据处理模块处理，经RS232接口输出至传输模块，由传输模块通过无线网络及转发装置，发送至后台云服务器。 

本发明的目的之三是这样实现的，一种远程实时能耗数据转发和处理装置，包括无线传输模块、数据处理模块、存储模块和电源构成。其特征在于：所述转发与处理装置中，其接收模块的输出端通过通信接口与数据处理模块连接，数据处理模块的输出端通过通信接口与上位数据处理的云服务器连接。 

本发明由于采用电流脉冲感应器精确地采集能耗数据，同时在采集过程中，通过控制装置对采集装置进行的同步控制。再通过现代通信技术，将各采集节点的能耗数据传输到后台云服务器。最后在云服务器中对数据进行分析。由于在数据采集和无线传送装置中，采用了无线自组网及透明传输的方法，因此本发明的优点是： 

a．本发明的远程实时能耗数据采集和无线传送装置可以直接安装在被监控设备的电源端，实时监控设备的用电情况。

b．本发明的远程实时能耗数据采集和无线传送装置通过内置的高精度电流感应器来探测通过其的电流情况,采集精度高。 

c．本发明的远程实时能耗数据采集和无线传送装置可采用的多功能通信接口，具备：有线485接口、RJ45接口、无线接口（Wifi、GPRS、zigbee或自定的私有协议）以及RFID接口，适用于各种不同工作环境。 

d．本发明的远程实时能耗数据采集和无线传送装置是将检测到的电流脉冲信号，传送到内置的单片机处理装置中，所述单片机处理装置将电流脉冲信息分析处理后，存放在本地的存储模块中，并且通过能传输模块将数据传输到云服务器。因此，本发明具备断电保护功能，可以确保数据安全。 

e．用户可以通过云服务器，采用多种方式对用电设备进行控制。例如：采用专用的遥控开关、手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本等，来切断企业或家中的用电设备的电源；本发明还设有定时控制开关，用于定时切断供电电源；最终，通过减少设备的待机时间，达到节省电源的目的。 

图1：本发明的网络结构示意图； 

图2：本发明的逻辑结构示意图

图3：本发明的数据采集和传输模块装置示意图；

图4：本发明的转发装置结构示意图；

图5：本发明的数据采集和传输模块的民用产品外形图；

图6：本发明的能耗采集数据表1的数据结构1；

图7：本发明的数据转发装置中数据表2的数据结构2。

具体实施方法： 

本发明的配套装置由三部分组成，或称三个子系统，参见图1所示。

第一部分是能耗数据的采集、无线传输、控制和转发部分，如图1中的B1所示。其中，采集装置、控制装置与无线传输装置在物理上来说，是在一个物理结构中；即：远程实时能耗数据采集和无线传送装置。另外，本发明的无线转发装置是由接收模块和转发模块构成。各远程实时能耗数据采集和无线传送装置之间采用自组网无线传输或有线传输的方法，并通过无线转发装置与云服务器，以物联网及互联网相结合的形态，组成能耗数据采集的传输部分，如图1中的A及B1部分所示。该部分是对各用电设备，进行远程实时能耗数据的采集、控制，并完成采集装置与云服务器之间进行数据传输。 

第二部分是属于后台服务，即以云存储、云服务器提供的能耗数据监控与分析部分，即：能耗数据管理与监控的云服务器，该装置属于接收与分析处理端，如图1中的C1所示。 

第三部分是客户应用系统，采用web service或app客户端，即客户利用手机、电脑等设备，采用应用软件，实时监控本企业或家庭的能源消耗情况，且对控制装置发布控制命令，如图1中的C2所示；B2为公共的传输网络。 

本发明的远程实时能耗数据采集和无线传输装置，即无线能耗采集监控器，是对用户的电力设备的能耗数据进行实时采集和传输，属于终端处理装置。其内部逻辑结构由计量模块1、单片机处理模块2、存储模块3、LED显示模块4、RS232通信接口5、无线传输模块6、无线发射模块7、定时遥控模块8和DC电源9构成，参见图3所示。 

能耗数据的远程实时采集和监控处理的方法和原理步骤为： 

1. 利用计量模块1中的高精度脉冲传感器，实时读取用电设备的电压和电流脉冲信号的数据。

2. 将读取的电压和电流脉冲数据，发送到单片机处理模块2，经处理换算成数字表字段的值，所述数据表字段包括：电压、功率、二氧化碳排放量、电费和读取时间。其中，功率是电流和电压的转换；电费和二氧化碳的排放量是根据功率折算；读取时间是电流和电压被读取的即时时间。 

3. 将数据表字段的值存入存储模块3,作为临时存储池，存储模块3中的将数据表字段参见图6的表1。 

4. 存储模块3根据需要将数据发送到LED显示模块4，用于通过LED显示屏，在不同的页面上，显示实时能耗、时间、天、周、月等设定数据。当然本发明可以采用其他显示模块。 

5. 存储模块3和/或单片机处理模块2定时将所得数据，通过RS232通信接口5发送至无线传输模块6。 

6．无线传输模块6采用多种传输方式，可由根据用户自行选择，将数据送到传输网络，所述传输网络的传输方式包括：（1）ZIGBEE无线自组网传输方式；（2）私有协议无线自组网方式；（3）WIFI网络传输方式；（4）GPRS网络传输方式；（5）有线网络传输方式；（6）有线RJ485传输方式，经互联网传输至后台云服务器，云服务器对所得数据进行分析、管理，同时又能根据接收到的控制命令，发布控制指令。 

7.数据被发送至透明传输网络后，通过路由设备、中继设备（又称上位传输装置）的转发，将数据传输至云服务器。数据转发是由数据转发装置，即上位传输装置来完成，其承担将数据经过初步加工与整合后，再转发给云服务器，数据转发装置在数据处理中的数据结构见图7的表2。 

8.定时遥控模块提供遥控和定时开关功能，用户可使用电子设备，如手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本等通过网络遥控企业或家中用能设备的开机和关机状态，减少待机时间。 

9.   AC-DC电源模块用于从220V电源取电并转换成直流电源为本装置供电。 

以上1~9步骤标号与图3中各模块上的编号顺序对应。 

本发明的计量模块使用高精度电路脉冲计量芯片，能达到专业计量电表的计量要求，其体积小巧，安装灵活，可放在任意需要监控和采集能耗的电器或设备前端。所述电路脉冲计量芯片可以使用在民用和工业的电表或设备上。例如，电视机、电冰箱、电脑等设备前置端。所述定时遥控模块提供遥控和定时开关功能，用户可使用手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本等设备，通过网络遥控企业或家庭中的电器设备的开机和关机，减少待机时间。DC电源模块用于从220V电源取电并转换成直流电源为本装置供电。 

本发明的远程实时能耗数据采集和无线传送装置的实施例，其正面有二三眼插孔，类似于电路接线板的插孔，他插入电源插座，同时其背面也有三眼插头，又能被监控电器设备的插入。外观及安装示意图参见图5所示。将被控电器设备插入本装置，可对用电设备的能耗状况进行实施采集、监控和组网传输。 

所述数据转发装置是与云服务器进行通信联系，是对其之下所管辖的各个终端节点，进行数据传输和控制命令的发送。所述终端节点是指远程实时能耗数据采集和无线传输装置的采集模块，以及路由节点上的能耗采集器。所述传输模块采用有线传输模块和/或无线传输模块，所述传输模式支持轮询方式及主动触发方式等。 

本发明的实施例的内部逻辑结构参见图4所示，其由无线传输模块10、RS232通信接口11、单片机处理模块12、存储模块13、RS232通信接口14、DC电源15构成。所述无线传输模块10通过RS232通信接口11完成上位装置与单片机处理模块12的数字信号和控制信号的转发和接收。所述单片机处理模块12负责对数据信号进行预处理。如对所接收的数据信号进行检验和排序等，和/或向上位发布控制命令，并将经过预处理的数据信号送入存储模块13；同时，再将存储模块13中的数据信号经接口电路14传输至云服务器16，所述接口电路14是USB接口或RS232接口。 

所述数据转发装置的工作方法和原理的步骤为： 

1.  无线传输模块10通过天线传输信号，将无线传输模块10所管辖的各个终端节点发送的数据信号传输至云服务器；以及将云服务器传输来数据信号和控制命令传送到各终端节点。所述终端节点是指无线能耗采集监控器和路由节点上的无线能耗采集监控器，

2.  通过RS232通信接口模块11建立传输模块10与单片机处理模块12之间的联系。

3.  单片机处理模块11对各终端节点传输来的数据进行预处理，如对数据进行检验和排序等；同时可对各终端节点发布控制命令。 

4. 将经予处理的数据送入存储模块13，所述数据的格式参见图7表二所示。 

5.  将储存模块13中的数据通过USB或RS232接口，传输至云服务器。所述传输的方式支持有线及无线方式，其传输模式支持轮询方式及主动触发方式等。 

6. 电源模块作为直流供电电源。 

所述能耗管理和监控的方法是：根据终端节点的采集得到的能耗数据进入传输网络，通过路由和中继设备，即转发装置，将数据传输到后台云服务器，通过各采集节点的ID号，以及预先的设置，得到不同的，被测设备的实时和/或历史能耗；并计算出实时耗能数值和碳排放量。采用RESTful的Web service以及NOSQL技术架构，利用云存储，支持大数据的实时管理和分析。 

通过对上述批量实时数据进行分析，该能源管理与监控云服务器分析汇总出各种负载信息，据此数据评定各设备能效，并根据能源消耗来判定大楼的特性，如：管理面积、设备类型、设备类型、运行时间的计划和天气气候的相关性，并且可以采取系统预设的节能模式，智能化控制设备启停，降低运行费用。同时，用户可以在任何地方，通过标准的Web浏览器或APP应用来完成这些操作。对建筑物（或者建筑群）内的变配电、照明、电梯、空调、供热、给排水等能源使用状况，实行集中监测和/或分散控制。 

提供第三方插件兼容功能，并且利用网络视频和音频进行技术互动，满足售后和技术专家的远程全方位指导，提供不在现场却胜似现场的服务，充分提供便捷、及时的售后服务和支持。利用app插件应用系统的下载及安装，使得手机、电脑、PAD等均可成为能源管理的远程控制工具，可以远程监控和管理电器设备。 

Claims (9)

1.一种能耗数据的远程实时监控处理的方法，其特征在于采集与监控处理的步骤为：

1）利用采集装置实时采集用电设备的电压和电流信号数据；

2）将读取的电压和电流脉冲数据，经单片机处理装置转换成设定的数据表字段；

3）并将数据送存储模块和/或通过RS232通信接口发送至传输模块； 

4）所述数据传输根据用户的选择的传输方式，将数据发送到数据转发装置；

5）数据转发装置通过物联网，传输至后台的云服务器，云服务器对所得数据进行分析、管理和和/或根据接收到的控制命令，发出控制指令，向用户提供SaaS服务。

2.根据权利要求1所述的一种能耗数据的远程实时采集和监控处理的方法，其特征在于：所述存储模块将数据发送到显示模块，所述显示模块通过LCD显示屏，在不同的页面上，显示实时能耗、时间、天、周、月设定数据。

3. 根据权利要求1所述的一种能耗数据的远程实时采集和监控处理的方法，其特征在于：所述传输方式包括：ZIGBEE无线自组网传输方式、私有协议无线自组网方式、WIFI网络传输方式、GPRS网络传输方式、有线网络传输方式、有线RJ485传输方式。

4.根据权利要求1所述的一种能耗数据的远程实时采集和监控处理的方法，其特征在于：所述通讯接口包含RS232、URAT、USB接口电路。

5.根据权利要求1所述的一种能耗数据的远程实时采集和监控处理的方法，其特征在于：所述传输装置为远程无线发射模块，如：Wifi或GPRS或zigbee或RFID接口或其他私有协议。

6.根据权利要求1所述的一种能耗数据的远程实时采集和监控处理的方法，其特征在于：所述传输装置可选为有线模块，如有线485接口或RJ45接口或因特网。

7.一种能耗数据的远程实时采集和无线发送装置，包括计量模块、数据处理模块、数据存储模块、显示模块、通信接口、传输模块、A/D转换器和电源，其特征在于：所述传感器安装在用户设备前端，其输出端与脉冲感应模块连接；脉冲感应模块的输出端与数据处理器的输入端连接，数据处理器的输出端风别与存储模块和通信接口连接，所述通信接口的另一端与发送模块连接。

8.一种远程实时能耗数据接收、转发和处理装置，包括无线传输模块、数据处理模块、存储模块和电源，其特征在于：所述接收模块的输出端通过RS232接口与数据处理器连接，数据同理器的输出端通过通信接口与上位数据处理服务器连接。

9.一种远程实时能耗数据接收、转发和处理装置，其特征在于：所述通信接口为USB接口或RS232接口。

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