CN105376150A - 基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台，包括：PCB背板，设置在PCB背板上的主控CPU单元和存储器；分别与主控CPU单元连接的控制器模块、电力宽带载波模块、数据去噪后滤波模块、自组网控制模块、数据加密模块、交流相位识别模块、智能计量模块；设置在PCB背板上的传感器采集模块、开关电源模块和电源管理模块。本发明支持机器学习，自主选择最短路经路由，主控CPU单元在传感器采集模块正常工作时处于休眠状态，节省能耗，并且数据加密模块是经过国密局认证的，实现了绿色贴身的能源管家的愿景。
Description
技术领域
本发明涉及能效管理系统，更具体的说是涉及一种基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台。
背景技术
能源是人类社会生存和发展的重要物质基础，能源的开发和利用，最大程度地推进世界经济和人类社会的发展，电力作为一种清洁能源，其利用效率和节能措施逐渐引起国家和电网公司的高度重视。家庭能效管理系统的发展和推广是实现十二五节能减排约束性目标，缓解资源环境约束、提高电力能源利用效率，应对全球气候变化，促进经济发展方式的转变，建设资源节约型、环境友好型，增强可持续发展能力的有力保障。
现有技术中的能效管理，搭建无线通讯网络，配套开发智能插座、智能开关和智能设备等相关计量控制管理设备产品，但是作为配套计量的智能产品涉及复杂、设备成本费用居高不下，并且没有系统考虑整个能耗的统计分析和入户总表计量等单位，无法更好的完成能效管理分析，达到节约能源的目的。
因此，如何提供一种节省能耗、绿色的能效管理平台是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种节省能耗、绿色的基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台，包括：PCB背板，设置在所述PCB背板上的主控CPU单元和存储器；分别与所述主控CPU单元连接的控制器模块、电力宽带载波模块、数据去噪后滤波模块、自组网控制模块、数据加密模块、交流相位识别模块、智能计量模块；设置在所述PCB背板上的传感器采集模块、开关电源模块和电源管理模块；其中所述控制器模块包括WiFi控制器、以太网控制器和GPRS无线收发模块；所述传感器模块是温湿度传感器、红外探测器和接点无源温度传感器；本发明所述传感器采集模块将采集的数据通过所述智能计量模块的精确计量和所述数据去噪后滤波模块的平滑滤波后，经过所述电力宽带载波模块载波收发功率的调整，以及所述交流相位识别模块相位的调整，直接或者通过所述自组网控制模块多跳之后回传云端，进而自适应选择所述控制器模块的传输方式，用户通过手机APP管理配置模块，实时查询和监控设备运行情况。
优选的，在上述基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台中，所述电力宽带载波模块是2-30M的PLC载波宽带，根据负载电流、电压、温度、用电负荷、阻抗信息自适应调整载波收发功率。
优选的，在上述基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台中，所述交流相位识别模块是依据强电相位识别算法，并根据负载电流、电压、温度、用电负荷、阻抗信息上行数传定时校准算法快速收敛自适应调整相位的。
优选的，在上述基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台中，所述数据去噪后滤波模块是运用OFDM技术降低干扰，在下行信道综合运用时分、频分、码分策略最大限度降低设备自干扰和随机串扰；在上行信道支持载波侦听，随机时长保护隔离各设备的数传时隙，使用加密IC物理产生的高斯随机噪声源产生的随机数，此随机数经过竞争接入判决和冲突避让机制仲裁后，自适应变为保护时长分发给监控设备。
优选的，在上述基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台中，所述传感器模块为无源或者电磁感应供电，并且所述传感器采集模块的采集数据包含但不限于温度、电流、电压、无功功率、峰谷电量统计、防窃电监控、用电负荷监控和均衡。
优选的，在上述基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台中，所述主控CPU单元在所述传感器采集模块正常工作时处于休眠状态。
优选的，在上述基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台中，所述主控CPU单元设置有屏幕显示器。
优选的，在上述基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台中，所述自组网控制模块支持直流或交流用电线连接的监控设备进行互联互通。
优选的，在上述基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台中，在没有手机信号和WiFi信号的情况下，通过所述电力宽带载波模块的支持和所述自组网控制模块的运行，也能通讯或者传递所述传感器采集模块的数据信息。
优选的，在上述基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台中，所述传感器采集模块可以通过用户的手机APP管理配置模块或者云端一键控制。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明一方面采用主板主频时钟自适应配置，在休眠、设备初始化等状态下降低工作频率，并且根据信号强弱、数据业务量大小、自组网拓补复杂度智能调整系统主频；同时多通讯信道自融合，支持机器学习，自主选择最短路经路由，主控在传感器数据未超阈值时休眠节省功耗；传感器模块开关均可通过手机APP或者云端一键控制，用户可根据实际应用场景配置数据采集间隔、告警阈值、上报间隔、浮点数据精度等；另一方面黑匣子记录设备防水、防火；云端数据灾备，远程维护升级，产品全生命周期服务；信息加密，代码乱序执行(指令排序机制由随机数发生模块提供，结合虚实地址翻译子系统增强恶意攻击防护)；软件系统分段编译，传感器各种数据和告警事件分队列和任务区实现，防止单设备故障引发的系统崩溃；增加事件失效队列，存放诸如但不限于硬件故障、升级失败、传感器数据异常、设备超时、反复重启、功率超限值等事件，实时返回云端，通知用户决策。因此本发明公开的一种基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台，不仅支持移动自组网络，无中心且多跳网络，而且网络内各模块通过WiFi、电力线宽带载波、移动各制式通讯协议、蓝牙、红外等相互配置和通讯，用户用手机APP管理配置能效，同时实时查询和监控设备的运行情况；本发明的各个模块按需驱动，节省能耗、绿色环保，并且电力宽带载波模块采用PLC宽带载波克服了穿墙的困难，节省了投资，有电力线的地方就有数据传输，节省流量费用，减少了网络布线可能产生的故障点，实时掌握能效曲线信息。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明系统方框图。
图2附图为本发明部分结构示意图。
图3附图为本发明部分结构示意图。
图4附图为本发明的传感器采集模块部分结构示意图。
图5附图为本发明的流程示意图。
在图2中：
1为PCB背板、2为主控CPU单元、3为存储器、42为以太网控制器、5为电力宽带载波模块、12为开关电源模块、13为电源管理模块。
在图3中：
12为开关电源模块、41为WiFi控制器。
在图4中：
111为温湿度传感器、113为接点无源温度传感器。
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。
本发明实施例公开了一种节省能耗，绿色的基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台。
请参阅相关附图，为本发明提供的一种基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台，具体包括：PCB背板1，设置在PCB背板1上的主控CPU单元2和存储器3；分别与主控CPU单元2连接的控制器模块4、电力宽带载波模块5、数据去噪后滤波模块6、自组网控制模块7、数据加密模块8、交流相位识别模块9、智能计量模块10；设置在PCB背板1上的传感器采集模块11、开关电源模块12和电源管理模块13；其中控制器模块4包括WiFi控制器41、以太网控制器42和GPRS无线收发模块43；传感器采集模块11设置有温湿度传感器111、红外探测器112和接点无源温度传感器113；本发明传感器采集模块11将采集的数据通过智能计量模块10的精确计量和数据去噪后滤波模块6的平滑滤波后，经过电力宽带载波模块5载波收发功率的调整，以及交流相位识别模块9相位的调整，直接或者通过自组网控制模块7多跳之后回传云端，进而自适应选择控制器模块4的传输方式，用户通过手机APP管理配置模块，实时查询和监控设备运行情况。
本发明通过多通讯信道自融合，支持机器学习，自主选择最短路经路由，主控在传感器正常工作时处于休眠状态，可以节省功耗；各能效管理模块按需驱动，节省能耗、绿色环保；电力宽带载波克服了穿墙的困难，节省投资，有电力线的地方就有数据传输，节省流量费用；减少了网络布线可能产生的故障点，实时掌控能效曲线的信息；强电相位识别算法在端点与端点之间协作通讯自组网上，上传数传定时校准算法快速收敛；所有传感器均为无源或者电磁感应供电，实现无人值守和云端维护；本发明既有电力通讯系统，无需外接公共通讯网络即可离线升级。
为了进一步优化上述技术方案，电力宽带载波模块5是2-30M的PLC载波宽带，根据负载电流、电压、温度、用电负荷、阻抗信息自适应调整载波收发功率。
为了进一步优化上述技术方案，交流相位识别模块9是依据强电相位识别算法，并根据负载电流、电压、温度、用电负荷、阻抗信息上行数传定时校准算法快速收敛自适应调整相位的。
为了进一步优化上述技术方案，数据去噪后滤波模块6是运用OFDM技术降低干扰，在下行信道综合运用时分、频分、码分策略最大限度降低设备自干扰和随机串扰；在上行信道支持载波侦听，随机时长保护隔离各设备的数传时隙，使用加密IC物理产生的高斯随机噪声源产生的随机数，此随机数经过竞争接入判决和冲突避让机制仲裁后，自适应变为保护时长分发给监控设备。
为了进一步优化上述技术方案，传感器采集模块11为无源或者电磁感应供电，并且传感器采集模块11的采集数据包含但不限于温度、电流、电压、无功功率、峰谷电量统计、防窃电监控、用电负荷监控和均衡。
为了进一步优化上述技术方案，主控CPU单元2在传感器采集模块11正常工作时处于休眠状态。
为了进一步优化上述技术方案，主控CPU单元2设置有屏幕显示器。
为了进一步优化上述技术方案，自组网控制模块7支持直流或交流用电线连接的监控设备进行互联互通。
为了进一步优化上述技术方案，在没有手机信号和WiFi信号的情况下，通过电力宽带载波模块5的支持和自组网控制模块7的运行，也能通讯或者传递传感器采集模块11的数据信息。
为了进一步优化上述技术方案，传感器采集模块11可以通过用户的手机APP管理配置模块或者云端一键控制。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台，其特征在于，包括：PCB背板，设置在所述PCB背板上的主控CPU单元和存储器；分别与所述主控CPU单元连接的控制器模块、电力宽带载波模块、数据去噪后滤波模块、自组网控制模块、数据加密模块、交流相位识别模块、智能计量模块；设置在所述PCB背板上的传感器采集模块、开关电源模块和电源管理模块；其中所述控制器模块包括WiFi控制器、以太网控制器和GPRS无线收发模块；所述传感器模块是温湿度传感器、红外探测器和接点无源温度传感器；本发明所述传感器采集模块将采集的数据通过所述智能计量模块的精确计量和所述数据去噪后滤波模块的平滑滤波后，经过所述电力宽带载波模块载波收发功率的调整，以及所述交流相位识别模块相位的调整，直接或者通过所述自组网控制模块多跳之后回传云端，进而自适应选择所述控制器模块的传输方式，用户通过手机APP管理配置模块，实时查询和监控设备运行情况。
2.根据权利要求1所述的基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台，其特征在于，所述电力宽带载波模块是2-30M的PLC载波宽带，根据负载电流、电压、温度、用电负荷、阻抗信息自适应调整载波收发功率。
3.根据权利要求1所述的基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台，其特征在于，所述交流相位识别模块是依据强电相位识别算法，并根据负载电流、电压、温度、用电负荷、阻抗信息上行数传定时校准算法快速收敛自适应调整相位的。
4.根据权利要求1所述的基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台，其特征在于，所述数据去噪后滤波模块是运用OFDM技术降低干扰，在下行信道综合运用时分、频分、码分策略最大限度降低设备自干扰和随机串扰；在上行信道支持载波侦听，随机时长保护隔离各设备的数传时隙，使用加密IC物理产生的高斯随机噪声源产生的随机数，此随机数经过竞争接入判决和冲突避让机制仲裁后，自适应变为保护时长分发给监控设备。
5.根据权利要求1所述的基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台，其特征在于，所述传感器采集模块为无源或者电磁感应供电，并且所述传感器采集模块的采集数据包含但不限于温度、电流、电压、无功功率、峰谷电量统计、防窃电监控、用电负荷监控和均衡。
6.根据权利要求1或5所述的基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台中，其特征在于，所述传感器采集模块可以通过用户的手机APP管理配置模块或者云端一键控制.
7.根据权利要求1所述的基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台，其特征在于，所述主控CPU单元设置有屏幕显示器，并且在所述传感器采集模块正常工作时处于休眠状态。
8.根据权利要求1所述的基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台，其特征在于，所述自组网控制模块支持直流或交流用电线连接的监控设备进行互联互通。
9.根据权利要求1或2所述的基于低压电力宽带载波的自组网能效管理网关平台，其特征在于，在没有手机信号和WiFi信号的情况下，通过所述电力宽带载波模块的支持和所述自组网控制模块的运行，也能通讯或者传递所述传感器采集模块的数据信息。
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Address after: 400700 no.117-480, Yunhan Avenue, Beibei District, Chongqing Patentee after: Aerospace Zhongdian (Chongqing) Microelectronics Co.,Ltd. Address before: 400700 no.117-480, Yunhan Avenue, Beibei District, Chongqing Patentee before: China Aerospace Technology (Chongqing) Co.,Ltd. |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Denomination of invention: Gateway platform for energy efficiency management in ad hoc networks based on low-voltage power broadband carrier Effective date of registration: 20230612 Granted publication date: 20190301 Pledgee: Chongqing Three Gorges bank Limited by Share Ltd. two rivers branch Pledgor: Aerospace Zhongdian (Chongqing) Microelectronics Co.,Ltd. Registration number: Y2023500000040 |