CN106297250A - 一种远距离家庭数据采集系统和能耗采集系统 - Google Patents

一种远距离家庭数据采集系统和能耗采集系统 Download PDF

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章昭
徐鹤还
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Abstract

本发明主要涉及家庭设备的信息传递，尤其是主张一种能够实现对家庭设备数据的长距离有效采集的能耗采集装置，即一种远距离家庭数据采集系统和能耗采集系统。可通过大范围的无线电(例如射频)频谱传输较小容量的数据，例如控制指令或能耗信息。从而在有效抑制电磁干扰(EMI)的前提下增强长距离传输的可靠性。

Description

一种远距离家庭数据采集系统和能耗采集系统
技术领域
本发明主要涉及家庭设备的信息传递，尤其是主张一种能够实现对家庭设备数据的长距离有效采集的能耗采集装置，即一种远距离家庭数据采集系统和能耗采集系统。
背景技术
目前，家庭智能设备之间的交互方式日渐复杂，这其中使用最为广泛的是Wi-Fi技术，作为家庭或办公区域内的互联网交互的短距离通讯手段。随着交互信息的逐渐丰富，带来的主要问题是传输交互信息的功耗不断增大，例如为了满足多媒体数据传输的效率，相应使用高频信号承载传输，这会带来更高的电磁辐射。
另外，公用能源采集问题已日趋突出，设备制造商针对这些问题提供了不同的解决方案，公用能源采集包涵了对例如居民用电、用水或用燃气以及其它安全数据等的收集，而且这些测量正在被逐渐整合管理，这样能够提供给公用能源用户更为清晰和便利的数据和费率信息。
例如，公用能源管理机构为了远程收集这些能耗数据发展和推广自动集中抄表(AMR)系统，一般地，所搭建的AMR系统采用电力线载波(PLC)方式，而采用无线方式的能耗采集装置普遍采用适用于基站通讯协议的内置芯片(例如SIM卡片)来实现GPRS方式的载波通讯，由于长距离通讯效率的缺陷使得能耗数据采集效率有限且失误率较大，因此为了解决这些及附带缺陷，通常在长距离通讯的总线上采用采集器来分区域汇总这些能耗数据，但这种传统的方式正被其它现场总线设备所代替。
发明内容
本发明目的在于解决上述缺陷，提供适于满足长距离数据采集的一种远距离家庭数据采集系统。
一种远距离家庭数据采集系统，包括与外部网关设备进行无线通讯的电子设备，该电子设备中设置有包含若干个通讯信道以及与所述通讯信道耦接的通讯电路，所述通讯电路主要包括：
控制器；
信道选择器，用于根据该控制器的信道选择指令选择一个通讯信道承载数据；
耦接该信道选择器的调制解调器，该调制解调器用于在选定的一个通讯信道下按照与该通
讯信道对应的通讯协议调制和承载所述数据，并基于选定的该通讯信道解调来自上述电子
设备的数据请求；和
耦接该调制解调器的扩频器，用于根据信道选择指令对选定的一个通讯信道下发送的无线
信号进行扩频处理。
优选的，所述电子设备为总线主机、公用表或家庭电器设备。
优选的，该总线主机是使用M-BUS总线方式，在该总线上挂载多个能耗采集装置，该总线主机可从该M-BUS总线上获取来自能耗采集装置的能耗数据。
优选的，该总线主机包括用于采集和测量来自该能耗采集装置的能耗数据的测量电路，该测量电路耦接至上述控制器以传递能耗数据。
更优选的，该能耗采集装置内布置有上述扩频器，以实现能耗数据的长距离传输或者直接传递给所述外部网关设备。
优选的，该总线主机通过电力线方式传递数据给家庭电器设备。
优选的，所述家庭电器设备为墙面式插座、开关或调节器。
优选的，所述家庭电器设备通过扩频信道接收远端用户的便携式设备的控制指令。
优选的，该电子设备还包括用于对上述能耗数据的采集进行时钟设定的定时器，该定时器耦接至上述控制器，其中所述控制器用于识别上述通讯信道的工作频段，并设置该定时器控制所述扩频器的通断。
另外本发明还提供了一种能耗采集系统。
一种能耗采集系统，包括与远端网关设备通讯的集中器设备和与该集中器设备无线通讯的公用表，所述公用表包括与集中器设备进行无线通讯的若干个通讯信道以及与所述通讯信道耦接的通讯电路，其中所述通讯电路包括：
信道选择器，用于根据该能耗采集装置内设置的控制器的信道选择指令选择一个通讯信道承载能耗数据；
耦接该信道选择器的调制解调器，用于在选定的一个通讯信道下按照与该通讯信道对应的通讯协议调制和承载所述能耗数据，并基于选定的该通讯信道解调来自上述集中器设备的数据请求；以及
耦接该调制解调器的扩频器，用于根据所述控制器的信道选择指令对选定的一个通讯信道下发送的无线信号进行扩频处理。
优选的，所述集中器设备包括：调理电路，用于同步接收来自上述多个公用表的通讯信道承载的能耗数据；耦接该调理电路的数据处理器，用于对这些能耗数据进行计算以发送至主站。
优选的，该公用表还包括用于采集和测量上述能耗数据的测量电路，该测量电路耦接至上述控制器以传递能耗数据。
优选的，该公用表还包括用于对上述能耗数据的采集进行时钟设定的定时器，该定时器耦接至上述控制器。
在本发明总的方面来说，可通过大范围的无线电(例如射频)频谱传输较小容量的数据，例如控制指令或能耗信息。在某些实现中，所属系统可布置扩频器，通过调节扩频参数可将数据从频谱中抽取出，特别是在户外环境下，6dB的信噪比可相当于延伸两倍的传输距离。例如，高斯频移键控(GFSK)方式的无线接收端的灵敏度可达到-100dBm，在此情形下，发射端的发射频率必须为46dBm或36W才能达到与使用扩频器调节的发射频率相匹配，如此，使用扩频器的效果更加显著，以更低的发射功率获得更广的传输距离范围。另外，在一些实现中，对扩频器的通断控制可使用控制器和时钟单元来操控，以实现在不同的信道需求下的信道转换。
本发明的效果是显而易见的，通过使用扩频器的扩频因数可将小容量能耗数据通过大范围的射频信号加以传输，从而在有效抑制电磁干扰(EMI)的前提下增强长距离传输的可靠性。
附图说明
图1本发明实施例1组成示意图。
图2本发明实施例2组成示意图。
图3本发明通讯电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
在本发明总的方面来说，可通过大范围的无线电(例如射频)频谱传输较小容量的数据，例如控制指令或能耗信息。在某些实现中，所属系统可布置扩频器，通过调节扩频参数可将数据从频谱中抽取出，特别是在户外环境下，6dB的信噪比可相当于延伸两倍的传输距离。例如，高斯频移键控(GFSK)方式的无线接收端的灵敏度可达到-100dBm，在此情形下，发射端的发射频率必须为46dBm或36W才能达到与使用扩频器调节的发射频率相匹配，如此，使用扩频器的效果更加显著，以更低的发射功率获得更广的传输距离范围。另外，在一些实现中，对扩频器的通断控制可使用控制器和时钟单元来操控，以实现在不同的信道需求下的信道转换。
参照图1和3，本发明能耗采集装置的例子可包括与外部网关设备400进行无线通讯的电子设备，该电子设备的例子可以是计算机，蜂窝电话或其它具有数据处理功能的设备。其中该电子设备200可包含若干个通讯信道以及与所述通讯信道耦接的通讯电路。
在图3示出的一个例子里，通讯电路可主要包括：
(1)信道选择器201，用于根据该采集装置内设置的控制器204的信道选择指令选择一个通讯信道承载数据。在该采集装置中可包含多种通讯电路或总成，其中不同的通讯电路可使用不同的工作频段；
(2)耦接该信道选择器201的调制解调器202，用于在选定的一个通讯信道下按照与该通讯信道对应的通讯协议调制和承载所述数据，并基于选定的该通讯信道解调来自上述电子设备的数据请求；以及
(3)耦接该调制解调器202的扩频器203，用于根据所述204的信道选择指令对选定的一个通讯信道下发送的无线信号进行扩频处理。在一些实现中，与扩频器所调节频段接近的其它通讯信道可能对该扩频器产生扰动，又例如，同时使用Wi-Fi调节频段和扩频频段可能对该扩频频段产生影响。需要说明的是，上述工作频段是特指某一通讯信道的工作频段，也可以是多个通讯信道的集合对应的工作频段。因此，上述扩频器还被配置为：获取除所选择的扩频信道以外的其它通讯信道的工作频段；以及确定所连接的通讯信道的工作频段对该扩频器所调节的扩频信道的干扰度。另外，控制器可被相应配置为：响应所确定的干扰度，对上述扩频器设定最小干扰度的扩频信道的工作频段。
实施例1：
在本发明的一个实施例中，对公用能源信息(例如，水，电等)的能耗采集装置的例子可包括与外部网关设备400进行无线通讯的电子设备200，例如总线主机，该总线主机200的例子可以是选用数据集中器，其中该总线主机可包含若干个通讯信道以及与所述通讯信道耦接的通讯电路。例如，总线主机可使用M-BUS总线方式，在该总线上挂载多个能耗采集装置，例如所述能耗采集装置是电表M1、水表M2或热量表M3中至少一种。一般技术中，总线主机可从该M-BUS总线上传递数据。M-BUS总线方式的传输负载数量可受到总线所能承载的额定电流限制，在此情况下，可通过对总线主机的改进来实现总线方式的长距离通讯。
在一个实施例中，该采集装置还包括用于采集和测量上述能耗数据的测量电路205，该测量电路耦接至上述控制器204以传递能耗数据。对于电表M1来说，可采用测量家庭户内负载电功率的方式进行需时测量，电表M1也可通过布置上述扩频器202来实现能耗数据的长距离传输或者直接传递给外部网关设备400，另外，电表M1也可中继来自水表M2和热量表M3的能耗数据。按照前述实施例来说，可选择与M-BUS总线协议对应的通讯信道来中继这些表的能耗设备，而同样选择射频信道发送给外部网关设备400。
在一个例子里，该能耗采集装置还包括用于对上述能耗数据的采集进行时钟设定的定时器206，该定时器耦接至上述控制器204。例如，所述控制器204可被配置为识别上述通讯信道的工作频段，并设置定时器206来控制所述扩频器202的通断。在一些实现中，控制器204可判断在发送能耗数据时的工作频段或至少工作频段范围，并且可在例如夜晚时数据交互量显著减低的情况下，断开扩频器202的电力控制通路而选择其它工作频段的通讯信道来执行数据交互。如此，所述定时器用于设定该能耗采集装置的若干个通讯信道通断的时钟。
另外作为一个例子，总线主机可通过电力线方式传递数据给家庭电器设备100，例如可视化面板装置，家庭电器设备100又通过安装扩频器202来向远端的用户便携式设备300传递能耗信息。
实施例2：
另外，能耗采集系统可包括与远端网关设备通讯的集中器设备和与该集中器设备无线通讯的公用表，所述公用表包括与集中器设备进行无线通讯的若干个通讯信道以及与所述通讯信道耦接的通讯电路，其中所述通讯电路包括：信道选择器，用于根据该能耗采集装置内设置的控制器的信道选择指令选择一个通讯信道承载能耗数据；耦接该信道选择器的调制解调器，用于在选定的一个通讯信道下按照与该通讯信道对应的通讯协议调制和承载所述能耗数据，并基于选定的该通讯信道解调来自上述集中器设备的数据请求；以及耦接该调制解调器的扩频器，用于根据所述控制器的信道选择指令对选定的一个通讯信道下发送的无线信号进行扩频处理。
进一步来说，所述集中器设备包括：调理电路，用于同步接收来自上述多个公用表的通讯信道承载的能耗数据；耦接该调理电路的数据处理器，用于对这些能耗数据进行计算以发送至主站。
另外，该公用表还包括用于采集和测量上述能耗数据的测量电路，该测量电路耦接至上述控制器以传递能耗数据。该公用表还包括用于对上述能耗数据的采集进行时钟设定的定时器，该定时器耦接至上述控制器。
实施例3：
又参照图1-3，除了以上公用能源数据的采集以外，家庭电器设备100(墙面式插座、开关或调节器，多种功能复用的墙面式插座可通过扩频信道接收用户的便携式设备300的控制指令)也可采用前述实施方式加以改进。在一个例子里，家庭电器设备100之间可采用具有扩频器202的中转设备来向外部网关设备400发送数据，这样的效果是，用户可基于扩频信道来例如控制家庭电器设备，以显著减少家庭电器设备的本地网关或协议转换设备。
在一个实施例中，用于布置上述扩频器202的设备可以是墙面式插座、开关或调节器，多种功能复用的墙面式插座可通过扩频信道接收用户的便携式设备300的控制或询问指令，控制指令可直接作用于该墙面式插座，诸如断电控制，功率控制。另外，控制指令可间接作用于家庭电器设备100，与家庭电器设备100直接的通讯连接可不通过设置网关或无线访问节点(AP)，也可通过无源信号(诸如光，热等)调节家庭电器设备100。

Claims (13)

1.一种远距离家庭数据采集系统，包括与外部网关设备进行无线通讯的电子设备，该电子设备中设置有包含若干个通讯信道以及与所述通讯信道耦接的通讯电路，其特征在于：所述通讯电路主要包括：
控制器；
信道选择器，用于根据该控制器的信道选择指令选择一个通讯信道承载数据；
耦接该信道选择器的调制解调器，该调制解调器用于在选定的一个通讯信道下按照与该通讯信道对应的通讯协议调制和承载所述数据，并基于选定的该通讯信道解调来自上述电子设备的数据请求；和
耦接该调制解调器的扩频器，用于根据信道选择指令对选定的一个通讯信道下发送的无线信号进行扩频处理。
2.根据权利要求1所述的远距离家庭数据采集系统，其特征在于：所述电子设备为总线主机、公用表或家庭电器设备。
3.根据权利要求2所述的远距离家庭数据采集系统，其特征在于：该总线主机是使用M-BUS总线方式，在该总线上挂载多个能耗采集装置，该总线主机可从该M-BUS总线上获取来自能耗采集装置的能耗数据。
4.根据权利要求2所述的远距离家庭数据采集系统，其特征在于：该总线主机包括用于采集和测量来自该能耗采集装置的能耗数据的测量电路，该测量电路耦接至上述控制器以传递能耗数据。
5.根据权利要求2或3或4所述的远距离家庭数据采集系统，其特征在于：该能耗采集装置内布置有上述扩频器，以实现能耗数据的长距离传输或者直接传递给所述外部网关设备。
6.根据权利要求2所述的远距离家庭数据采集系统，其特征在于：该总线主机通过电力线方式传递数据给家庭电器设备。
7.根据权利要求2或3或4或6所述的远距离家庭数据采集系统，其特征在于：所述家庭电器设备为墙面式插座、开关或调节器。
8.根据权利要求2或3或4所述的远距离家庭数据采集系统，其特征在于：所述家庭电器设备通过扩频信道接收远端用户的便携式设备的控制指令。
9.根据权利要求2所述的远距离家庭数据采集系统，其特征在于：该电子设备还包括用于对上述能耗数据的采集进行时钟设定的定时器，该定时器耦接至上述控制器，其中所述控制器用于识别上述通讯信道的工作频段，并设置该定时器控制所述扩频器的通断。
10.一种能耗采集系统，其特征在于包括与远端网关设备通讯的集中器设备和与该集中器设备无线通讯的公用表，所述公用表包括与集中器设备进行无线通讯的若干个通讯信道以及与所述通讯信道耦接的通讯电路，其中所述通讯电路包括：
信道选择器，用于根据该能耗采集装置内设置的控制器的信道选择指令选择一个通讯信道承载能耗数据；
耦接该信道选择器的调制解调器，用于在选定的一个通讯信道下按照与该通讯信道对应的通讯协议调制和承载所述能耗数据，并基于选定的该通讯信道解调来自上述集中器设备的数据请求；以及
耦接该调制解调器的扩频器，用于根据所述控制器的信道选择指令对选定的一个通讯信道下发送的无线信号进行扩频处理。
11.根据权利要求10所述的能耗采集系统，其特征在于：所述集中器设备包括：调理电路，用于同步接收来自上述多个公用表的通讯信道承载的能耗数据；耦接该调理电路的数据处理器，用于对这些能耗数据进行计算以发送至主站。
12.根据权利要求10所述的能耗采集系统，其特征在于：该公用表还包括用于采集和测量上述能耗数据的测量电路，该测量电路耦接至上述控制器以传递能耗数据。
13.根据权利要求12所述的能耗采集系统，其特征在于：该公用表还包括用于对上述能耗数据的采集进行时钟设定的定时器，该定时器耦接至上述控制器。
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