CN110149003A - 基于uwb与plc融合的自定位智能家用能源信息插座 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于UWB与PLC融合的自定位智能家用能源信息插座，属于电力物联网技术领域，该自定位智能家用能源信息插座包括外壳，外壳内包括综合处理简化单元模块、电力线载波信息处理模块、超宽带脉冲无线电信息处理模块、多向天线单元、交流电源输入接口、交流电源输出接口、直流供电单元和数据信息接口，该自定位智能家用能源信息插座极大改善当前家庭智能用电系统在通信可靠性、网络可视性、系统实用性与技术经济性方面的短板，有效解决低压层面电力物联网推广应用难点问题，显著提升能源信息相关终端和数据的利用效率、传输效率、管理效率与可靠性。

Description

基于UWB与PLC融合的自定位智能家用能源信息插座
技术领域
本发明涉及电力物联网技术领域，尤其是涉及一种基于UWB与PLC融合的自定位智能家用能源信息插座。
背景技术
目前，电力物联网正在全面快速发展，直接面向低压用户的智能用电领域一直是近年来智能电网建设的热点和难点，现有技术中家庭智能用电系统与传统用电网络相比，利用了窄带低压电力线载波（N-PLC）技术，宽带低压电力线载波（B-PLC）或低压光纤复合电缆（OPLC）技术，但受思路、技术与标准方面的局限，现有技术存在一系列的不足之处：智能化程度低，系统成本居高造成实用性差；通信方式单一、传输速率受限，通信可靠性差；不具备定位能力、无法识别拓扑；造成低压层面电力物联网推广难度增加，家庭智能用电系统在通信可靠性、网络可视性、系统实用性与技术经济性方面存在严重的缺陷。
公开号为CN 104122819 A的文献公开了一种基于用户习惯的家庭智能用电方法，其特点是，包括的步骤有 ：采集用户电器开启信息并获取用户各电器的开启习惯、采集各电器的运行信息和电力部门的分时电价信息供内部运算使用、要求用户主动输入当天预备使用的电器、用户输入用电方案级别、计算电费参数、计算舒适度参数、构建目标函数、利用粒子群算法进行用电方案的寻优和根据内部运算对各电器进行控制，最终实现家庭的智能用电。同时公开了ARM9 处理器为核心分别与电能计量模块、操作显示模块、外部通信模块和电器控制模块连接组成的智能用电系统。但该文献的通信方式单一、传输速率受限，通信可靠性差；不具备定位能力、无法识别拓扑。
公告号为CN 203414798U的文献包括至少一个智能插座、能源控制装置以及服务终端，所述智能插座分别与所述能源控制装置连接，所述能源控制装置与服务终端进行有线或无线通信；所述智能插座采集各用电设备的电量信息，并发送至所述能源控制装置；所述能源控制装置将所述电量信息上传至所述服务终端，以及接收所述服务终端发送的电源开关指令并转发至所述智能插座。但该文献的新型家庭智能用电系统通信可靠性网络可视性方面比较差，有待进一步提高，智能插座结构简单，功能单一，不能满足智能化要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于UWB与PLC融合的自定位智能家用能源信息插座，解决了现有技术中家庭智能用电系统在通信可靠性、网络可视性、系统实用性与技术经济性方面的缺陷。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于UWB与PLC融合的自定位智能家用能源信息插座，包括外壳，所述外壳内包括综合处理简化单元模块、电力线载波信息处理模块、超宽带脉冲无线电信息处理模块、多向天线单元、交流电源输入接口、交流电源输出接口、直流供电单元和数据信息接口；
所述综合处理简化单元模块分别与所述电力线载波信息处理模块、所述超宽带脉冲无线电信息处理模块、所述数据信息接口连接，所述超宽带脉冲无线电信息处理模块和所述多向天线单元连接，所述交流电源输入接口通过连接线分别与所述电力线载波信息处理模块的输入端、所述直流供电单元的输入端、所述交流电源输出接口连接并分别提供交流电能，所述电力线载波信息处理模块的输出端通过所述连接线与所述交流电源输出接口连接，所述直流供电单元的输出端分别与所述综合处理简化单元模块的输入端、所述超宽带脉冲无线电信息处理模块的输入端连接提供直流电能。
进一步的，所述自定位智能家用能源信息插座分别通过电力线或网线与各类智能家电、分布式电源、储能装置连接。
进一步的，所述自定位智能家用能源信息插座还通过电力线或网线与邻近的自定位智能家用能源信息网关装置和其他的自定位智能家用能源信息插座配合连接，通过所述电力线载波信息处理模块和所述超宽带脉冲无线电信息处理模块进行通信。
进一步的，自定位智能家用能源信息网关装置自动构建带有定位信息的网络拓扑。
进一步的，所述交流电源输入接口与上级家庭能源网关连接，所述交流电源输出接口与低压输出设备连接。
进一步的，所述多向天线单元的接收和发射采用多径传播。
进一步的，所述综合处理简化单元模块是基于嵌入式SoC单片机的片上系统。
本发明的有益效果是：
1、本发明一种基于UWB与PLC融合的自定位智能家用能源信息插座，将各类智能家电、分布式电源、储能装置通过电力线与网线与自定位智能家用能源信息插座连接。各类发、用、储能终端设备工作信息或各类智能终端业务信息通过自定位智能家用能源信息插座进行传递，利用电力线载波（PLC）与超宽带脉冲无线电（UWB）融合与嵌入式技术，实现家用能源信息服务网络的可靠通信、拓扑动态重构与终端精确定位，实现了家庭智能用电系统在通信可靠性、网络可视性、系统的实用性。
2、本发明的嵌入式智能家用能源信息综合处理简化单元模块作为自定位智能家用能源信息插座的核心，分别连接PLC处理模块与UWB处理模块，通过与各单元之间的数据交互，结合自身计算、存储、时钟、分析、控制功能，实现基于UWB与PLC的融合通信与精确定位。交流电源经直流转换后为各单元提供直流工作电源，外壳根据需要采用工业或民用标准设计，将各部分有机整合并提供物理保护，对相关的业务数据、定位数据、管理数据进行收集和传递。
3、本发明在家庭用能领域的广泛应用，将极大改善当前家庭智能用电系统在通信可靠性、网络可视性、系统实用性与技术经济性方面的短板，有效解决低压层面电力物联网推广应用难点问题，显著提升能源信息相关终端和数据的利用效率、传输效率、管理效率与可靠性，有力推动各类用电终端设备与信息终端设备的融合进程，支撑和促进泛在电力物联网在广大低压用户层面的加快形成。
附图说明
图1为本发明的自定位智能家用能源信息插座的内部连接示意图；
图2为本发明构建的家用能源信息服务网络系统组成示意图；
图3为本发明的自定位智能家用能源信息插座的典型应用环境示意图；
图4为本发明实施例的自动拓扑定位功能效果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，一种基于UWB与PLC融合的自定位智能家用能源信息插座，包括外壳，所述外壳内包括综合处理简化单元模块、电力线载波信息处理模块、超宽带脉冲无线电信息处理模块、多向天线单元、交流电源输入接口、交流电源输出接口、直流供电单元和数据信息接口。
其中：所述外壳根据需要采用工业或民用标准设计，将各部分有机整合并提供物理保护。
所述综合处理简化单元模块是一种基于嵌入式SoC单片机的片上系统，采用16/32位单片机和和外部电路,外部电路包括时钟信号处理、外存储器、外部模块组、数据I/O接口与前置处理、直流供电回路和保护接地回路。所述综合处理简化单元模块具备相对强大的计算能力、丰富的资源以及良好的可扩展性，为家庭能源信息相关海量数据的综合利用提供良好条件，同时由于系统的高度集成，其成本可以得到有效控制。
所述多向天线单元内部包括发射器和接收器，接收和发射信号均采用多径传播，沿两个或多个路径进行信号的传播。
超宽带脉冲无线电（UWB）信息处理模块是一种无载波的无线通信技术，主要面向短距离无线应用，具备以下主要特点：一是传输速率高，通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s乃至数Gbit/s的数据传输速率；二是功耗极低，耗电量为现有无线技术的1/100以下；三是定位能力强，支持TOF、TDOA、AOA多种定位算法，定位精度可达厘米级。四是成本低廉，较现有无线技术成本更低。
所述电力线载波（PLC）信息处理模块是基于现有技术中的电力线载波技术。交流电源经直流供电单元转换后为各单元提供直流工作电源。
各模块的连接方式如下：
所述综合处理简化单元模块分别与所述电力线载波（PLC）信息处理模块、所述超宽带脉冲无线电（UWB）信息处理模块、所述数据信息接口连接，所述超宽带脉冲无线电信息处理模块和所述多向天线单元连接，所述交流电源输入接口通过连接线分别与所述电力线载波信息处理模块的输入端、所述直流供电单元的输入端、所述交流电源输出接口连接并分别提供交流电能，所述电力线载波信息处理模块的输出端通过所述连接线与所述交流电源输出接口连接，所述直流供电单元的输出端分别与所述综合处理简化单元模块的输入端、所述超宽带脉冲无线电信息处理模块的输入端连接提供直流电能。其中：所述交流电源输入接口与上级家庭能源网关连接，所述交流电源输出接口与低压输出设备连接。业务信息正常情况下主要采用电力线载波PLC方式通过低压电力线传输，利用频率复合和波形畸变与交流电信号复合传送。通过预置策略采用广播模式或通过二层物理地址寻址转发，通过地址绑定和鉴权认证确保安全控制。
如图2所示，所述自定位智能家用能源信息插座分别通过电力线或网线与各类智能家电、分布式电源、储能装置连接。各类发、用、储能终端设备工作信息或各类智能终端业务信息通过自定位智能家用能源信息插座进行传递。
如图3所示，本发明的典型应用环境：所述自定位智能家用能源信息插座还通过电力线或网线与邻近的自定位智能家用能源信息网关装置和其他的自定位智能家用能源信息插座配合连接，通过所述电力线载波信息处理模块和所述超宽带脉冲无线电信息处理模块进行通信。通过低压电力线载波（PLC）和超宽带无线（UWB）两种通信方式，基于UWB技术的定位能力与PLC技术的天然拓扑属性，同时支撑终端设备的精确定位与网络拓扑的自动发现和动态重构，对相关的业务数据、定位数据、管理数据进行收集和传递。
如图4所示，FEIG就是智能网关，FEIP是智能插座，能自动生成网络的拓扑和各设备的相对空间位置，散布各处的自定位智能家用能源信息插座通过家庭内敷电力线与自定位智能家用能源信息网关装置连接经过初始化和关联信息读取后，自定位智能家用能源信息网关装置自动构建带有定位信息的网络拓扑，并对各类数据信息进行分类收集和双向传递。实现家用能源信息服务网络的可靠通信、拓扑动态重构与终端精确定位。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于UWB与PLC融合的自定位智能家用能源信息插座，其特征在于：包括外壳，所述外壳内包括综合处理简化单元模块、电力线载波信息处理模块、超宽带脉冲无线电信息处理模块、多向天线单元、交流电源输入接口、交流电源输出接口、直流供电单元和数据信息接口；
所述综合处理简化单元模块分别与所述电力线载波信息处理模块、所述超宽带脉冲无线电信息处理模块、所述数据信息接口连接，所述超宽带脉冲无线电信息处理模块和所述多向天线单元连接，所述交流电源输入接口通过连接线分别与所述电力线载波信息处理模块的输入端、所述直流供电单元的输入端、所述交流电源输出接口连接并分别提供交流电能，所述电力线载波信息处理模块的输出端通过所述连接线与所述交流电源输出接口连接，所述直流供电单元的输出端分别与所述综合处理简化单元模块的输入端、所述超宽带脉冲无线电信息处理模块的输入端连接提供直流电能。
2.根据权利要求1所述的一种基于UWB与PLC融合的自定位智能家用能源信息插座，其特征在于：所述自定位智能家用能源信息插座分别通过电力线或网线与各类智能家电、分布式电源、储能装置连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于UWB与PLC融合的自定位智能家用能源信息插座，其特征在于：所述自定位智能家用能源信息插座还通过电力线或网线与邻近的自定位智能家用能源信息网关装置和其他的自定位智能家用能源信息插座配合连接，通过所述电力线载波信息处理模块和所述超宽带脉冲无线电信息处理模块进行通信。
4.根据权利要求3所述的一种基于UWB与PLC融合的自定位智能家用能源信息插座，其特征在于：自定位智能家用能源信息网关装置自动构建带有定位信息的网络拓扑。
5.根据权利要求1所述的一种基于UWB与PLC融合的自定位智能家用能源信息插座，其特征在于：所述交流电源输入接口与上级家庭能源网关连接，所述交流电源输出接口与低压输出设备连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于UWB与PLC融合的自定位智能家用能源信息插座，其特征在于：所述多向天线单元的接收和发射采用多径传播。
7.根据权利要求1所述的一种基于UWB与PLC融合的自定位智能家用能源信息插座，其特征在于：所述综合处理简化单元模块是基于嵌入式SoC单片机的片上系统。
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