CN111325964A - 一种用于智能电能表的无线模块及编码自动配对方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于智能电能表的无线模块及编码自动配对方法，控制器读取所述无线通讯单元的身份识别码，加入识别位后转换为设定的二进制数；按照预设的速率，控制切换开关按照所述二进制数切换两个阻值不同的负载分别接入智能电能表的计量回路；电能表MCU通过功率的变化获得二进制数，进而获得所述无线通讯单元的身份识别码，并基于所述无线通讯单元的身份识别码设置所述智能电能表的无线模块完成匹配。本发明通过在无线模块中增加一大一小两个负载，按照二进制数切换两个负载，使得电能表检测到变化的功率，进而传递唯一的身份识别码。仅通过无线模块与智能电能表相连的电力线作为通信介质，实现表箱内的智能电能表和无线模块一对一配对。

Description

一种用于智能电能表的无线模块及编码自动配对方法
技术领域
本发明涉及智能电能表技术领域，尤其涉及一种用于智能电能表的无线模块及编码自动配对方法。
背景技术
目前智能电能表外部常会使用无线技术接入一些功能模块，如图1所示，智能电能表A外部接了一个无线模块A(可以是蓝牙断路器或者微功率无线断路器等)
继续结合图1，智能电能表和无线模块A通过蓝牙实现配对后，这样智能电能表即能通过蓝牙来实现对蓝牙断路器的通断控制。火线出和零线出穿过蓝牙断路器，这样智能电能表即能实现对断路器后端用电器用电情况的计量。
上述这种方法虽然原理清晰，但在实际使用中却会出现如下情况，如在图2的场景中：一个电表箱中常常有多只智能电能表分别一对一搭配多只蓝牙断路器，而断路器一般又没有屏幕显示。由于智能电能表与蓝牙断路器之间是靠蓝牙通信的，在实际的配对过程中极有可能A电表配对到了B断路器，这样会造成A电表实际计量的是A断路器后接的负载，但对断路器发出控制命令时却下发到了B断路器上。并且，更为严重的是，如果表箱中电表一旦存在了错误配对，那么这种错误配对至少是两只以上甚至更多，这样会造成极大的使用问题。
发明内容
针对目前的智能电能表与无线模块匹配过程中存在的风险，本发明提供一种用于智能电能表的无线模块及编码自动配对方法，不增加任何其它的设施的前提下，仅通过无线模块与智能电能表相连的电力线作为通信介质，实现表箱内的智能电能表和无线模块一对一配对。
为达到上述目的，本发明提供了一种用于智能电能表的无线模块，包括无线通讯单元、接入控制开关、模拟负载、切换开关以及控制器；
所述无线通讯单元用于与智能电能表内部的无线通讯模块连接并传输数据；
所述接入控制开关用于控制各种用电器是否通过所述智能电能表的无线模块接入所述智能电能表的计量回路；
所述模拟负载包括两个阻值不同的负载；
所述控制器获取所述无线通讯单元的身份识别码，加入识别位后转换为设定的二进制数；两个阻值不同的负载接入所述智能电能表的计量回路分别对应0和1，所述控制器按照预设的速率控制切换开关按照所述二进制数切换两个阻值不同的负载分别接入所述智能电能表的计量回路。
进一步的，所述智能电能表的计量回路将功率的变化发送给电能表主控芯片，所述电能表主控芯片通过功率的变化获得二进制数，进而获得所述无线通讯单元的身份识别码，并基于所述无线通讯单元的身份识别码设置所述智能电能表的无线通讯模块完成匹配。
进一步的，两个阻值不同的负载阻值满足所述智能电能表的计量回路能够区分二者引起的功率变化。
进一步的，两个阻值不同的负载较小负载接入所述智能电能表的计量回路时对应0，较大负载接入所述智能电能表的计量回路时对应1。
进一步的，所述接入控制开关在进行匹配时控制各种用电器不通过所述智能电能表的无线模块接入所述智能电能表的计量回路；所述切换开关在完成匹配后，控制所述模拟负载不接入所述智能电能表的计量回路。
本发明另一方面提供一种所述的用于智能电能表的无线模块编码自动配对方法，包括：
断开所述接入控制开关使得各种用电器无法通过所述智能电能表的无线模块接入所述智能电能表的计量回路；
所述控制器读取所述无线通讯单元的身份识别码，加入识别位后转换为设定的二进制数；按照预设的速率，控制切换开关按照所述二进制数切换两个阻值不同的负载分别接入所述智能电能表的计量回路；
所述智能电能表的计量回路将功率的变化发送给电能表主控芯片，所述电能表主控芯片通过功率的变化获得二进制数，进而获得所述无线通讯单元的身份识别码，并基于所述无线通讯单元的身份识别码设置所述智能电能表的无线通讯模块完成匹配。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明通过在无线模块中增加一大一小两个负载，按照二进制数切换两个负载，使得电能表检测到变化的功率，进而传递身份识别码。仅通过蓝牙断路器与智能电能表相连的电力线作为通信介质，实现表箱内的智能电能表和蓝牙断路器一对一配对。
附图说明
图1是现有电能表和无线模块的连接示意图；
图2电表箱中多个电表和多个无线模块的使用场景示意图；
图3为电能表中计量芯片计量原理示意图；
图4为本发明电能表和无线模块的通信原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
电能表内部计量芯片对用电器或负载进行测量时，如果用电器或负载产生周期性变化时，那么电能表中计量芯片计量的功率也会发生周期性变化。
结合图3，计量原理如下：对负载供电电流电压分别进行采样，进入乘法器相成，得到瞬时功率，经过低通滤波器去除高频噪声然后再经过防止潜动的阈值判断和平均值处理，即可输出平均有功功率。根据功率公式可知：p(t)＝v(t)＊i(t)，计量芯片的功率和负载变化是可以取得函数对应关系。而计量某一负载的功率就是对这一负载的电压、电流进行采样，采样后，将信号进行乘法运算，得到功率。因此，如果计量的是一个固定的负载，如果这个负载是周期性变化的，那么功率就是周期性变化的。
两个无线通信模块A和B进行配对通信时，如果A已知了B的唯一身份识别码，如MAC地址(Media Access Control Address，也称物理地址(Physical Address)，它是一个用来确认网络设备位置的位址，通常一个网络内，MAC地址是唯一的)、通信地址等信息，那么就可以保证A和B进行配对时是唯一配对。
本发明就是利用上述计量原理和配对原理进行设计的，具体地说，结合图4可以看到，电能表A要和无线模块A进行配对，本质就是电能表A中无线通信模块和无线模块A中的通信模块配对后，进行数据交互，图4中虚线即表示无线通信。
本发明一方面提供一种用于智能电能表的无线模块，包括无线通讯单元、接入控制开关、模拟负载、切换开关以及控制器；
所述无线通讯单元用于与智能电能表内部的无线通讯模块连接并传输数据；
所述接入控制开关用于控制各种用电器是否通过所述智能电能表的无线模块接入所述智能电能表的计量回路；
所述模拟负载包括两个阻值不同的负载；
所述控制器获取所述无线通讯单元的身份识别码，加入识别位后转换为设定的二进制数；两个阻值不同的负载接入所述智能电能表的计量回路分别对应0和1，所述控制器按照预设的速率控制切换开关按照所述二进制数切换两个阻值不同的负载分别接入所述智能电能表的计量回路。
所述智能电能表的计量回路将功率的变化发送给电能表MCU，所述电能表MCU通过功率的变化获得二进制数，进而获得所述无线通讯单元的身份识别码，并基于所述无线通讯单元的身份识别码设置所述智能电能表的无线通讯模块完成匹配。
智能电能表需要满足：MCU和计量芯片可以进行数据交互；智能电能表中MCU可以和智能电能表无线通信模块进行数据交互；智能电能表中计量芯片可以实现对其计量回路即火线出、零线出回路的所有用电器或负载进行计量。
两个阻值不同的负载阻值满足所述智能电能表的计量回路能够区分二者引起的功率变化，其差异标准为足够使电表中的计量芯片可以明确的判断出功率的大或小。这样当MCU可将功率的大和小，视作对应模拟电平的高或低，最终将模拟电平的高和低明确的转化为数字信号量的1和0。两个阻值不同的负载较小负载的阻值为100Ω～1kΩ；较大负载的阻值为10kΩ～100kΩ。
结合图4可以看出，在无线模块A中增加了能够被电能表计量采样的模拟负载，并且这个负载是一大一小2个固定值，且R大＞R小，这就意味着，当这两个模拟负载被接入到计量回路中后，产生的功率也将是P大＞P小；增加了一个切换开关，这个切换开关可以控制模拟负载是否被接入到电能表的计量回路中去，且切换开关收控制器MCU控制；控制器MCU可以和无线通信单元进行数据交互，可以取得无线模块的唯一身份识别码；无线模块A后端带有开关K，可选择后端的各种用电器是否通过无线模块A被接入到电能表的计量回路中去。开关K例如为断路器。所述无线通讯单元可能是具备各种MAC地址或特征地址码的无线模块、蓝牙模块等。
基于用于智能电能表的无线模块进行编码自动配对方法，包括如下步骤：
S1：断开所述接入控制开关使得各种用电器无法通过所述智能电能表的无线模块接入所述智能电能表的计量回路；
S2：所述控制器读取所述无线通讯单元的身份识别码，加入识别位后转换为设定的二进制数；按照预设的速率，控制切换开关按照所述二进制数切换两个阻值不同的负载分别接入所述智能电能表的计量回路；
控制器MCU根据预设程序读取无线通信单元的唯一识别地址，例如MAC地址123456。
控制器MCU根据预设程序将MAC地址123456整合成为程序预设好的数据格式，如“FEFE+MAC地址+FEFE”，此处的用意在于连续的FEFE可以作为数据识别标识位。这样可以保证如果数据连贯发送时，真实数据的顺序。如文中所述，控制器MCU整理好的数据格式为“FEFE123456FEFE”。
控制器MCU将整理好的数据格式转化为二进制数，如“FEFE123456FEFE”转化为“11111110111111100001001000110100010101101111111011111110”。
控制器MCU按照预设好的速率，控制切换开关，选择将模拟负载按照上述已翻译好的二进制数“1”对应R大，“0”对应R小，按照次序依次调制。
S3：所述智能电能表的计量回路将功率的变化发送给电能表MCU，所述电能表MCU通过功率的变化获得二进制数，进而获得所述无线通讯单元的身份识别码，并基于所述无线通讯单元的身份识别码设置所述智能电能表的无线模块完成匹配。
当计量芯片测量到无线模块A按次序依次调制的不同负载时，其测量到的功率也会对应的出现一个高低变化，这样即实现了对上述二进制数据的接收。
计量芯片将这样的功率变化通过数据交换，给电能表MCU，电能表MCU将功率高低，解调成为二进制数“11111110111111100001001000110100010101101111111011111110”，并将其重新转化回程序预设的“FEFE+MAC地址+FEFE”结构，剥离FEFE，即得到无线模块上通信模块的MAC地址123456。
电能表MCU将该MAC地址通过数据交换给电能表的无线通信模块，该通信模块获知该MAC地址后，即可对无线模块中的通信模块进行配对，这样的配对是唯一的。
本发明阐述的是计量芯片进行采集和MCU进行数据解调，但目前智能电能表中已有将计量芯片和MCU合并到一起的SOC芯片。因此，但凡涉及使用电表采集方式的，应考虑并归本发明。
本发明的调制和解调利用的是计量芯片的计量特性实现的，本发明着重阐述的是虚拟电阻产生的功率特性，部分计量芯片以脉冲的形式向智能电能表控制器发送信号，脉冲频率对应功率值。只要控制器能够通过计量回路获取功率值即可使用本发明的方法实现无线模块的配对，使用频率、脉冲常数等特性传递信号的智能电能表，考虑并归到本发明。
综上所述，本发明涉及一种用于智能电能表的无线模块及编码自动配对方法，控制器读取所述无线通讯单元的身份识别码，加入识别位后转换为设定的二进制数；按照预设的速率，控制切换开关按照所述二进制数切换两个阻值不同的负载分别接入智能电能表的计量回路；电能表MCU通过功率的变化获得二进制数，进而获得所述无线通讯单元的身份识别码，并基于所述无线通讯单元的身份识别码设置所述智能电能表的无线模块完成匹配。本发明通过在无线模块中增加一大一小两个负载，按照二进制数切换两个负载，使得电能表检测到变化的功率，进而传递MAC地址。仅通过无线模块与智能电能表相连的电力线作为通信介质，实现表箱内的智能电能表和无线模块一对一配对。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (6)

1.一种用于智能电能表的无线模块，其特征在于，包括无线通讯单元、接入控制开关、模拟负载、切换开关以及控制器；
所述无线通讯单元用于与智能电能表内部的无线通讯模块连接并传输数据；
所述接入控制开关用于控制各种用电器是否通过所述智能电能表的无线模块接入所述智能电能表的计量回路；
所述模拟负载包括两个阻值不同的负载；
所述控制器获取所述无线通讯单元的身份识别码，加入识别位后转换为设定的二进制数；两个阻值不同的负载接入所述智能电能表的计量回路分别对应0和1，所述控制器按照预设的速率控制切换开关按照所述二进制数切换两个阻值不同的负载分别接入所述智能电能表的计量回路。
2.根据权利要求1所述的用于智能电能表的无线模块，其特征在于，所述智能电能表的计量回路将功率的变化发送给电能表主控芯片，所述电能表主控芯片通过功率的变化获得二进制数，进而获得所述无线通讯单元的身份识别码，并基于所述无线通讯单元的身份识别码设置所述智能电能表的无线通讯模块完成匹配。
3.根据权利要求1或2所述的用于智能电能表的无线模块，其特征在于，两个阻值不同的负载阻值满足所述智能电能表的计量回路能够区分二者引起的功率变化。
4.根据权利要求1或2所述的用于智能电能表的无线模块，其特征在于，两个阻值不同的负载较小负载接入所述智能电能表的计量回路时对应0，较大负载接入所述智能电能表的计量回路时对应1。
5.根据权利要求1或2所述的用于智能电能表的无线模块，其特征在于，所述接入控制开关在进行匹配时控制各种用电器不通过所述智能电能表的无线模块接入所述智能电能表的计量回路；所述切换开关在完成匹配后，控制所述模拟负载不接入所述智能电能表的计量回路。
6.一种如权利要求1至5之一所述的用于智能电能表的无线模块编码自动配对方法，其特征在于，包括：
断开所述接入控制开关使得各种用电器无法通过所述智能电能表的无线模块接入所述智能电能表的计量回路；
所述控制器读取所述无线通讯单元的身份识别码，加入识别位后转换为设定的二进制数；按照预设的速率，控制切换开关按照所述二进制数切换两个阻值不同的负载分别接入所述智能电能表的计量回路；
所述智能电能表的计量回路将功率的变化发送给电能表主控芯片，所述电能表主控芯片通过功率的变化获得二进制数，进而获得所述无线通讯单元的身份识别码，并基于所述无线通讯单元的身份识别码设置所述智能电能表的无线通讯模块完成匹配。
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