CN112989126B - 一种基于电力插线头的物联网标签技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电力插线头的物联网标签技术。其包括插线头插接模块、带电源线的物联网插线头和集中器；其中插线头插接模块由印刷电路板和插头簧片组成；带电源线的物联网插线头由印刷电路板和插线头组成；印刷电路板包括电力载波通讯模块、电流采集模块、微控制芯片和稳压模块。所述印刷电路板用于实现设备的电流测量和信息传输；所述插头簧片用于在插线头插接模块中给印刷电路板供电；所述稳压模块用于在印刷电路板中输入220V电源电压后，将交流电变为低压直流电，给整块电路板供电；所述微控制芯片利用电流采集模块采集设备电流，从FLASH区中读取标签编码后，使用电力载波通讯模块向集中器发送设备数据；所述集中器经过用户配置后，用于形成设备与物联网标签码在后台一对一的数据库映射关系。

Description

一种基于电力插线头的物联网标签技术

技术领域

本发明涉及一种标签技术，特别是一种涉及基于电力插线头的物联网标签技术及其实现。可用于机房的哑资产管理、电气设备的全生命周期管理和物联网应用等。

背景技术

目前物联网是一个快速发展的概念，它能够将日常生活中不断增长的大量物理实物通过网络联系在一起，以便对这些物体进行更好的管理和使用。一方面，它利用当今最新传感技术把人与物，物与物整合成一个网络，实现智能化与自动化管理，大大节约成本，为企业提高经济效益；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力，为世界经济带来新的增长点和原动力。现在，物联网已经逐渐开始在越来越多的领域内发挥重要的作用。但是目前还面临很多问题，其中如何对物体进行识别，即标签问题，受到了广泛关注。

现有标签识别问题的解决方案通常基于无线传感网技术，它是一种集成了传感器技术、微机电系统技术、无线通信技术和分布式信息处理技术的新型网络技术。其通过节点间的协作对监控区域的环境或检测对象信息进行实时感知、采集和处理，并将处理后的信息传送到网络终端用户。在此基础上，发展出了一种非接触式的自动识别的电子标签技术，它实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的，其工作原理是：当电子标签进入磁场后，如果接收到读写器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量，发送出存储在芯片中的信息，读写器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

虽然利用以上多种技术实现了对标签信息的获取和解析，但是目前仍然存在以下不足：

1、RF无线方案在电磁干扰环境下，识别率很难保证；

2、无源RFID标签便宜，但是阅读器较贵，受天线功率和范围限制，容量低；

3、有源RFID标签成本高，同时电池有寿命；

不仅如此，有的工业现场电磁干扰严重，没有办法部署无线方案，设备由于防水和安装的需要，完全用电磁屏蔽机柜屏蔽起来。电磁屏蔽机柜里的各类电器设备成了常规物联网的信息孤岛，因此需要一种突破现有通信技术并对现有存量设备改动最小的方案。

综上所述，还没有一个较好的方案实现对电气设备标签的信息读取和写入。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种低成本、易安装、基于电力插线头的物联网标签技术。

本发明解决上述问题所采用的基于电力线插头的物联网标签技术，包括插线头插接模块、带电源线的物联网插线头和集中器；其中插线头插接模块由印刷电路板和插头簧片组成；带电源线的物联网插线头由印刷电路板和插线头组成；印刷电路板包括电力载波通讯模块、电流采集模块、微控制芯片和稳压模块。所述印刷电路板用于实现设备的电流测量和信息传输；所述插头簧片用于在插线头插接模块中给印刷电路板供电；所述稳压模块用于在印刷电路板中输入220V电源电压后，将交流电变为低压直流电，给整块电路板供电；所述微控制芯片利用电流采集模块采集设备电流，从FLASH区中读取标签编码后，使用电力载波通讯模块向集中器发送设备数据；所述集中器经过用户配置后，用于形成设备与物联网标签码在后台一对一的数据库映射关系。

进一步的是，所述插线头插接模块可以直接插接在原有的电力插线头上，既不影响原有插线头的取电能力，同时能够传输设备数据；

进一步的是，所述带电源线的物联网插线头可以直接连接到设备上，给设备供电；

进一步的是，所述电流采集模块采用改进的体积较小的罗氏线圈测量设备电流；

进一步的是，所述稳压模块可以将市电转换为能够被电力载波通讯模块，微控制芯片使用的电压；

进一步的是，所述微控制芯片与集中器进行通讯时，采用符合物联网海量连接场景的物联网标签编码协议，其数据区可由企业自定义或通过行业标准确定；

进一步的是，所述微控制芯片用来收集电流采集模块的数据，控制电力载波通讯模块与集中器通讯。

进一步的是，所述电力载波通信模块可以基于现有电力线，穿透电磁屏蔽机柜，通过载波方式将数字信号发送到集中器。

进一步的是，所述集中器可以基于现有电力线，接收电力载波通讯模块的数据，通过无线连接到云端数据库。

本发明为了解决上述问题所采用的基于电力插线头的物联网标签技术，包括以下步骤：

A.对于没有独立电源线的设备，插线头插接模块在不对原有插线头进行拆解的条件下，仅仅增加插件，从插头簧片上取电；对于有独立电源线的设备，则使用带电源线的物联网插线头直接取电，印刷电路板中的稳压模块将交流电变为低压直流电后，为其他元器件供电；

B.印刷电路板板载的微控制芯片负责读取电流采集模块测量的电流，并负责读取固化在 FLASH区中的物联网标签码，该标签码的数据区可由企业自定义或通过行业标准确定；

C.微控制芯片将步骤B中的物联网标签码和电流按照规定协议，使用电力载波技术，以一定周期发送到集中器，集中器可以将采集到的数据发送到云端数据库；通过与用户配置，云端数据库可以实现物联网标签码和设备的唯一映射，最终实现一种基于电力插头的物联网标签；以实现最终构建的用电设备网络，实现资产管理和设备的全生命周期管理。

本发明的有益效果是改造成本低、没有低功耗问题、对于用户的影响最小，具体为：(1) 采用插头簧片的方式给印刷电路板供电，成本低、易改造；(2)通过电力载波提供天然的长供电，解决了传统技术电池寿命较短的缺点；(3)设计符合插头模具的印刷电路板，不用大规模改造电气设备，对用户影响最小。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的结构框图；

图2为本发明涉及的印刷电路板部分框图；

图3为本发明涉及的程序流程图；

图4为本发明一个实施例的数据包结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明仅用于帮助理解本发明，并不构成对本发明的限定。

如图1至图4所示，本发明基于电力插线头的物联网标签技术，包括插线头插接模块(1)、带电源线的物联网插线头(2)和集中器(3)；其中插线头插接模块(1)由印刷电路板(4) 和插头簧片(5)组成；带电源线的物联网插线头(2)由印刷电路板(4)和插线头(5)组成；印刷电路板(4)主要包括电力载波通讯模块(6)、电流采集模块(7)、微控制芯片(8) 和稳压模块(9)。所述印刷电路板(4)用于实现设备的电流测量和信息传输，每一块印刷电路板(4)都有全球唯一的物联网的标签码，并在出厂前写入；所述插头簧片(5)用于在插线头插接模块(1)中给印刷电路板(4)供电；所述稳压模块(8)用于在输入220V电源电压后，给整块印刷电路板(4)供电；所述微控制芯片(8)利用电流采集模块(7)采集设备电流，从FLASH区中读取标签编码后，使用电力载波通讯模块(6)向集中器(3)发送设备数据；所述集中器(3)经过用户配置后，可使设备与物联网标签码在后台形成一对一的数据库映射关系，从而实现机房的哑资产管理。

为了实现设备与标签的一一映射，考虑对原有插头最小限度的改造，本发明实行图1所示的设计结构，包括内嵌到电力插线头中的印刷电路板(4)，具有电力载波功能和无线中继功能的数据集中器(3)，以及在机房部署的服务器(20)用于存储于物联网标签对应的数据库及配套服务。内嵌的印刷电路板(4)从电力线上取电，实时监测电力参数，并将FLASH存储的设备全球唯一标识码实时读出，通过电力载波通道实时传送到集中器(3)中，集中器(3) 再通过有线或者无线的以太网络将数据传送给服务器，最后由服务器中的数据库操作微服务进行物联网标签数据的管理。

本发明的重点在印刷电路板的设计，包括数据采集、数据传输、数据存储等功能，部分框图如图2所示，图中实线为电源拓扑，虚线为数据流动。印刷电路板(4)由电力载波通讯模块(6)、电流采集模块(7)、微控制芯片(8)和稳压模块(9)组成，其中，电流采集模块(7)首先采集设备电流，读取电流值，并为稳压模块(9)提供电源，稳压模块(9)为微控制芯片(8)和电力载波通讯模块(6)供电，微控制芯片(8)读取电流采集模块(7)的电流值，经过如图3所示的工作流程后，控制电力载波通讯模块(6)，将数据发送给集中器 (3)。

如上文所述，本发明在设备供电后，由多个模块协同工作，涉及编码、传输、存储等多个流程。图3具体展示了本发明的工作流程。首先将插头插入电路中，电路板通过簧片取电，在设备初次上电时，由固件对硬件进行初始化；随后配置微控制芯片的FLASH驱动，验证编码校正算法是否通过，若通过，微控制芯片的FLASH读取软件模块读取存储在FLASH中的基于电力插线头的物联网标签ID，反之，重新配置FLASH驱动；接着以固定时间间隔检测模数转换控制器是否准备，待其准备完成后，微控制芯片的测量软件模块采集电参数，数字信号处理模块执行FFT计算任务，通过PLC网络通道上传自定义的物联网数据包给数据集中器，如果通道异常或设备断电，重新检测模数转换控制器的准备情况。具体的数据包格式如图4 所示，前16位为前导码，用于同步的标识数据长度；数据区分为两部分，其中前8位表示设备的生产厂商代码，后64位为设备全球唯一标识码，该标识码由厂商在设备出厂前生成。硬件设备在第一次通电时，微服务模块将标识码与其对应的设备名称写入数据库，形成一对一的映射。之后工作人员通过该映射关系，即可定位到唯一的电力设备，实现哑资产的精确管理；校验区采用CRC32校验算法，使用四个字节作为校验数据存储区；扩展区由前导区的DLEN 决定，DLEN的值表示除了前导码之外的所有协议字节数。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种基于电力插线头的物联网标签技术，其特征在于，包括插线头插接模块(1)、带电源线的物联网插线头(2)和集中器(3)；所述插线头插接模块(1)由印刷电路板(4)和插头簧片(5)组成；所述带电源线的物联网插线头(2)由印刷电路板(4)和插线头(5)组成；所述印刷电路板(4)包括电力载波通讯模块(6)、电流采集模块(7)、微控制芯片(8)和稳压模块(9)；

所述印刷电路板(4)用于实现设备的电流测量和信息传输，每一块印刷电路板(4)都有全球唯一的物联网标签码，并在出厂前写入；在插线头插接模块(1)中，利用插头簧片(5)给印刷电路板(4)供电，在带电源线的物联网插线头(2)中，直接使用电源给印刷电路板(4)供电；稳压模块(9)输入220V电源电压后，给整块印刷电路板(4)供电；微控制芯片(8)首先利用电流采集模块(7)采集设备电流，从FLASH区中读取标签编码后，使用电力载波通讯模块(6)向集中器(3)发送设备数据；集中器(3)经过用户配置后，可使设备与物联网标签码在后台形成一对一的数据库映射关系，从而实现机房的哑资产管理；

所述插线头插接模块(1)可以直接插接在原有的电力插线头上，既不影响原有插线头的取电能力，同时能够传输设备数据；

所述带电源线的物联网插线头(2)可以直接连接到设备上，给设备供电；

所述电流采集模块(7)采用改进的体积较小的罗氏线圈测量设备电流；

所述稳压模块(9)可以将市电转换为能够被电力载波通讯模块(6)、微控制芯片(8)使用的电压；

所述微控制芯片(8)与集中器(3)进行通讯时，采用符合物联网海量连接场景的物联网标签编码协议，其数据区可由企业自定义或通过行业标准确定；

所述微控制芯片(8)用来收集电流采集模块(7)的数据，控制电力载波通讯模块(6)与集中器(3)通讯；

所述电力载波通讯模块(6)可以基于现有电力线，穿透电磁屏蔽机柜，通过载波方式将数字信号发送到集中器(3)；

所述集中器(3)可以基于现有电力线，接收电力载波通讯模块(6)的数据，通过无线连接到云端数据库。

2.根据权利要求书1中所述的一种基于电力插线头的物联网标签技术，其特征在于，包括以下步骤：

A.对于没有独立电源线的设备，所述插线头插接模块(1)在不对原有插线头进行拆解的条件下，仅仅增加插件，从插头簧片(5)上取电；对于有独立电源线的设备，则使用带电源线的物联网插线头(2)直接取电，印刷电路板(4)中的稳压模块(9)将交流电变为低压直流电后，为其他元器件供电；

B.所述印刷电路板(4)板载的微控制芯片(8)负责读取电流采集模块(7)测量的电流，并负责读取固化在FLASH区中的物联网标签码，该标签码的数据区可由企业自定义或通过行业标准确定；

C.所述微控制芯片(8)将步骤B中的物联网标签码和电流按照规定协议，使用电力载波技术，以一定周期发送到集中器(3)，集中器可以将采集到的数据发送到云端数据库；通过与用户配置，云端数据库可以实现物联网标签码和设备的唯一映射，最终实现一种基于电力插头的物联网标签：以实现最终构建的用电设备网络，实现资产管理和设备的全生命周期管理。

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