CN202135153U

CN202135153U - 具有电能计量功能的wsn网关

Info

Publication number: CN202135153U
Application number: CN201120287238U
Authority: CN
Inventors: 祁兵; 孙毅; 崔维新; 杨春萍
Original assignee: Beijing Huadian Xintong Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Huadian Xintong Technology Co Ltd
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2021-08-09

Abstract

本实用新型涉及用电用户(居民用户、商业用户、行政用户、工业用户等)的电能计量技术领域，具体涉及一种具有电能计量功能的WSN网关。具有电能计量功能的WSN网关用于控制用电用户内部各个智能插座的工作状态，统计各个智能插座的电能计量参数，转换WSN(Wireless Sensor Network，无线传感器网络)和WiFi(WiFi全称Wireless Fidelity，又称802.11b标准)协议，并将用电用户的用电信息接入到Internet，从而通过根据该用电信息制定相应的节电措施从而达到节约能源和资源的目的。本实用新型的WSN网关包括：电压预处理、电流预处理、电能计量、显示器、存储器、ARM、红外收发、WSN模块以及WiFi模块等电路组成。其中，智能插座采集各个电器的用电信息，并且通过WSN网络，将这些用电信息传送给所述网关，网关将来自各个智能插座的用电信息以及网关自身所统计的用电信息进行WSN到WIFI的协议转换，然后通过无线路由器接入到internet，再经由internet转发给用电服务器；以及网关接收由无线路由器转发的来自用电服务器的控制命令，将其进行WiFi到WSN的协议转换，然后通过WSN网络转发给相应的智能插座，由智能插座对相应的电器执行相应的控制操作。

Description

具有电能计量功能的WSN网关

技术领域

本实用新型涉及用电用户(居民用户、商业用户、行政用户、工业用户等)的电能计量技术领域，具体涉及一种具有电能计量功能的WSN网关。

背景技术

近年来，随着物联网建设不断推进，以及智能住宅的发展，为用电用户的用电方式和电能计量方法提出了如图1所示的基于智能插座的电能计量系统模型。该模型采用了先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术，将用电、计量以及用电用户内部各种智能化信息处理系统有机地结合在一起，通过统筹管理使得用电用户的生活和工作更加方便、安全、有效。

如图1所示，该电能计量系统包括电能表、智能插座和网关等主要设备，其中电能表用于计量用户的总体电能值；智能插座用于采集各个电器的电能值情况，采集各电器的用电数据和参数，并且可以通过WSN(Wireless SensorNetwork，无线传感器网络)网络，将这些信息经过网关转发给用电服务器；网关可以通过WSN网络和各个智能插座建立连接，各个智能插座将其用电数据和参数发送到网关，网关将用电数据处理转换后通过互联网转发给用电服务器例如用电管理部门或者该用电用户。基于这些用电数据和参数，用电服务器可以通过网关实现对各电器的远程智能控制和管理，进而通过对各电器的能耗情况制定更有效的节能降耗措施。其中，图1中的L、N线分别表示入户电力线的相线和零线，与电器一起构成用电回路。

虽然图1中的基于智能插座/物联网的电能计量系统的优点突出，但也存在一些较大的设计缺陷：网关所起到的作用十分有限，不能对智能插座系统集中设置或操作，具有WSN通信功能的网关不是通用的网关，而是专用网关，而且目前尚无实用产品；智能插座的作用均是相同的，难以承载对大电流或大功率的需求，缺少对用电用户总电能以及总电流的计量。

实用新型内容

为解决上面提到的问题，本实用新型提出了具有电能计量功能的WSN网关，该网关不仅具有网关的功能，还具有电能计量功能，网关功能强大。

本实用新型实施例提供了一种用电用户使用的具有电能计量功能的WSN网关。

为此，本实用新型实施例提供如下技术方案。

一种具有电能计量功能的网关，用于将智能插座所采集的并且通过WSN网络传送的来自各个电器的用电信息以及网关自身所统计的用电信息进行WSN到WIFI的协议转换，然后通过无线路由器接入到internet，再经由internet转发给用电服务器；以及接收由无线路由器转发的来自用电服务器的控制命令，将其进行WiFi到WSN的协议转换，然后通过WSN网络转发给相应的智能插座，由智能插座对相应的电器执行相应的控制操作，该网关包括电压预处理、电流预处理、电能计量、CPU、WSN模块、WiFi模块以及电源，其中：

电压预处理，采集入户低压电力线的电压信号，并且对电压信号进行滤波、分压和调整处理，然后将所处理后的电压信号传送给电能计量；

电流预处理，采集入户低压电力线上的电流信号，并且对其进行分流和调整处理，然后将所处理后的电流信号传送给电能计量；

电能计量，根据来自电压预处理的电压信号以及电流预处理的电流信号，计算出该低压电力线上的总的电能值；

CPU，为网关的运算与控制核心，控制电能计量来计量总的电能值、电压和电流，以及控制WSN模块以及WiFi模块的通信；

WSN模块，网关通过WSN模块与智能插座进行通信；

WiFi模块，网关通过WiFi模块与无线路由器进行通信；

电源，从220v低压电力线中获取电能，并且进行电压转换，提供网关的工作电源。

本实用新型所提供的WSN网关，可以利用现有的无线路由器，实现用电用户的用电信息无线传送给用电服务器，但需要实现WSN与WiFi之间的协议转换。这里，WSN网关除了具有通常的网关功能之外，还可以实现对用电电户的总电能信息的统计，弥补了现有的智能插座难以承载对大电流或大功率的需求、缺少对用电用户总电能以及总电流的计量的不足，另外，WSN网关还可以对各智能插座进行集中控制和操作，根据各电器的能耗情况制定更有效的节能降耗措施。

附图说明

图1为基于智能插座的电能计量系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基于具有电能计量功能的WSN网关的电能计量系统的结构示意图；

图3为图2中所示的具有电能计量功能的WSN网关的结构示意图；

图4为图2中所示的智能插座的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本实用新型实施例做进一步的详细说明。

图2是本实用新型实施例所提供的基于具有电能计量功能的WSN网关的电能计量系统的结构示意图，该系统主要包括：无线路由器1、至少一个智能插座2以及WSN网关3。

无线路由器1，提供WSN网关3到internet的无线接入与路由选择功能，可以是现有的通用无线路由器。

至少一个智能插座2，用于采集家用电器的用电信息，同时用电用户可以通过智能插座实现对家用电器的智能控制。

WSN网关3，与各智能插座2通过WSN网络进行通信，用于控制用电用户内部各个智能插座2的工作状态，统计各个智能插座2的电能计量参数以及总的电能计量参数，并将用电用户的上述用电信息进行协议转换，即WSN(WirelessSensor Network，无线传感器网络)与WiFi(WiFi全称Wireless Fidelity，又称802.11b标准)之间的协议转换，然后通过无线路由器1和Internet转发给用电服务器。其中，WSN网关3与无线路由器1通过WiFi网络进行无线通信，WSN网关3与至少一个智能插座2通过WSN网络进行无线通信。

图2中所示的基于具有电能计量功能的WSN网关的电能计量系统的工作原理如下：智能插座2采集各个电器的用电数据和参数等用电信息，并且可以通过WSN网络，将这些用电信息传送给WSN网关3，WSN网关3将用电信息进行WSN到WIFI的协议转换，然后通过无线路由器1无线接入到internet，再经由internet转发给用电服务器。基于这些用电信息，用电服务器可以了解用电用户内部各电器的用电情况，并且可以通过WSN网关3以及各智能插座2实现对各电器的远程智能控制和管理，进而通过对各电器的能耗情况制定更有效的节能降耗措施，具体地，WSN网关3解析由无线路由器1转发的来自用电服务器的控制命令，将其进行WiFi到WSN的协议转换，然后通过WSN网络转发给相应的智能插座2，由智能插座2对相应的电器执行相应的控制操作。

图3是图2所示的电能计量系统中的具有电能计量功能的WSN网关3的结构示意图，该WSN网关3包括：电压预处理30、电流预处理31、电源32、电能计量33、显示器34、存储器35、ARM 36、红外收发37、WSN模块38和WiFi模块39。

电压预处理30，采集入户低压电力线的电压信号，并且对电压信号进行滤波、分压和调整处理，然后将所处理后的电压信号传送给电能计量33。

电流预处理31，采集入户低压电力线上的电流信号，并且对其进行分流和调整处理，然后将所处理后的电流信号传送给电能计量33。

电源32，从220v低压电力线中获取电能，并且进行电压转换，提供WSN网关3的工作电源。

电能计量33，根据来自电压预处理30的电压信号以及电流预处理31的电流信号，计算出该低压电力线上的总的电能。

显示器34，用于显示WSN网关3所统计的用电数据以及各智能插座2所统计的用电数据，方便用电用户查看。

存储器35，存储测量到的电压、电流和电能消耗的数据。

ARM 36，为WSN网关3的运算与控制核心，控制电能计量33获取总电能、电压和电流数值，以及控制红外收发37、WSN模块38、WiFi模块39、显示器34以及存储器35的工作。

红外收发37，用于红外抄表机对WSN网关3的参数设置与命令操作。

WSN模块38，WSN网关3通过WSN模块38与智能插座2进行通信，具体地WSN网关3通过WSN模块38接收各智能插座2所计量的用电信息。

WiFi模块39，WSN网关3通过WiFi模块39，无线连接到无线路由器1，然后再由无线路由器1将用电信息通过Internet传送给用电服务器，以及接收由无线路由器1转发的来自用电服务器的控制命令，然后通过WSN模块38转发给相应的智能插座2以执行相应的控制操作。

具有电能计量功能的WSN网关3中的各个模块的工作过程如下：

电源32从入户的220v低压电力线上获取电能，并且进行电压转换，提供WSN网关3的工作电源；电压预处理30对入户低压电力线上采集的电压信号进行滤波、分压和调整处理，然后连接到电能计量33，电能计量33根据分压后的电压计算出入户的低压电力线上的实际电压；电流预处理31对入户电力线上采集的总的电流进行分流和调整，然后连接到电能计量33，电能计量33根据分流后的电流计算出入户的低压电力线上的实际电流也就是该用电用户的各电器的总的电流，然后根据所计算的电压和总的电流计算总的电能值，并且将所计算的电能值以及各智能插座2统计的用电数据在ARM 36的控制下通过WiFi模块39传送给无线路由器1，另外红外抄表机可以通过红外收发37对WSN网关3进行参数设置与命令操作。同时，WSN网关3可以接收来自用电服务器经过无线路由器1转发的控制命令并且通过控制相应的智能插座2执行相应的命令操作。WSN网关3所测得的用电数据以及来自各智能插座2的用电数据可以通过显示器34显示出来。

图4是图2中所示的智能插座2的结构示意图，主要包括：电压预处理20、电流预处理21、电源22、电能计量23、显示器24、ARM 25和WSN模块26。

电压预处理20，用于被测电压的滤波、分压和调整。

电流预处理21，用于被测电流的分流和调整。

电源22，完成电源变换，提供给该智能插座2的工作电源。

电能计量23，用于该智能插座2的电能计量、电压和电流的测量。

显示器24，用于显示各智能插座的电能和电流数值。

ARM 25，为智能插座2的运算与控制核心，通过控制电能计量23，获取电能、电压和电流数值；控制WSN模块26、显示器24的工作。

WSN模块26，用于无线传感器网络的建立，智能插座2通过WSN模块26与WSN网关3进行无线通信。

智能插座2的工作过程如下：

电源22从接入电器的220v低压电力线上获取电能，并且进行电压转换，提供智能插座2的工作电源；电压预处理20对从该低压电力线上采集的电压信号进行滤波、分压和调整处理，然后连接到电能计量23，电能计量23根据分压后的电压计算出接入电器的低压电力线上的实际电压；电流预处理21对接入电器的电力线上采集的电流进行分流和调整，然后连接到电能计量23，电能计量23根据分流后的电流计算出接入电器的低压电力线上的实际电流，然后根据所计算的电压和电流计算电能值，并且将所测得的用电数据在ARM 25的控制下通过WSN模块26传送给WSN网关3，智能插座2所测得的用电数据还可以通过显示器24显示出来。同时，智能插座2可以接收来自用电服务器的经由WSN网关3转发的控制命令并且对相应的电器执行相应的控制操作。

从上面结合图2、图3、图4关于具有电能计量功能的WSN网关3的工作原理的描述中，可以看出：根据图3所设计的WSN网关3，可以利用现有的无线路由器1，实现用电用户的用电信息无线传送给用电服务器，具体地，由WSN网关3控制各智能插座2，将各智能插座2所统计的用电信息通过WSN网关3和无线路由器1传送给用电服务器。这里，由于WSN网关3与智能插座2通过WSN网络进行通信，WSN网关3与无线路由器1通过WiFi网络进行通信，所以WSN网关3需要实现WSN与WiFi之间的协议转换。另外，WSN网关3除了具有通常的网关功能之外，还可以实现对用电电户的总电能信息的统计，弥补了现有的智能插座难以承载对大电流或大功率的需求、缺少对用电用户总电能以及总电流的计量的不足。另外，WSN网关3还可以对各智能插座进行集中控制和操作，根据各电器的能耗情况制定更有效的节能降耗措施。

以上对本实用新型实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本实用新型进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的系统及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种具有电能计量功能的网关，用于将智能插座所采集的并且通过WSN网络传送的来自各个电器的用电信息以及网关自身所统计的用电信息进行WSN到WIFI的协议转换，然后通过无线路由器接入到internet，再经由internet转发给用电服务器；以及接收由无线路由器转发的来自用电服务器的控制命令，将其进行WiFi到WSN的协议转换，然后通过WSN网络转发给相应的智能插座，由智能插座对相应的电器执行相应的控制操作，

该网关包括电压预处理、电流预处理、电能计量、CPU、WSN模块、WiFi模块以及电源，其中：

WSN模块，网关通过WSN模块与智能插座进行通信；

WiFi模块，网关通过WiFi模块与无线路由器进行通信；

2.根据权利要求1所述的网关，其特征在于，所述网关还进一步包括：

红外收发，用于红外抄表机对网关的参数设置与命令操作；

显示器，用于显示网关以及各智能插座统计的用电数据。