CN205484454U - 一种ble蓝牙低功耗智能电能表 - Google Patents

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耿春丽
高新
袁滨成
孙克寒
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孔德钰
杨哲
边双志
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Abstract

一种BLE蓝牙低功耗智能电能表,涉及一种电能表,所述电能表包括MCU、显示模块、红外通信模块、蓝牙通信模块、电能计量模块、继电器控制模块、485通信模块、按键处理模块、电源管理模块;其中,MCU与显示模块通过I2C总线连接,MCU与红外通信模块通过UART总线连接,MCU与蓝牙通信模块通过UART总线连接,电能计量模块与MCU通过SPI总线连接,MCU与继电器控制模块通过GPIO总线连接,MCU与485通信模块通过UART总线连接,MCU与按键处理模块通过GPIO总线连接,电源管理模块直接与MCU连接。该电能表为一种应用BLE蓝牙低功耗无线智能的电能表,解决现有智能电能表不能直接与移动便携设备连接的问题。

Description

-种BLE蓝牙低功耗智能电能表
技术领域
[0001] 本实用新型设及一种电能表,特别是设及一种BLE蓝牙低功耗智能电能表。
背景技术
[0002] 随着智能手机的普及和物联网技术的快速发展,越来越多的智能设备通过无线通 信方式与智能手机连接,用户可W直接在手机上查看各种需要的信息,使人们的生活越来 越便捷。
[0003] 但目前国内广泛使用的智能电能表并不具备物联网的相关功能,仅能与采集器、 集中器通过载波、485或微功率无线方式通信,或者使用专用红外设备抄表,用电用户不能 使用智能手机或其它移动便携设备与电能表连接并采集用电信息。
发明内容
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种化E蓝牙低功耗智能电能表,该电能表为一种应 用化E蓝牙低功耗无线智能的电能表,解决现有智能电能表不能直接与移动便携设备连接 的问题。
[0005] 本实用新型的目的是通过W下技术方案实现的:
[0006] 一种化E蓝牙低功耗智能电能表,所述电能表包括MCU、显示模块、红外通信模块、 蓝牙通信模块、电能计量模块、继电器控制模块、485通信模块、按键处理模块、电源管理模 块;其中,MCU与显示模块通过I2C总线连接,MCU与红外通信模块通过UART总线连接,MCU与 蓝牙通信模块通过UART总线连接,电能计量模块与MCU通过SPI总线连接,MCU与继电器控制 模块通过GPI0总线连接,MCU与485通信模块通过UART总线连接,MCU与按键处理模块通过 GPI0总线连接,电源管理模块直接与MCU连接。
[0007] 所述的一种BLE蓝牙低功耗智能电能表,所述电表箱中安装采集器。
[000引所述的一种BLE蓝牙低功耗智能电能表,所述采集器与每只集中器连接。
[0009] 所述的一种BLE蓝牙低功耗智能电能表,所述采集器逐一与电能表连接。
[0010] 本实用新型的优点与效果是:
[0011] (1)本发明使用蓝牙通信,所有手机及平板电脑等移动设备均支持蓝牙通信,方便 用户采集电能表用电信息;
[0012] (2)采用化E蓝牙低功耗技术,电能表功耗大幅降低,与载波或微功率无线电能表 相比,每只电能表平均功耗下降0.3W左右;
[0013] (3)电池供电状态下,电能表依然可W通过化E蓝牙低功耗技术发送广播数据,采 集设备可W在电能表停电状态下通过蓝牙通信采集电能表用电数据,而载波和微功率无线 电能表在停电状态下电能表不能向外发送数据;
[0014] (4)电能表随机时间间隔发送可连接非定向广播,用户不需要主动连接电能表即 可方便采集当前用电量和上一日冻结电能量,也可W主动与电能表连接采集所有用电数 据;
[0015] (5)采集设备只需要每天零点与电能表连接采集用电数据,平时不需要连接电能 表,大大降低了采集设备的功耗;
[0016] (6)用户在智能手机上安装专用的电能采集软件,每天经过电能表时软件自动采 集电能表广播的数据,并记录用电数据,自动生成用电曲线,使用方便;
[0017] 口)广播命令包含电能表地址,用户和采集设备可从采集指定电能表的用电数据。
附图说明
[0018] 图1是本申请的工作状态转换示意图;
[0019] 图2是本申请的电能表所包含的服务示意图;
[0020] 图3是本申请的电能表构件结构图;
[0021] 图4是本申请的网络拓扑结构图。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图所示实施例对本实用新型进行详细说明。
[0023] 本实用新型蓝牙低功耗无线通信频率为2.4G化~2.4835G化,将其分为40个通道, 中屯、频率按下述公式计算:
[0024] f=2.402+k 巧 公式 1
[0025] 其中,k=0,l,2,……,39,f单位为細z。
[00%]其中,通道k=0,12,39为广播通道,k=其它为数据通道。
[0027] 电能表具有巧巾工作状态,如图1所示:广播状态,待机状态,连接状态。
[0028] 当电能表处于"广播状态",电能表每次发送广播后待机0.02秒~10.24秒,每次广 播前产生一个0ms~10ms的随机延时,运个延时被加在广播中,W避免多个电能表同时广播 引起数据冲突。每次广播电能表在k=0,12,39的信道分别发送广播数据。电能表发送广播数 据后,等待采集设备发起扫描请求。
[0029] 当电能表处于"连接状态",且不再需要与采集设备连接时,电能表主动断开连接, 进入"待机状态"。如果电能表处于"连接状态",且超过5秒没有数据传输,则电能表主动断 开连接,进入"待机状态"。当因连接丢失而断开连接时,电能表尝试重新连接采集设备。超 过30秒未与任何采集设备连接,为了降低电能表功耗,电能表自动进入"待机状态"。
[0030] 当电能表处于"待机状态",且有采集设备发送连接请求尝试与电能表连接时,前 10秒内电能表尝试与采集设备连接,并判断采集设备是否在"白名单"中,如果该采集设备 在"白名单"中,则与该设备连接,电能表进入"连接状态",且电能表为从设备,采集设备为 主设备;超过10秒后,电能表尝试与任意采集设备连接,并且允许电能表与新的采集设备连 接;如果在30秒内未成功建立连接,则停止尝试连接,电能表保持"待机状态"。
[0031] 电能表与采集设备的连接过程为:电能表工作在外围设备模式下,采集设备工作 在中央设备模式下。电能表发送广播,采集设备扫描正在发广播的电能表,当电能表接收到 采集设备的扫描请求后,向采集设备发送扫描回应数据。采集设备接收到扫描回应数据后, 发起连接请求。
[0032] 为了降低电能表功耗,电能表发送可连接非定向广播,在其广播的数据报文中包 含服务数据广播的类型和变化索引标志,W达到减少不必要连接请求的目的。其中,变化索 引标志为一个2字节的伪随机数,用于采集设备判断电能表状态是否变化,只有当变化索引 标志的伪随机数变化时,采集设备才重新与电能表连接,并读取电能表的数据。
[0033] 为了达到使采集设备区分并连接电能表的目的,电能表发送的广播数据包括电能 表的表号、当前正向有功总电能量和上一日正向有功总电能量,但认证及密文数据不使用 广播发送。
[0034] 电能表每0.5秒~5秒发送一次广播命令,广播命令格式如下表所示:
[0035]
Figure CN205484454UD00051
命令中,前导固定为OxAA,访问地址固定为0x8E89肥D6。所有采集设备(包括采集器和 移动设备等)都可W接收电能表发出的广播命令。
[0036] 为防止表号中连续出6个W上的"0"或"Γ。发送前将6字节的电能表通信地址转换 为BCD格式后加0x33, W最后的结果作为电能表地址。电能表的地址用于采集设备区分电能 表,W便于采集指定电能表的数据或与其连接。类似地,为了防止用电量连续出现6个W上 的"0"或"Γ,将电能量转换为BCD格式后加0x33, W最后的结果作为电能表的用电量。
[0037] CRC校验用于验证广播命令数据是否正确。
[0038] 为了尽量缩短传输数据长度,所W电能表在广播数据中仅传输当前正向有功总电 能量和上一日正向有功总电能量。便于移动设备通常接收当前用电量,便于电能采集设备 接收冻结电量。广播数据的格式如下:
Figure CN205484454UD00052
其中,广播类型固定为ADV_IND,可连接非定向广播。
[0041] 其中,TxAdd固定为1,表示使用电能表通信地址作为广播地址。
[0042] 其中,RxAdd固定为0。
[0043] 其中,数据长度为电能表地址与广播数据相加的总长度。
[0044] 电能表包括4个主要的服务程序,如图2所示:电能计量服务,数据处理服务,电池 管理服务,显示服务。
[0045] 所述的电能计量服务,用于电能表采集电能累积量和实时用电量数据;
[0046] 所述的数据处理服务,用于处理电能计量服务采集的电能相关数据,并将数据计 算结果存储,W备其它程序直接调用;
[0047] 所述的电池管理服务,用于管理电能表电源和备用电源的切换;
[004引所述的显示服务,用于显示电能计量服务中采集的电能数据,显示数据处理服务 处理的数据,显示从通信单元获取的数据。
[0049]图3是BLE蓝牙低功耗智能电能表的构件结构图,具体包括:MCU、显示模块、红外通 信模块、蓝牙通信模块、电能计量模块、继电器控制模块、485通信模块、按键处理模块、电源 管理模块。其中,MCU与显示模块通过I2C总线连接,MCU与红外通信模块通过UART总线连接, MCU与蓝牙通信模块通过UART总线连接,电能计量模块与MCU通过SPI总线连接,MCU与继电 器控制模块通过GPIO总线连接,MCU与485通信模块通过UART总线连接,MCU与按键处理模块 通过GPIO总线连接,电源管理模块直接与MCU连接。
[0050] 本申请的网络拓扑结构如图4所示。每只电表箱中安装N只电能表,每只电表箱中 安装1只采集器,每只电能表与1台采集器通过蓝牙连接,每只集中器可通过载波或微功率 无线通信方式与Μ只采集器连接,即每只集中器可与Μ只采集器连接,就可W抄读Μ个电表箱 中的电能表数据。电能表W随机间隔时间发送非定向广播,智能手机或其它移动设备可W 接收电能表的非定向广播数据,配合专用的Αρρ应用程序,可W解析数据,数据通过专用Αρρ 应用程序显示,并将数据记录在数据库中生成历史数据。每日零点,采集器逐一与电能表通 过蓝牙通信方式连接,并逐一抄读电能表中存储的冻结数据,并把相应数据记录在数据库 中。集中器通过载波或微功率无线抄读电能表冻结数据时,采集器直接将内部记录的冻结 数据返回给集中器。当电能表通过非定向广播方式发送数据,采集器接收到数据后,将数据 记录在临时缓冲区中,当集中器抄读电能表实时数据时,采集器直接返回临时缓冲区中的 相应电能表的实时数据。
[0051] W上所述仅为本发明的示例性实施例,凡在本发明的范围下进行的等同替换或改 进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1. 一种BLE蓝牙低功耗智能电能表,其特征在于,所述电能表包括MCU、显示模块、红外 通信模块、蓝牙通信模块、电能计量模块、继电器控制模块、485通信模块、按键处理模块、电 源管理模块;其中,M⑶与显示模块通过I2C总线连接,M⑶与红外通信模块通过UART总线连 接,MCU与蓝牙通信模块通过UART总线连接,电能计量模块与MCU通过SPI总线连接,MCU与继 电器控制模块通过GPIO总线连接,MCU与485通信模块通过UART总线连接,MCU与按键处理模 块通过GPIO总线连接,电源管理模块直接与MCU连接。
2. 根据权利要求1所述的一种BLE蓝牙低功耗智能电能表,其特征在于,所述电表箱中 安装采集器。
3. 根据权利要求2所述的一种BLE蓝牙低功耗智能电能表,其特征在于,所述采集器与 每只集中器连接。
4. 根据权利要求3所述的一种BLE蓝牙低功耗智能电能表,其特征在于,所述采集器逐 一与电能表连接。
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