CN205484454U - 一种ble蓝牙低功耗智能电能表 - Google Patents
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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
技术领域
本实用新型涉及一种电能表，特别是涉及一种BLE蓝牙低功耗智能电能表。
背景技术
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，用户可以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。
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
本实用新型的目的在于提供一种BLE蓝牙低功耗智能电能表，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。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种BLE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。
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。
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。
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。
本实用新型的优点与效果是：
（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；
（2）采用BLE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；
（3）电池供电状态下，电能表依然可以通过BLE蓝牙低功耗技术发送广播数据，采集设备可以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；
（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，也可以主动与电能表连接采集所有用电数据；
（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；
（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；
（7）广播命令包含电能表地址，用户和采集设备可以采集指定电能表的用电数据。
附图说明
图1是本申请的工作状态转换示意图；
图2是本申请的电能表所包含的服务示意图；
图3是本申请的电能表构件结构图；
图4是本申请的网络拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本实用新型进行详细说明。
本实用新型蓝牙低功耗无线通信频率为2.4GHz~2.4835GHz，将其分为40个通道，中心频率按下述公式计算：
f=2.402+k*2 公式1
其中，k=0，1，2，……，39，f单位为GHz。
其中，通道k=0，12，39为广播通道，k=其它为数据通道。
电能表具有3种工作状态，如图1所示：广播状态，待机状态，连接状态。
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，这个延时被加在广播中，以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。
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”。
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”。
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。
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，以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。
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。
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：
命令中，前导固定为0xAA，访问地址固定为0x8E89BED6。所有采集设备（包括采集器和移动设备等）都可以接收电能表发出的广播命令。
为防止表号中连续出6个以上的“0”或“1”。发送前将6字节的电能表通信地址转换为BCD格式后加0x33，以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，以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个以上的“0”或“1”，将电能量转换为BCD格式后加0x33，以最后的结果作为电能表的用电量。
CRC校验用于验证广播命令数据是否正确。
为了尽量缩短传输数据长度，所以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：
数据头格式如下：
其中，广播类型固定为ADV_IND，可连接非定向广播。
其中，TxAdd固定为1，表示使用电能表通信地址作为广播地址。
其中，RxAdd固定为0。
其中，数据长度为电能表地址与广播数据相加的总长度。
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。
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；
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，以备其它程序直接调用；
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；
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。
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。
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M只采集器连接，即每只集中器可与M只采集器连接，就可以抄读M个电表箱中的电能表数据。电能表以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以接收电能表的非定向广播数据，配合专用的App应用程序，可以解析数据，数据通过专用App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。
以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，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。
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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