CN208140758U - 一种基于LoRa技术的KNX智能电能表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于LoRa技术的KNX智能电能表，包括LoRa通信模块、KNX协议处理模块、存储模块、KNX电能表应用模块、电源模块和状态指示和控制模块，KNX协议处理模块分别与LoRa通信模块、存储模块和KNX电能表应用模块连接，电源模块分别与LoRa通信模块、KNX协议处理模块、存储模块和KNX电能表应用模块连接，状态指示和控制模块分别与LoRa通信模块、KNX协议处理模块和KNX电能表应用模块连接。通过采用KNX协议和LoRa协议相结合的方案，在满足KNX协议规范的基础上，LoRa无线通信技术具有较好的传输距离、较好的抗干扰能力，使得KNX电能表在KNX智能楼宇应用工程中能够传输更远的距离，且无需布线，部署更灵活。

Description

一种基于LoRa技术的KNX智能电能表

技术领域

本实用新型涉及KNX智能楼宇电能检测领域，尤其涉及一种基于LoRa技术的KNX智能电能表。

背景技术

KNX智能楼宇控制应用系统中会使用KNX智能电能表，以便实现对用电电压、电流、能耗的检测和计量。KNX智能楼宇控制应用会根据这些数据进行整个楼宇建筑的用能优化，实现节能减排。

现有的KNX智能楼宇控制应用中，KNX智能电能表都是通过双绞线的通讯方式实现数据的传输。在这种方式下，所有的设备都通过KNX双绞线进行连接，并以此进行数据传输。这种方式在工程建设时，需要预先布设通讯线，带来了建设成本高、安装复杂、通信距离近、设备可替换和可移动性差等缺点。尤其是其在应用中，需要提前布置好KNX通讯线，使得在楼宇控制系统进行改造时，施工建设方案更加复杂，成本也大幅增加。

为了简化设计和施工方案，节省工程的成本，需要有一种KNX电能表需要布线就能实现设备的部署，这可以通过无线通信的方案来实现。但KNX系统自定义的无线方案存在通讯距离短、稳定性不高的问题，不能在实际工程中进行使用。

另外，虽然存在其它的无线方案，但由于其它们的无线应用不能够满足KNX协议数据解析的要求，从而也不能直接应用到KNX系统中。

综上所述，现有的KNX智能楼宇控制应用系统的通讯组网方式不能够满足应用要求，其需要变革。现有的KNX智能电能表并不能够满足KNX智能楼宇控制应用系统的变革，需要一种无需布线、通讯距离远、低功耗、可靠性高的KNX智能电能表替代现有的KNX智能电能表方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种采用LoRa和KNX相结合的智能电能表，采用LoRa和KNX相结合的技术，具有安装方便、传输距离远、抗干扰能力强、满足KNX协议规范的特点，适合在KNX智能楼宇控制应用进行推广。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种基于LoRa技术的KNX智能电能表，包括LoRa通信模块、KNX协议处理模块、存储模块、KNX电能表应用模块、电源模块和状态指示和控制模块，所述KNX协议处理模块分别与LoRa通信模块、存储模块和KNX电能表应用模块连接，所述电源模块分别与LoRa通信模块、KNX协议处理模块、存储模块和KNX电能表应用模块连接，所述状态指示和控制模块分别与LoRa通信模块、KNX协议处理模块和KNX电能表应用模块连接。

上述方案中，所述KNX协议处理模块和KNX电能表应用模块共同包括一个ARM单片机，所述ARM单片机通过串口和SPI接口与LoRa通信模块连接。

上述方案中，所述KNX电能表应用模块包括用电检测电路，由采样电路和计量芯片组成，采样电路用于将采集的强电信号转换为弱电信号输入计量芯片，计量芯片用于处理弱电信号并以数字信号的形式发送至ARM单片机。

上述方案中，所述KNX电能表应用模块包括继电器开关电路，由若干个独立的磁保持继电器和驱动电路组成，继电器用于实现外部负载的通断控制，驱动电路用于驱动继电器的通断操作。

上述方案中，所述KNX电能表应用模块包括显示电路，由LCD驱动电路和LCD屏组成，LCD驱动电路用于接收ARM单片机控制信号，LCD屏用于显示驱动电路输出的信号。

与现有技术相比本实用新型的有益效果为：通过采用KNX协议和LoRa协议相结合的方案，在满足KNX协议规范的基础上，LoRa无线通信技术具有较好的传输距离、较好的抗干扰能力，使得KNX电能表在KNX智能楼宇应用工程中能够传输更远的距离，且无需布线，部署更灵活，从而使得KNX智能楼宇应用工程能够节省大量的布线成本和施工成本，特别是对于没法布线的工程更加有利，使得这类工程能够得到顺利实施。

附图说明

图1是本实用新型基于LoRa技术的KNX智能电能表的结构框图；

图2是本实用新型基于LoRa技术的KNX智能电能表的结构示意图；

附图标记说明：1、壳体，2、LoRa天线接口，3、编程按钮，4、编程指示灯，5、LCD屏。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细描述。

本实用新型提供一种基于LoRa技术的KNX智能电能表，工作于基于LoRa技术的KNX智能楼宇控制系统中，能够通过LoRa无线通讯网络接收符合KNX协议规范的电能应用数据，并执行相应的用电控制功能，以及能够将设备运行参数和数据按照KNX协议进行封装，通过LoRa接口，发送到LoRa无线通讯网络，并被其它设备所接收和应用。如图1所示，本实用新型KNX智能电能表包括如下模块：

LoRa通信模块通过串口或者SPI接口与KNX协议处理模块连接，工作透明传输方式，其通过透明传输方式接收LoRa无线网络中的KNX协议数据或者向LoRa无线通信网络发送KNX协议数据，用于通过LoRa技术与基于LoRa技术的KNX智能楼宇控制系统中的设备的进行LoRa无线通讯，从而将数据传送到各个设备，或者从各个设备获取数据。

其中，LoRa通信模块具有密钥通信功能，通过配置的密钥进行通信数据的加解密处理，从而实现通信的加密。

KNX协议处理模块与LoRa通信模块、存储模块和KNX电能表应用模块相连，KNX协议处理模块其与KNX电能表应用模块共同包含一个ARM单片机，该单片机通过串口或者SPI接口跟LoRa通信模块进行通讯，并运行KNX 协议软件。在LoRa通信模块接收到数据报文后，KNX协议处理模块对该报文进行解析并得到电能表应用数据并传输至KNX电能表应用模块。同时，KNX协议处理模块接收KNX电能表应用模块的电能表应用数据，并将该数据按照KNX协议进行封装，生成KNX协议报文，最后通过LoRa通信模块发送到LoRa无线通信网络。

存储模块与KNX协议处理模块连接，用于对设备运行数据进行存储。

KNX电能表应用模块与KNX协议处理模块相连，其除与KNX协议处理模块共同含有一个ARM单片机外，还包括用电检测电路、继电器开关电路、显示电路。用电检测电路由采样电路和计量芯片组成，采样电路用于将采集的强电信号转换为弱电信号输入计量芯片，计量芯片用于处理弱电信号并以数字信号的形式发送至ARM单片机。继电器开关电路由若干个独立的磁保持继电器和驱动电路组成，磁保持继电器用于实现外部负载的通断控制，驱动电路用于驱动继电器的通断操作。显示电路由LCD驱动电路和LCD屏组成，LCD驱动电路用于接收ARM单片机控制信号，LCD屏用于显示驱动电路输出的信号。

工作时，通过用电检测电路获取用电参数，并通过KNX协议处理模块将用电参数封装成KNX协议报文，最终通过LoRa通信模块发送到LoRa无线通信网络，或通过KNX协议处理模块获取到LoRa无线网络中的KNX协议报文，来实现功能的控制。

KNX电能表应用模块接收到KNX协议处理模块解析的电能表应用数据后，根据数据中的参数，KNX电能表应用模块启动或者停止用电测量，并显示当前电表的工作状态、参数和测量到的数据，如显示当前电压、电流、功率、设备地址、通讯参数等。

KNX电能表应用模块工作于周期性上传数据模式或被动召唤数据模式。模式的切换和周期参数通过远程终端和服务器遥控控制。上传数据包括当前电压、电流功率、设备地址、参数等，上述数据能够被封装成KNX协议报文，并发送到LoRa无线通信网络。

KNX电能表应用模块根据自身的工程配置参数和实时的电能采集数据控制自身内部继电器开关电路的动作，实现系统的关联控制功能。当电压波动或电流超过设定的阈值后，通过吸合继电器开关电路点亮告警灯，发出报警。

同时，KNX电能表应用模块还接收LoRa无线网络中其它设备发送的工作数据，并根据工程配置参数控制自身内部继电器开关电路的动作，实现系统的关联控制功能。如其它的KNX智能终端设备发出了一个告警信号到基于LoRa技术的KNX智能电能表，KNX电能表应用模块根据该信号吸合继电器开关电路点亮告警灯，发出报警。

KNX电能表应用模块可以实现用电计量和扣费功能。通过实时监控用电能耗，除将用电能耗封装成KNX协议应用数据发送到后台服务器外，还通过工程配置的用电计费数据，扣除预先充值的费用。当费用扣除到预定阈值时，发出用电告警，提示用户充费。如果预先充值费用扣除到0后，KNX电能表应用模块可以通过自身的继电器开关电路断开供电回路，停止供电，或发出控制数据到KNX楼宇应用网络系统中，通知其它设备发出断电操作，停止供电。

电源模块与LoRa通信模块、KNX协议处理模块、存储模块以及KNX电能表应用模块连接，用于给各个模块提供电源。电源模块包含电压转换电路，可以将220V市电转变为设备工作所需电压，以便设备正常工作。

状态指示和控制模块与LoRa通信模块、KNX协议处理模块和KNX电能表应用模块连接，用于控制和指示数据通讯的状态以及设备运行状态。状态指示和控制模块包括编程按钮和编程指示灯。设备在工作时，需要先进行参数的配置。编程按钮用于控制设备进入编程模式，该模式下，可以对设备进行电能检测参数以及设备工作参数的下载，用以控制产品的运行模式。编程指示灯用于显示设备工作模式，当编程指示灯亮时，表明设备进入编程模式，当编程指示灯灭时，表明设备进入正常工作模式。

状态指示和控制模块的LCD屏，用于显示设备的工作参数，如当前电压、电流、功率、设备地址、费率、剩余费用等。

如图2所示，基于LoRa技术的KNX调光驱动器的所有模块都集成在一块集成电路板上，该集成电路板放在壳体1内。壳体上设有有LoRa天线接口2、编程按钮3、编程指示灯4和LCD屏5。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做得任何改动，均落入本实用新型保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于LoRa技术的KNX智能电能表，其特征在于：包括LoRa通信模块、KNX协议处理模块、存储模块、KNX电能表应用模块、电源模块和状态指示和控制模块，所述KNX协议处理模块分别与LoRa通信模块、存储模块和KNX电能表应用模块连接，所述电源模块分别与LoRa通信模块、KNX协议处理模块、存储模块和KNX电能表应用模块连接，所述状态指示和控制模块分别与LoRa通信模块、KNX协议处理模块和KNX电能表应用模块连接。

2.如权利要求1所述的基于LoRa技术的KNX智能电能表，其特征在于：所述KNX协议处理模块和KNX电能表应用模块共同包括一个ARM单片机，所述ARM单片机通过串口和SPI接口与LoRa通信模块连接。

3.如权利要求2所述的基于LoRa技术的KNX智能电能表，其特征在于：所述KNX电能表应用模块包括用电检测电路，由采样电路和计量芯片组成，采样电路用于将采集的强电信号转换为弱电信号输入计量芯片，计量芯片用于处理弱电信号并以数字信号的形式发送至ARM单片机。

4.如权利要求2所述的基于LoRa技术的KNX智能电能表，其特征在于：所述KNX电能表应用模块包括继电器开关电路，由若干个独立的磁保持继电器和驱动电路组成，继电器用于实现外部负载的通断控制，驱动电路用于驱动继电器的通断操作。

5.如权利要求2所述的基于LoRa技术的KNX智能电能表，其特征在于：所述KNX电能表应用模块包括显示电路，由LCD驱动电路和LCD屏组成，LCD驱动电路用于接收ARM单片机控制信号，LCD屏用于显示驱动电路输出的信号。