TWI509255B - 具有無線傳輸功能之智慧型電表 - Google Patents

Description

具有無線傳輸功能之智慧型電表

本發明係有關於一種智慧型電表，且特別是有關於一種具有無線傳輸功能之智慧型電表。

傳統的電表(Meter)通常會被安裝在住家的一樓，來量測住戶所使用的電量，並且提供相關電量消耗訊息給電力公司或是住戶參考，例如電力消耗多少千瓦小時(度)等這類型的電力資訊，這些電力消耗訊息需要電力公司請專人前往抄表，不僅可能發生人為上的操作錯誤，人工抄表方式也非常沒有效率，費時也費力。隨著科技的迅速發展，傳統電表已經漸漸為智慧電表(Smart meter)所取代。

智慧電表不僅能解決傳統電表需要人工抄寫的缺點，有些型態的智慧電表能夠讓民眾分析自己的用電行為，進而改變用電習慣以達到節能的效果。更有甚者，有些類型的智慧電表具備電器狀態辨識技術，可利用電表所量測到的電力資訊來進行負載辨識，再結合感測器提供之環境資訊與促動器提供之電器控制能力，便可以設計出許多客製化應用服務，實現未來的智慧化生活模式。

由於無線模組需要不同尺寸的天線，來傳送不同頻帶的訊號，如GSM/CDMA信號、ZigBee、Wifi、甚至LTE信號，因此傳統的智慧電表通常會存在多種無線傳輸裝置，也就是需要多種天線來分別處理各種頻帶的訊號，這些天線不僅需要更大的空間來擺放，信號干擾狀況也更形複雜嚴重。

因此，本發明之一方面提供一種具有無線傳輸功能之智慧型電表，此電表的天線不但能夠傳輸接受多種頻段的信號，容置此一天線所需要的空間也可以被減少，可以被傳輸接收的信號種類將更趨多元。

依照本發明之一實施例，具有無線傳輸功能之智慧型電表可用來顯示電力資訊，此智慧型電表內含一圓柱形內殼、一環狀層、一內層天線，以及一外層天線。環狀層環繞圓柱形內殼，內層天線依附於環狀層，此內層天線於環狀層上滑動；外層天線也依附於環狀層並與內層天線接觸重疊，其中，內層天線與外層天線受到驅動而調變其總和長度，以接收不同頻帶的訊號。

以上實施例之具有無線傳輸功能之智慧型電表，不但能夠利用天線傳送與接收無線信號，以透過網路傳遞電力資訊，且能夠善用內部空間來安置天線，縮小智慧型電表所佔用的空間；再者，還可以接收多種頻段的信號，可以被傳遞的信號種類更多樣化，擴大了適用層面。

103‧‧‧刻槽

105‧‧‧內層天線

107‧‧‧外層天線

109‧‧‧微控制器

111‧‧‧驅動裝置

113‧‧‧馬達

115‧‧‧天線

201‧‧‧圓柱形內殼

203‧‧‧環狀層

205‧‧‧內層天線

207‧‧‧外層天線

209‧‧‧卡合件

209a‧‧‧凸柱

211‧‧‧圓柱形外殼

211a‧‧‧頂面

213‧‧‧溝槽

215‧‧‧顯示區域

第1A圖係繪示本發明一實施例智慧型電表之天線結構示意圖。

第1B圖係繪示本發明一實施例智慧型電表之驅動機構示意圖。

第2A圖係繪示本發明另一實施例智慧型電表之正面透視圖。

第2B圖係繪示本發明另一實施例智慧型電表之內部視圖。

第2C圖係繪示本發明另一實施例智慧型電表之爆炸圖。

於本文中，通篇所使用之詞彙一般代表其通常的意涵，至於一些特殊詞彙會在下文中具體定義，以提供實踐者額外的指引，重複的使用一個或多個同義詞，並不會排除使用其他同義詞。

當一個元件被稱為『在…上』時，它可泛指該元件直接在其他元件上，也可以是有其他元件存在於兩者之中。相反地，當一個元件被稱為『直接在』另一元件，它是不能有其他元件存在於兩者之中間。此外，相對詞彙，如『下』或『底部』與『上』或『頂部』，用來描述文中在 附圖中所示的一元件與另一元件之關係。相對詞彙是用來描述裝置在附圖中所描述之外的不同方位是可以被理解的。例如，如果一附圖中的裝置被翻轉，元件將會被描述原為位於其它元件之『下』側將被定向為位於其他元件之『上』側。例示性的詞彙『下』，根據附圖的特定方位可以包含『下』和『上』兩種方位。同樣地，如果一附圖中的裝置被翻轉，元件將會被描述原為位於其它元件之『下方』或『之下』將被定向為位於其他元件上之『上方』。例示性的詞彙『下方』或『之下』，可以包含『上方』和『上方』兩種方位。

在天線技術領域當中，由於信號頻率與天線長度相關，因此智慧型電表(Smart Meter)的無線模組需要不同尺寸的天線，來傳送不同頻帶的訊號，如GSM/CDMA信號、紫蜂信號(ZigBee)、WiFi信號、第三代無線通訊(3G)訊號，以及工業科學醫學(Institute for Supply Management；ISM)信號；或是2.4GHz、1800MHz、900MHz等多種頻率的信號，這些信號的頻帶相異，需要多種不同長度的天線來傳送與接收；此外，還需要考慮容置天線所需佔用的空間大小，若能夠減少容置天線所需要的空間，將有助於智慧型電表的安置。

第1A圖與第1B圖分別繪示本發明一實施例智慧型電表之天線結構示意圖與驅動機構示意圖。智慧型電表之天線結構主要由內層天線105以及外層天線107所構成，這些天線的材質為金屬，形狀主要為長片形，外層天 線107略微寬於內層天線105，但亦不排除其他形式的形狀與尺吋。外層天線107上開設數個刻槽103，刻槽103用來定位內層天線105，使內層天線105滑動至預定位置，以調整天線的總和長度。外層天線107與內層天線105接觸重疊。詳細來說，內層天線105與外層天線107受到驅動而調變其總和長度，以接收不同頻帶的訊號，信號頻率與天線總長度有關，呈現C=F λ的關係，其中，C為光速，F代表信號頻率，λ代表信號波長，天線的總長度越長，傳送的頻帶越低；天線總長度越短，傳送的頻帶越高。例如，內層天線105與外層天線107的總長度可以被調整來接收2.4GHz、1800MHz，或是900MHz的信號。

驅動機構主要由微控制器109、驅動裝置111、馬達113所組成，馬達113受微控制器109以及驅動裝置111控制，以滑動天線結構115中的內層天線105(或是外層天線107)，來調整天線總和長度，其中，微控制器109可透過通用型之輸入輸出(General Purpose I/O；GPIO)接腳來調整馬達的角度等，微控制器109的驅動程式則可由C程式語言完成。

原本需要多根天線來傳送多個頻帶的信號，藉由這樣的天線結構與驅動機制，只需一根天線就可以傳送不同頻帶的信號，可以有效克服多根天線之間的干擾問題，同時可以減少天線所佔用的空間。相較起寬頻的天線，本實施例的天線結構可以避免頻帶太廣所造成的雜訊干擾問題，改善收訊品質。

第2A、2B、2C圖係分別繪示本發明另一實施例智慧型電表之正面透視圖、內視圖與爆炸圖。具有無線傳輸功能之智慧型電表主要用來顯示電力資訊，並透過無線網路傳送這些電力資訊。由第2A圖以及第2B圖可以看出，智慧型電表由內而外主要包括圓柱形內殼201、環狀層203、內層天線205，以及外層天線207，其中內層天線205與外層天線207接觸重疊在一起，第2C圖更由內而外排列出這些元件。圓柱形內殼201之內部中空，各種電路結構，例如馬達、微控制器以及電力量測電路均可設置於此中空的內部當中；顯示區域215可設置於圓柱形內殼201上，以顯示電力資訊。

環狀層203環繞圓柱形內殼201，此環狀層203可為一滑軌，內層天線205依附於環狀層203，此內層天線205於環狀層203上滑動。外層天線207也依附於環狀層203並與內層天線205接觸重疊。內層天線205與外層天線207受到微控制器以及馬達驅動而調變其總和長度，以接收不同頻帶的訊號，其中，主要讓外層天線207固定不動，內層天線205則由馬達驅動而於外層天線207內滑動，但是也可以調換過來，讓內層天線205固定不動而讓外層天線207滑動。內層天線205與外層天線207可以用來接收第三代無線通訊(3G)訊號、紫蜂(Zigbee)信號，以及工業科學醫學(ISM)信號，此內層天線205與外層天線207主要呈長片型，但是亦不排除其它種形狀。

除了上述元件以外，智慧型電表更含至少一卡合件 209與圓柱形外殼211。卡合件209扣合內層天線205與外層天線207，此卡合件209上有一凸柱209a。圓柱形外殼211包覆結合圓柱形內殼201、環狀層203、內層天線205、外層天線207，以及卡合件209，卡合件209之凸柱209a突出於圓柱形外殼211之溝槽213內，以與圓柱形外殼211結合固定。圓柱形外殼211之頂面211a為透明狀，以透射圓柱形內殼201上所顯現之電力資訊，這些電力資訊可以是用電瓦數、用電度數，用電時間等等。

以上實施例的智慧型電表，可藉用自身的天線發送無線網路信號來傳遞電力資訊，電力公司不再需要請專人去抄表，不僅可以避免人為操作錯誤，還可以提高效率節省時間與金錢；甚至能夠加強家庭用電安全，結合科技與產業，實現智慧化生活模式。由於天線的長度可以根據接收與傳送的信號頻率來調整，不需要多根天線來接收多種頻率的信號，不但可以避免多根天線之間的雜訊干擾，改善收訊品質，更能夠減小容置天線所需要的容置空間體積。

以上實施例當中說明了許多實務上的細節。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中以簡單示意的方式繪示之。

103‧‧‧刻槽

105‧‧‧內層天線

107‧‧‧外層天線

Claims (9)

1. 一種具有無線傳輸功能之智慧型電表，用以顯示電力資訊，該智慧型電表包含：一圓柱形內殼；一環狀層，環繞該圓柱形內殼，一內層天線，依附於該環狀層，該內層天線於該環狀層上滑動；一外層天線，依附於該環狀層並與該內層天線接觸重疊；一微控制器；以及一馬達，受該微控制器控制以滑動該內層天線或是該外層天線，其中，該內層天線或該外層天線受到驅動而調變其總和長度，以接收不同頻帶的訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型電表，其中該外層天線固定不動，該內層天線則由該馬達驅動而於該外層天線內滑動。
3. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型電表，其中該外層天線上開設複數個刻槽，該些刻槽用來定位該內層天線，使該內層天線滑動至預定位置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型電表，其中該內層天線與該外層天線接收第三代無線通訊訊號(3G)、紫蜂 (Zigbee)信號，以及工業科學醫學(ISM)信號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型電表，其中該內層天線與該外層天線係呈長片型。
6. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型電表，更包含至少一卡合件，以扣合該內層天線與該外層天線。
7. 如申請專利範圍第6項所述之智慧型電表，其中該圓柱形內殼上設有一顯視區域，以透視電力資訊。
8. 如申請專利範圍第7項所述之智慧型電表，更包含一圓柱形外殼，包覆結合該圓柱形內殼、該環狀層、該內層天線、該天線外層，以及該卡合件，其中該卡合件之一凸柱突出於該圓柱形外殼之一溝槽內，以與該圓柱形外殼結合固定。
9. 如申請專利範圍第8項所述之智慧型電表，其中該圓柱形外殼之一頂面為透明狀，以透射該圓柱形內殼上所顯現之電力資訊。