TWI783225B - 一種電線資訊擷取系統及其方法 - Google Patents

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Abstract

一種電線資訊擷取系統，包括：RFID標籤、RFID讀取器及數據中心。RFID標籤用於取得電線的感測資訊，發送感測資訊及RFID標籤的識別資訊。RFID讀取器用於發射高頻電磁波觸發RFID標籤並收發RFID標籤發送的感測資訊及識別資訊。數據中心與RFID讀取器通訊連接，根據所接收的感測資訊及識別資訊判斷接收到的感測資訊種類，進行數據分析。

Description

一種電線資訊擷取系統及其方法
本發明係有關於取得電線電流以及電線周圍環境資訊的技術，且特別有關於一種無源無線的採集電線電流及溫溼度數據方法，利用電磁感應耦合的方式傳輸電能及數據，免安裝電池，並透過非接觸耦合的方式檢測電流，避免直接接觸電線金屬，安全可靠。
常用的電流測量為霍爾電流傳感器，基於磁平衡式霍爾原理從霍爾元件的控制電路端通入電流，並在霍爾元件上控制平面的法線方向施加磁感應強度的磁場，在垂直於電流和磁場方向將產生一個電動勢，大小正比於控制電流。然而，霍爾電流傳感器的缺點在於，器件的尺寸較大且處理電路並無集成化，不但不易安裝也無法於量測電流的同時量測溫濕度。
有鑑於此，本發明提供了一種電線資訊擷取的方法及系統，利用電磁感應耦合的方式傳輸電能及數據，透過RFID標籤設計成電線線夾的形式方便固定於待測電線上，尺寸小巧不用安裝電池，安裝更不需剪斷電線，利用RFID的識別編碼也可以方便後台數據中心可以判斷資訊來自哪個RFID標籤，以及判 斷所接收到的資訊類型亦於進行數據分類，屬於非接觸耦合的方式檢測電流，避免直接接觸電線金屬，提升安全性。
本發明實施例提供一種電線資訊擷取方法，該方法包括下列步驟：透過RFID讀取器發射高頻電磁波觸發RFID標籤；透過上述RFID標籤取得上述電線的感測資訊，上述感測資訊包含電線的電流、溫度及濕度；透過上述RFID標籤發送上述感測資訊及上述RFID標籤自身的識別資訊至上述RFID讀取器；透過數據中心與上述RFID讀取器通訊連結，上述RFID讀取器發送上述感測資訊及上述識別資訊至上述數據中心；透過上述數據中心根據上述識別資訊判斷接收到的上述感測資訊的種類，進行數據分析。
本發明實施例提供一種電線資訊擷取系統，包括：RFID標籤，其經由標籤線夾的形式夾住電線，用於取得上述電線的感測資訊，發送上述感測資訊及上述RFID標籤自身的識別資訊，上述感測資訊包含電線的電流、溫度及濕度；RFID讀取器，用於發射高頻電磁波觸發上述RFID標籤，收發上述RFID標籤所發送的上述感測資訊及上述識別資訊；數據中心，與上述RFID讀取器通訊連結，用於接收上述感測資訊及上述識別資訊，根據上述識別資訊判斷接收到的上述感測資訊的種類，進行數據分析。
以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
100:電線資訊擷取系統
110,210,310,400:RFID標籤
120,220,320:電線
130,730:RFID讀取器
140,740:數據中心
211,410:溫溼度感測器
212,402:線圈天線
213,401:微處理器
311:標籤線夾
330:磁力線
403:電晶體
404:電阻
405:第一電容
406:二極體
407:第二電容
408:放大器
409:類比/數位轉換器
411:放大電路
710:第一RFID標籤
711:第二RFID標籤
712:第N RFID標籤
720:第一電線
721:第二電線
722:第N電線
S501~S505,S601~S608:流程步驟
圖1係顯示本發明實施例之系統架構示意圖。
圖2係顯示本發明實施例之RFID標籤的平面結構示意圖。
圖3係顯示本發明實施例之RFID標籤線夾側面示意圖。
圖4係顯示本發明實施例之RFID標籤內部電路示意圖。
圖5係顯示本發明實施例之RFID讀取器在運作時的操作流程圖。
圖6係顯示本發明實施例之RFID標籤在運作時的操作流程圖。
圖7係顯示本發明實施例所述之電線資訊擷取系統應用情境圖。
為了能夠更清楚地理解本發明的上述目的、特徵和優點，下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。
在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在於限制本發明。
需要說明的是，在本發明中涉及“第一”、“第二”等的描述僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括至少一個該特徵。另外，各個實施例之間的技術方案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎，當技術方案的結合出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本發明要求的保護範圍之內。
圖1係顯示本發明實施例所述之電線資訊擷取系統架構示意圖。如圖1所示，電線資訊擷取系統100包括RFID標籤110、電線120、RFID讀取器130及數據中心140。RFID標籤110以標籤線夾的形式夾住電線120，RFID標籤110內包含線圈天線，當RFID標籤110的線夾夾住天線時，線圈天線構成的平面與電線120平行，使電線120輻射出的電磁波磁力線方向與RFID標籤110內的線圈天線的平面方向垂直，藉由電磁感應的無線方式，取得電線120的相關感測資訊。RFID讀取器120發出高頻電磁波磁場能量觸發RFID標籤110，使 RFID標籤110開始作動，RFID標籤110首先發出編碼指令使RFID讀取器120暫時停止發射高頻電磁波，RFID標籤110感應電線120輻射的電磁波產生電動勢，藉此取得電線120的電流值，並根據RFID標籤110內的溫溼度感測器取得電線120附近的溫度與濕度等環境感測資訊。RFID標籤110將收集到的電流值、溫度、濕度以及RFID標籤110自身的識別資訊發送至RFID讀取器130。RFID讀取器130與數據中心140以通訊連結，通訊連結方式可包含透過乙太網路的方式進行有線網路通訊的連結，也可透過4G、5G、Wi-Fi、藍芽的方式進行無線網路的連結。RFID讀取器130將RFID標籤110所回傳的電流值、溫度、濕度以及識別資訊發送至數據中心140，數據中心140根據識別資訊判斷所接收到的感測資訊種類，進行進一步的分類與數據分析。
圖2係顯示本發明實施例所述之RFID標籤的平面結構示意圖。如圖2所示，RFID標籤210中包含溫溼度感測器211、線圈天線212、微處理器213及標籤線夾214。其中RFID標籤210會透過標籤線夾214夾住電線220，圖2中的標籤線夾214僅為可夾住電線的示意圖，實際標籤線夾結構詳見圖3所述。溫溼度感測器211設置在靠近電線的那一側，使溫溼度感測器211盡可能的靠近電線220用以取得電線周圍環境的溫度與濕度。微處理器213與溫溼度感測器211採電性連接，溫溼度感測器211將收集到的溫度與濕度資訊發送至微處理器213。另外，微處理器213與線圈天線212電性連接，線圈天線212用於收發電磁波，接收來自RFID讀取器發射的高頻電磁波耦合出第一感應電動勢產生觸發信號，用來驅動RFID標籤210，線圈天線212亦接收電線220輻射的電線電磁波耦合出第二感應電動勢，經由擷取電線的電磁波產生電流資訊，透過微處理器213處理，藉此取得電線220的相關資訊，微處理器213將取得的溫溼度感測資訊以及電線220的相關資訊透過線圈天線212與RFID讀取器進行無線通訊的傳輸，將溫溼度感測資訊、電線220的相關資訊以及RFID標籤210自身的識別資訊發送至RFID讀取器。
圖3係顯示本發明實施例所述之標籤線夾俯視圖。如圖3所述，RFID標籤310一側具有標籤線夾311，標籤線夾311為楔型並具有缺口的夾子狀，可以直接套夾在電線320上，RFID標籤310內設置有線圈天線，當標籤線夾311夾住電線320時，線圈天線構成的平面與電線320平行，圖3中所述的電線320是以截面的角度表示，其中，線圈天線形成的平面的法線方向與電線320的延伸方向形成正交，電線320所產生的電磁波以磁力線330表示，如圖3所示，當標籤線夾311夾住天線320時，磁力線330垂直進入RFID標籤310平面(如圖3中箭頭的方向所示)，磁力線330與RFID標籤310內的線圈天線形成的平面垂直，使RFID標籤310內的線圈天線得以獲得最大磁通量。
圖4係顯示本發明實施例所述之RFID標籤的內部電路示意圖。如圖4所示，RFID標籤400的內部電路包含微處理器401、線圈天線402、電晶體403、電阻404、第一電容405、二極體406、第二電容407、放大器408、類比/數位轉換器409以及溫溼度感測器410。其中，電晶體403、電阻404、第一電容405、二極體406、第二電容407以及放大器408組成放大電路411。RFID標籤400中的線圈天線402耦合RFID讀取器和接收到待測電線所發射的電磁波感應出電荷，電荷會儲存到第一電容405，當第一電容405中的電荷比第二電容407多的時候，第一電容405通過二極體406將電荷轉移到第二電容407，當第二電容407達到特定電壓後觸發微處理器401。當微處理器401被觸發後，首先發出編碼指令使RFID讀取器暫時停止發送高頻電磁波，此時RFID標籤400上的線圈天線402只能感應到電線輻射所產生的電磁波，透過線圈天線產生第二感應電動勢對第一電容405充電，因而對路徑上的電阻404產生電壓，微處理器401透過類比/數位轉換器409讀取放大電路411中電阻404的電壓數據，根據所量測到的電壓數據以及電阻404的已知電阻值藉此計算出待量測電線的電流資訊。溫溼度感測器410與微處理器401以 電性連接，溫溼度感測器410將採集到的溫度及濕度資訊傳送至微處理器401。微處理器401將RFID標籤400自身的識別資訊、電阻404量測到的電壓以及溫溼度感測器410所取得的溫度、濕度資訊透過線圈天線402發送給RFID讀取器，當RFID讀取器收到之後重新發射高頻電磁波，同時得到對應的RFID標籤400編號及其數據，藉此監測電線電流大小及溫溼度。
圖5係顯示本發明實施例所述之RFID讀取器在運作時的操作流程圖。如圖5所示，步驟S501，RFID讀取器發射高頻電磁波，藉此驅動接收到高頻電磁波的RFID標籤。步驟S502，判斷是否接收到RFID標籤發出的指令，若沒收到RFID標籤發出的指令，則執行步驟S501持續發射高頻電磁波，若有收到RFID標籤發出的指令，執行步驟S503。步驟S503，暫停發送高頻電磁波。步驟S504，判斷是否接收到RFID標籤發出的感測資訊，若沒有收到RFID標籤發出的感測資訊執行步驟S503暫停發射高頻電磁波，等待接收RFID標籤發出的感測資訊，當收到RFID標籤發出的感測資訊時，回到步驟S501 RFID讀取器發射高頻電磁波。
圖6係顯示本發明實施例所述之RFID標籤在運作時的操作流程圖。如圖6所示，步驟S601，RFID標籤判斷是否接收到高頻電磁波，若未收到高頻電磁波回到開始步驟持續等待，若有收到高頻電磁波，執行步驟S602。步驟S602，RFID標籤的線圈天線受到高頻電磁波感應會產生感應電荷，將產生的感應電荷儲存於RFID標籤電路中的第一電容中。步驟S603，比較第一電容與第二電容電壓，當第一電容電壓低於第二電容電壓時，回到步驟S602繼續將產生的感應電荷儲存於第一電容，當第一電容電壓高於第二電容時，執行步驟S604觸發微處理器。步驟S604，當微處理器被觸發後，首先會發送指令至RFID讀取器，通知RFID處理器暫停發射高頻電磁波。步驟S605，由於已經通知RFID讀取器停止發射高頻電磁波了，因此RFID標籤內的線圈天線會根據待測電線周圍電磁能量產 生的感應電動勢對第一電容充電，會在電阻上產生電壓。步驟S606，RFID標籤中的微處理器開始讀取電阻的電壓值以及溫溼度感測器的溫度、濕度資訊，當微處理器尚未取得電阻的電壓值及溫度、濕度資訊會執行步驟S605持續對第一電容充電，當微處理器已經取得電阻的電壓值及溫、濕度資訊後，執行步驟S607。步驟S607，RFID標籤會將自身的識別資訊、電阻的電壓值、溫度及濕度資訊發送至RFID讀取器，然後回到步驟S601等待接收高頻電磁波。
圖7係顯示本發明實施例所述之電線資訊擷取系統應用情境圖。如圖7所示，所述應用情境包含第一RFID標籤710、第二RFID標籤711、第N RFID標籤712、第一電線720、第二電線721、第N電線722、RFID讀取器730及數據中心740。所述應用情境設置多個RFID標籤，用於量測不同位置的電線資訊，其中第一RFID標籤710用於量測第一電線720的第一電線資訊，第二RFID標籤711用於量測第二電線721的第二電線資訊，第N RFID標籤712用於量測第N電線722的第N電線資訊，第一RFID標籤710將量測到的第一電線資訊及第一RFID標籤710自身的識別資訊發送至RFID讀取器730、第二RFID標籤711將量測到的第二電線資訊及第二RFID標籤711自身的識別資訊發送至RFID讀取器730、第N RFID標籤712將量測到的第N電線資訊及第N RFID標籤712自身的識別資訊發送至RFID讀取器730，RFID讀取器730將接收到的電線資訊及對應的RFID標籤識別資訊發送給數據中心740，數據中心740根據識別資訊中的識別碼可以判斷電線資訊來自哪個RFID標籤、電線資訊的類型(電線電流、電壓、溫度、濕度)，數據中心可根據所收集到的電線資訊進行相對應的數據分析，提供給使用者。例如將第一RFID標籤、第二RFID標籤及第N RFID標籤所擷取到的電流值進行用電資訊的比較，又或者偵測到異常的溫度、濕度時，判斷是由哪個RFID標籤所回傳的，通知管理者根據RFID標籤所在位置前往排除異常。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應該理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。
100:電線資訊擷取系統
110:RFID標籤
120:電線
130:RFID讀取器
140:數據中心

Claims (9)

  1. 一種電線資訊擷取方法，該方法包括下列步驟：透過RFID讀取器發射高頻電磁波觸發RFID標籤；透過上述RFID標籤發射觸發訊號給上述RFID讀取器，通知上述RFID讀取器暫停發射上述高頻電磁波；透過上述RFID標籤取得上述電線的感測資訊，上述感測資訊包含電線的電流、溫度及濕度；透過上述RFID標籤發送上述感測資訊及上述RFID標籤自身的識別資訊至上述RFID讀取器，上述RFID讀取器接收到上述感測資訊後，恢復發射上述高頻電磁波；透過數據中心與上述RFID讀取器通訊連結，上述RFID讀取器發送上述感測資訊及上述識別資訊至上述數據中心；以及透過上述數據中心根據上述識別資訊判斷接收到的上述感測資訊的種類，進行數據分析。
  2. 如請求項1之電線資訊擷取方法，其中，上述識別資訊包含上述RFID標籤的編號、上述感測資訊的識別碼，根據上述識別碼判斷上述感測資訊的種類。
  3. 如請求項1之電線資訊擷取方法，其中，上述通訊連結方式，包含：透過乙太網路的方式進行有線網路通訊的連結以及透過4G、5G、Wi-Fi、藍芽的方式進行無線網路的連結。
  4. 如請求項1之電線資訊擷取方法，該方法更包括下列步驟：透過第一RFID標籤取得第一電線的第一電線資訊，發送上述第一電線資訊及上述第一RFID標籤自身的第一識別資訊；透過第二RFID標籤取得第二電線的第二電線資訊，發送上述第二電線資訊及上述第二RFID標籤自身的第二識別資訊；透過上述RFID讀取器接收上述第一電線資訊、上述第一識別資訊、上述第二電線資訊及上述第二識別資訊，並將上述第一電線資訊、上述第一識別資訊、上述第二電線資訊及上述第二識別資訊發送至上述數據中心； 透過上述數據中心根據上述第一識別資訊判斷上述第一電線資訊來自上述第一RFID標籤，根據上述第二識別資訊判斷上述第二電線資訊來自第二RFID標籤。
  5. 一種電線資訊擷取系統，包括：RFID標籤，用於取得上述電線的感測資訊，發送上述感測資訊及上述RFID標籤自身的識別資訊，其中上述感測資訊包含上述電線的電流、溫度及濕度；RFID讀取器，用於發射高頻電磁波觸發上述RFID標籤，收發上述RFID標籤所發送的上述感測資訊及上述識別資訊；數據中心，與上述RFID讀取器通訊連結，用於接收上述感測資訊及上述識別資訊，根據上述識別資訊判斷接收到的上述感測資訊的種類，進行數據分析。
  6. 如請求項5之電線資訊擷取系統，其中，上述RFID標籤，包括：標籤線夾，用以夾住上述電線；溫溼度感測器，用於取得上述溫度及上述濕度，以產生溫溼度資訊；線圈天線，用於接收上述RFID讀取器發射的上述高頻電磁波，接收上述電線輻射的電線電磁波，以及發送上述感測資訊及上述識別資訊，並根據上述高頻電磁波耦合出第一感應電動勢，根據上述電線電磁波產生第二感應電動勢；放大電路，電性連接於上述線圈天線，根據上述第一感應電動勢產生一觸發信號，根據上述第二感應電動勢產生電流資訊；以及微處理器，耦接於上述溫溼度感測器，根據上述觸發信號透過上述線圈天線通知上述RFID讀取器暫停發送上述高頻電磁波，透過上述放大電路取得上述電流資訊，並根據上述溫溼度資訊與上述電流資訊產生上述感測資訊。
  7. 如請求項5之電線資訊擷取系統，其中，上述識別資訊包含上述RFID標籤的編號、上述感測資訊的識別碼，根據上述識別碼判斷上述感測資訊的種類。
  8. 如請求項5之電線資訊擷取系統，其中，上述通訊連結方式，包含：透過乙太網路的方式進行有線網路通訊的連結以及透過4G、5G、Wi-Fi、藍芽的方式進行無線網路的連結。
  9. 如請求項5之電線資訊擷取系統，更包括： 第一RFID標籤，用於取得第一電線的第一電線資訊，發送上述第一電線資訊及上述第一RFID標籤自身的第一識別資訊；第二RFID標籤，用於取得第二電線的第二電線資訊，發送上述第二電線資訊及上述第二RFID標籤自身的第二識別資訊；上述RFID讀取器接收上述第一電線資訊、上述第一識別資訊、上述第二電線資訊及上述第二識別資訊，並將上述第一電線資訊、上述第一識別資訊、上述第二電線資訊及上述第二識別資訊發送至上述數據中心；以及上述數據中心根據上述第一識別資訊判斷上述第一電線資訊來自上述第一RFID標籤，根據上述第二識別資訊判斷上述第二電線資訊來自第二RFID標籤。
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