專利名稱：一種集無線網(wǎng)絡(luò)通訊功能的電器能耗監(jiān)測電源線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種專用電源線，尤其是涉及一種支持無線網(wǎng)絡(luò)通訊的電器能耗監(jiān)測 電源線。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，全球能源問題、環(huán)境問題日益嚴(yán)重，低碳經(jīng)濟(jì)、低碳生活方式的理念漸漸深 入人心。為進(jìn)一步促進(jìn)節(jié)能減排，我國正準(zhǔn)備采取梯形電價的用電收費方式。對于用戶而 言，如何合理用電關(guān)系到了自己的生活成本、經(jīng)營成本，故用戶需實時了解自己各電器的用 電情況，合理使用并降低用電成本。目前，市場上所售以及各用戶所擁有的家用電器、辦公 電器一般都不帶能耗監(jiān)測單元及網(wǎng)絡(luò)通訊單元。而當(dāng)前的能耗監(jiān)測主要以戶為單位，對整 棟辦公樓或公寓進(jìn)行能耗信息管理，并沒有微觀到每個用電設(shè)備。若要組建以用電設(shè)備為 單位的能耗監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，則需更新現(xiàn)有電器設(shè)備，所需成本巨大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種既可向電器設(shè)備提供電能，同時又能采集能耗相關(guān)信息 并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸能耗信息的電源線。一種集成無線網(wǎng)絡(luò)通訊功能的電器能耗監(jiān)測電源線，包括插頭和導(dǎo)線，其特征在 于，在所述插頭或?qū)Ь€處設(shè)置有電能計量單元和無線通訊單元，電能計量單元實時采集電 器能耗數(shù)據(jù)，并通過無線通訊單元傳送給外部監(jiān)控中心。所述的電器能耗監(jiān)測電源線還包括電信號轉(zhuǎn)換單元，用于將流過導(dǎo)線的實際工頻 電流電壓轉(zhuǎn)換為電能計量模塊承受的工作電壓電流范圍內(nèi)，并傳送給電能計量單元。所述電信號轉(zhuǎn)換單元還利用獲取的工頻電流向電能計量單元和無線通訊單元供 H1^ ο所述電能計量單元和無線通訊單元采用電池供電。所述電能計量單元和無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元單獨或者合用一嵌入式微處理器。所述電能計量單元采用數(shù)字電能計量芯片。所述無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與其它電源線的無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元構(gòu)成 無線網(wǎng)絡(luò)。所述無線網(wǎng)絡(luò)采用zigbee或Bluetooth或Wi-Fi通信協(xié)議。本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在原有電源線是插頭與其電連接的導(dǎo)線組成，將電能傳 輸給電器機體電路。本發(fā)明將集成無線網(wǎng)絡(luò)通訊和電能計量功能的模塊設(shè)置在電源線插頭 的殼體內(nèi)，或在電源線的導(dǎo)線上設(shè)置一殼體，將其裝入殼體內(nèi)。其中無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元與電 能計量單元可合用嵌入式微處理器，該微處理器采集電量信號并運算出能耗信息，然后根 據(jù)相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送能耗信息，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并顯著降低系統(tǒng)成本；也可由 專門的電能計量芯片，實現(xiàn)電能的計量，并將電能數(shù)據(jù)通過SPI等接口傳給支持網(wǎng)絡(luò)通訊 協(xié)議的嵌入式微處理器，后由射頻電路通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控中心。無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊也可接收監(jiān)控中心命令，讓電源線按要求采集發(fā)送電能數(shù)據(jù)。在面積比較大的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中， 部分電源線可選用可帶路由功能的無線通訊模塊。各單元工作電源可由電源線上電流變換 得到，或由電池提供。電源線導(dǎo)線為銅制導(dǎo)線，截面積與普通電源線導(dǎo)線處在同一范圍，且 為一多芯護(hù)套導(dǎo)線。在電器設(shè)備主體不作任何改動的情況下，用本發(fā)明提供的電源線替換電器設(shè)備原 有的普通電源線，既能保證原有電器的正常使用，又能通過無線網(wǎng)絡(luò)實時得到其能耗信息。 同時，由于該電源線的無線網(wǎng)絡(luò)通訊這一特征，電器設(shè)備可以以非常經(jīng)濟(jì)的方式融入不斷 發(fā)展完善的家居智能化網(wǎng)絡(luò)或樓宇智能化網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)各無線網(wǎng)絡(luò)通訊方式的特點，配備該電源線的電器設(shè)備可組建經(jīng)濟(jì)便捷的能 耗監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。如zigbee網(wǎng)絡(luò)，在一般家庭應(yīng)用中，所有的電源線無線通訊模塊都可以僅僅 作為通訊終端，使實現(xiàn)方案相對廉價。若在面積比較大的辦公樓等場合，可讓部分電源線的 無線通訊模塊作為網(wǎng)絡(luò)路由器，負(fù)責(zé)找尋、建立以及修復(fù)網(wǎng)絡(luò)報文的路由信息，并負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā) 網(wǎng)絡(luò)報文，以實現(xiàn)大面積、長距離的能耗監(jiān)控；藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)，可在家庭應(yīng)用中監(jiān)測少量用電設(shè) 備，所有電源線都作為終端設(shè)備，其接受設(shè)備非常普及，手機、電腦都可以充當(dāng)，可降低整體 成本；Wi-Fi，其覆蓋面積較大，允許接入的終端設(shè)備眾多，電源線都可作為終端設(shè)備接入網(wǎng) 絡(luò)，同藍(lán)牙一樣，其接收設(shè)備非常普及，并且可將信息直接傳入互聯(lián)網(wǎng)，亦可降低成本。


圖1為本發(fā)明實施例示意圖，其中圖1-1為本發(fā)明實施例一的俯視視圖，圖1-2為 本發(fā)明實施例一的側(cè)視圖，圖1-3為本發(fā)明實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明電路原理示意圖。圖3為本發(fā)明可采用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，其中3-1為zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，圖3_2 為Bluetooth網(wǎng)絡(luò)拓補圖，圖3-3為Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)拓補圖。
具體實施例方式以下內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 該發(fā)明的具體實施僅限于以上說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不 脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明由所提交 的權(quán)利要求書確定的專利保護(hù)范圍。下面結(jié)合實例和附圖對本發(fā)明作說明。本發(fā)明實施例一見圖1，將電信號轉(zhuǎn)換單元1、電能計量單元2、無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元 3設(shè)置在插頭殼體4。當(dāng)有電流流過電源線時，其中電信號轉(zhuǎn)換單元1將取工頻電流電壓并 轉(zhuǎn)換，讓其適合電能計量單元采集，同時也給各模塊供電。其處理器將根據(jù)采集到的電信號 運算出功率、電能等所需信息。當(dāng)無線網(wǎng)絡(luò)通訊功能被喚醒后，上述信息將通過無線收發(fā)單 元傳送至無線網(wǎng)絡(luò)，以供網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器接收。其中7為功能開關(guān)，可控制采集和通訊功能的使 能和關(guān)閉。8為天線，是無線信號的發(fā)射端。本發(fā)明實施例二見圖1-3，與實施一不同的是將電信號轉(zhuǎn)換單元1、電能計量單元 2、無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元3置于導(dǎo)線5之間的殼體6。圖2為該電源線電路原理示意圖。電信號轉(zhuǎn)換單元1包括電流采樣電阻和電壓分壓電路，電流采樣電阻采用一小阻值的錳銅。電流信號通過實際電流流過電流采樣電阻所 得電壓再比例換算獲得，電壓信號通過分壓電路對實際電壓分壓獲得。電能計量單元將通 過獲得的電流和電壓信號，運算得到功率、能耗等電能信息。電能計量單元可由數(shù)字電能計 量芯片完成，如AD7750等。電能計量也可由處理通訊協(xié)議的微處理器(帶AD)完成。不同 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用的微處理器不同。在zigbee無線網(wǎng)絡(luò)中，微處理器可用TI公司的CCM30芯 片，其片上系統(tǒng)是高度集成的解決方案，僅需很少的外置元件，可支持快速、廉價的zigbee 節(jié)點的構(gòu)建。在藍(lán)牙(Bluetooth)網(wǎng)絡(luò)中，可選用愛立信公司所生產(chǎn)的R0K101008模塊，它 集成了射頻單元和基帶控制器，可方便高效地接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中，可使用 GainSpan公司生產(chǎn)的芯片GS1010，它將網(wǎng)絡(luò)處理器模塊和無線收發(fā)模塊集成在一起，實現(xiàn) 了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的無線化、微型化。以上模塊的電源可由電源線上流過電流變換得到，如使用小 型變壓器降壓后整流，然后穩(wěn)壓。也可以內(nèi)置電池提供，或者是兩種方式配合提供。圖3-1為集成zigbee網(wǎng)絡(luò)功能的電器能耗監(jiān)測電源線間的一般網(wǎng)絡(luò)建立方式。一 個主zigbee節(jié)點可管理邪4個子節(jié)點，同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理，最終可組 成65000個節(jié)點的大網(wǎng)。在小范圍內(nèi)，該電源線都可作為網(wǎng)絡(luò)終端，即通訊部分采用精簡功 能的zigbee模塊，與包含zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的監(jiān)控中心通訊；在較大范圍內(nèi)，部分電源線 可集成全功能的zigbee模塊，作為網(wǎng)絡(luò)路由器，擴(kuò)大整個網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。圖3-2為集成Bluetooth網(wǎng)絡(luò)功能的電源線間的一般網(wǎng)絡(luò)建立方式。每個藍(lán)牙微 微網(wǎng)最多只能配置七個從設(shè)備(slave)，主設(shè)備(master)的時鐘和跳頻序列用于同步同一 個微微網(wǎng)中的從設(shè)備，多個獨立的非同步的微微網(wǎng)又可以形成分布式網(wǎng)絡(luò)，各個微微網(wǎng)通 過使用不同的跳頻序列加以區(qū)分。故7根電源線可作為從設(shè)備，和一個藍(lán)牙主模塊組成一 個微微網(wǎng)。同時可通過多個微微網(wǎng)形成分布式網(wǎng)絡(luò)來擴(kuò)大從設(shè)備容量。圖3-3為集成Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)功能的電源線間的一般網(wǎng)絡(luò)建立方式。其基本網(wǎng)絡(luò)為星 形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)也組建網(wǎng)狀網(wǎng)，其內(nèi)接入點(AP)被用作路由器，彼此自動發(fā)現(xiàn)，可 經(jīng)過幾跳轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)。電源線可作為客戶端，與主設(shè)備形成星狀網(wǎng)，可同通過路由擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆 蓋范圍和容量。
權(quán)利要求
1.一種集成無線網(wǎng)絡(luò)通訊功能的電器能耗監(jiān)測電源線，包括插頭和導(dǎo)線，其特征在于， 在所述插頭或?qū)Ь€處設(shè)置有電能計量單元和無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元，電能計量單元實時采集電 器能耗數(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元傳送給外部監(jiān)控中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電器能耗監(jiān)測電源線，其特征在于，還包括電信號轉(zhuǎn)換單元， 用于將流過導(dǎo)線的實際工頻電流電壓轉(zhuǎn)換為電能計量模塊承受的工作電壓電流范圍內(nèi)，并 傳送給電能計量單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電器能耗監(jiān)測電源線，其特征在于，所述電信號轉(zhuǎn)換單元還 利用獲取的工頻電流向電能計量單元和無線通訊單元供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電器能耗監(jiān)測電源線，其特征在于，所述電能計量單元和無 線網(wǎng)絡(luò)通訊單元采用電池供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的電器能耗監(jiān)測電源線，其特征在于，所述電能計量單 元和無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元單獨或者合用一嵌入式微處理器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電器能耗監(jiān)測電源線，其特征在于，所述電能計量單元采用 數(shù)字電能計量芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電器能耗監(jiān)測電源線，其特征在于，所述無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元 通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與其它電源線的無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電器能耗監(jiān)測電源線，其特征在于，所述無線網(wǎng)絡(luò)采用 zigbee 或 Bluetooth 或 Wi-Fi 通信協(xié)議。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集成無線網(wǎng)絡(luò)通訊功能的電器能耗監(jiān)測電源線，在普通供電電纜上集成電能計量模塊和無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，在電器通電時完成電能數(shù)據(jù)的采集和通訊。其中，電能計量單元對流過電源線的電流進(jìn)行電壓電流的采樣及處理，并將得到的數(shù)據(jù)輸入無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元；而無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元可根據(jù)自身協(xié)議加入相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，并將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳給帶有相對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的監(jiān)控中心，實現(xiàn)對電器設(shè)備能耗的監(jiān)測。日常使用的電器設(shè)備都帶有普通電源線，而該電源線在不改動電器設(shè)備主體硬件的情況下，僅僅通過在電源線上集成計量傳輸模塊，方便地實現(xiàn)了能耗監(jiān)測。在現(xiàn)實生活中，該電源線非常適用于工頻供電的家庭家用電器及辦公樓的相關(guān)電器的能耗監(jiān)測。
文檔編號H01R13/66GK102064436SQ20101054070
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者丁鵬程, 謝劍鋒, 韓小濤 申請人:華中科技大學(xué)