一種ble藍牙低功耗智能電能表的制作方法
【專利摘要】一種BLE藍牙低功耗智能電能表，涉及一種電能表，所述電能表包括MCU、顯示模塊、紅外通信模塊、藍牙通信模塊、電能計量模塊、繼電器控制模塊、485通信模塊、按鍵處理模塊、電源管理模塊；其中，MCU與顯示模塊通過I2C總線連接，MCU與紅外通信模塊通過UART總線連接，MCU與藍牙通信模塊通過UART總線連接，電能計量模塊與MCU通過SPI總線連接，MCU與繼電器控制模塊通過GPIO總線連接，MCU與485通信模塊通過UART總線連接，MCU與按鍵處理模塊通過GPIO總線連接，電源管理模塊直接與MCU連接。該電能表為一種應(yīng)用BLE藍牙低功耗無線智能的電能表，解決現(xiàn)有智能電能表不能直接與移動便攜設(shè)備連接的問題。
【專利說明】
-種BLE藍牙低功耗智能電能表
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型設(shè)及一種電能表，特別是設(shè)及一種BLE藍牙低功耗智能電能表。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能手機的普及和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的智能設(shè)備通過無線通 信方式與智能手機連接，用戶可W直接在手機上查看各種需要的信息，使人們的生活越來 越便捷。
[0003] 但目前國內(nèi)廣泛使用的智能電能表并不具備物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)功能，僅能與采集器、 集中器通過載波、485或微功率無線方式通信，或者使用專用紅外設(shè)備抄表，用電用戶不能 使用智能手機或其它移動便攜設(shè)備與電能表連接并采集用電信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型的目的在于提供一種化E藍牙低功耗智能電能表，該電能表為一種應(yīng) 用化E藍牙低功耗無線智能的電能表，解決現(xiàn)有智能電能表不能直接與移動便攜設(shè)備連接 的問題。
[0005] 本實用新型的目的是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] 一種化E藍牙低功耗智能電能表，所述電能表包括MCU、顯示模塊、紅外通信模塊、 藍牙通信模塊、電能計量模塊、繼電器控制模塊、485通信模塊、按鍵處理模塊、電源管理模 塊;其中，MCU與顯示模塊通過I2C總線連接，MCU與紅外通信模塊通過UART總線連接，MCU與 藍牙通信模塊通過UART總線連接，電能計量模塊與MCU通過SPI總線連接，MCU與繼電器控制 模塊通過GPI0總線連接，MCU與485通信模塊通過UART總線連接，MCU與按鍵處理模塊通過 GPI0總線連接，電源管理模塊直接與MCU連接。
[0007] 所述的一種BLE藍牙低功耗智能電能表，所述電表箱中安裝采集器。
[000引所述的一種BLE藍牙低功耗智能電能表，所述采集器與每只集中器連接。
[0009] 所述的一種BLE藍牙低功耗智能電能表，所述采集器逐一與電能表連接。
[0010] 本實用新型的優(yōu)點與效果是：
[0011] (1)本發(fā)明使用藍牙通信，所有手機及平板電腦等移動設(shè)備均支持藍牙通信，方便 用戶采集電能表用電信息；
[0012] (2)采用化E藍牙低功耗技術(shù)，電能表功耗大幅降低，與載波或微功率無線電能表 相比，每只電能表平均功耗下降0.3W左右；
[0013] (3)電池供電狀態(tài)下，電能表依然可W通過化E藍牙低功耗技術(shù)發(fā)送廣播數(shù)據(jù)，采 集設(shè)備可W在電能表停電狀態(tài)下通過藍牙通信采集電能表用電數(shù)據(jù)，而載波和微功率無線 電能表在停電狀態(tài)下電能表不能向外發(fā)送數(shù)據(jù)；
[0014] (4)電能表隨機時間間隔發(fā)送可連接非定向廣播，用戶不需要主動連接電能表即 可方便采集當前用電量和上一日凍結(jié)電能量，也可W主動與電能表連接采集所有用電數(shù) 據(jù)；
[0015] (5)采集設(shè)備只需要每天零點與電能表連接采集用電數(shù)據(jù)，平時不需要連接電能 表，大大降低了采集設(shè)備的功耗；
[0016] (6)用戶在智能手機上安裝專用的電能采集軟件，每天經(jīng)過電能表時軟件自動采 集電能表廣播的數(shù)據(jù)，并記錄用電數(shù)據(jù)，自動生成用電曲線，使用方便；
[0017] 口)廣播命令包含電能表地址，用戶和采集設(shè)備可從采集指定電能表的用電數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本申請的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意圖；
[0019] 圖2是本申請的電能表所包含的服務(wù)示意圖；
[0020] 圖3是本申請的電能表構(gòu)件結(jié)構(gòu)圖；
[0021] 圖4是本申請的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖所示實施例對本實用新型進行詳細說明。
[0023] 本實用新型藍牙低功耗無線通信頻率為2.4G化~2.4835G化，將其分為40個通道， 中屯、頻率按下述公式計算：
[0024] f=2.402+k 巧 公式 1
[0025] 其中，k=0，l，2,……，39，f單位為細z。
[00%]其中，通道k=0，12，39為廣播通道，k=其它為數(shù)據(jù)通道。
[0027] 電能表具有巧巾工作狀態(tài)，如圖1所示:廣播狀態(tài)，待機狀態(tài)，連接狀態(tài)。
[0028] 當電能表處于"廣播狀態(tài)"，電能表每次發(fā)送廣播后待機0.02秒~10.24秒，每次廣 播前產(chǎn)生一個0ms~10ms的隨機延時，運個延時被加在廣播中，W避免多個電能表同時廣播 引起數(shù)據(jù)沖突。每次廣播電能表在k=0，12,39的信道分別發(fā)送廣播數(shù)據(jù)。電能表發(fā)送廣播數(shù) 據(jù)后，等待采集設(shè)備發(fā)起掃描請求。
[0029] 當電能表處于"連接狀態(tài)"，且不再需要與采集設(shè)備連接時，電能表主動斷開連接， 進入"待機狀態(tài)"。如果電能表處于"連接狀態(tài)"，且超過5秒沒有數(shù)據(jù)傳輸，則電能表主動斷 開連接，進入"待機狀態(tài)"。當因連接丟失而斷開連接時，電能表嘗試重新連接采集設(shè)備。超 過30秒未與任何采集設(shè)備連接，為了降低電能表功耗，電能表自動進入"待機狀態(tài)"。
[0030] 當電能表處于"待機狀態(tài)"，且有采集設(shè)備發(fā)送連接請求嘗試與電能表連接時，前 10秒內(nèi)電能表嘗試與采集設(shè)備連接，并判斷采集設(shè)備是否在"白名單"中，如果該采集設(shè)備 在"白名單"中，則與該設(shè)備連接，電能表進入"連接狀態(tài)"，且電能表為從設(shè)備，采集設(shè)備為 主設(shè)備;超過10秒后，電能表嘗試與任意采集設(shè)備連接，并且允許電能表與新的采集設(shè)備連 接;如果在30秒內(nèi)未成功建立連接，則停止嘗試連接，電能表保持"待機狀態(tài)"。
[0031] 電能表與采集設(shè)備的連接過程為：電能表工作在外圍設(shè)備模式下，采集設(shè)備工作 在中央設(shè)備模式下。電能表發(fā)送廣播，采集設(shè)備掃描正在發(fā)廣播的電能表，當電能表接收到 采集設(shè)備的掃描請求后，向采集設(shè)備發(fā)送掃描回應(yīng)數(shù)據(jù)。采集設(shè)備接收到掃描回應(yīng)數(shù)據(jù)后， 發(fā)起連接請求。
[0032] 為了降低電能表功耗，電能表發(fā)送可連接非定向廣播，在其廣播的數(shù)據(jù)報文中包 含服務(wù)數(shù)據(jù)廣播的類型和變化索引標志，W達到減少不必要連接請求的目的。其中，變化索 引標志為一個2字節(jié)的偽隨機數(shù)，用于采集設(shè)備判斷電能表狀態(tài)是否變化，只有當變化索引 標志的偽隨機數(shù)變化時，采集設(shè)備才重新與電能表連接，并讀取電能表的數(shù)據(jù)。
[0033] 為了達到使采集設(shè)備區(qū)分并連接電能表的目的，電能表發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)包括電能 表的表號、當前正向有功總電能量和上一日正向有功總電能量，但認證及密文數(shù)據(jù)不使用 廣播發(fā)送。
[0034] 電能表每0.5秒~5秒發(fā)送一次廣播命令，廣播命令格式如下表所示：
[0035]
命令中，前導(dǎo)固定為OxAA，訪問地址固定為0x8E89肥D6。所有采集設(shè)備(包括采集器和 移動設(shè)備等)都可W接收電能表發(fā)出的廣播命令。
[0036] 為防止表號中連續(xù)出6個W上的"0"或"Γ。發(fā)送前將6字節(jié)的電能表通信地址轉(zhuǎn)換 為BCD格式后加0x33, W最后的結(jié)果作為電能表地址。電能表的地址用于采集設(shè)備區(qū)分電能 表，W便于采集指定電能表的數(shù)據(jù)或與其連接。類似地，為了防止用電量連續(xù)出現(xiàn)6個W上 的"0"或"Γ，將電能量轉(zhuǎn)換為BCD格式后加0x33, W最后的結(jié)果作為電能表的用電量。
[0037] CRC校驗用于驗證廣播命令數(shù)據(jù)是否正確。
[0038] 為了盡量縮短傳輸數(shù)據(jù)長度，所W電能表在廣播數(shù)據(jù)中僅傳輸當前正向有功總電 能量和上一日正向有功總電能量。便于移動設(shè)備通常接收當前用電量，便于電能采集設(shè)備 接收凍結(jié)電量。廣播數(shù)據(jù)的格式如下：
其中，廣播類型固定為ADV_IND，可連接非定向廣播。
[0041] 其中，TxAdd固定為1，表示使用電能表通信地址作為廣播地址。
[0042] 其中，RxAdd固定為0。
[0043] 其中，數(shù)據(jù)長度為電能表地址與廣播數(shù)據(jù)相加的總長度。
[0044] 電能表包括4個主要的服務(wù)程序，如圖2所示：電能計量服務(wù)，數(shù)據(jù)處理服務(wù)，電池 管理服務(wù)，顯示服務(wù)。
[0045] 所述的電能計量服務(wù)，用于電能表采集電能累積量和實時用電量數(shù)據(jù)；
[0046] 所述的數(shù)據(jù)處理服務(wù)，用于處理電能計量服務(wù)采集的電能相關(guān)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)計 算結(jié)果存儲，W備其它程序直接調(diào)用；
[0047] 所述的電池管理服務(wù)，用于管理電能表電源和備用電源的切換；
[004引所述的顯示服務(wù)，用于顯示電能計量服務(wù)中采集的電能數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)處理服務(wù) 處理的數(shù)據(jù)，顯示從通信單元獲取的數(shù)據(jù)。
[0049]圖3是BLE藍牙低功耗智能電能表的構(gòu)件結(jié)構(gòu)圖，具體包括:MCU、顯示模塊、紅外通 信模塊、藍牙通信模塊、電能計量模塊、繼電器控制模塊、485通信模塊、按鍵處理模塊、電源 管理模塊。其中，MCU與顯示模塊通過I2C總線連接，MCU與紅外通信模塊通過UART總線連接， MCU與藍牙通信模塊通過UART總線連接，電能計量模塊與MCU通過SPI總線連接，MCU與繼電 器控制模塊通過GPIO總線連接，MCU與485通信模塊通過UART總線連接，MCU與按鍵處理模塊 通過GPIO總線連接，電源管理模塊直接與MCU連接。
[0050] 本申請的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖4所示。每只電表箱中安裝N只電能表，每只電表箱中 安裝1只采集器，每只電能表與1臺采集器通過藍牙連接，每只集中器可通過載波或微功率 無線通信方式與Μ只采集器連接，即每只集中器可與Μ只采集器連接，就可W抄讀Μ個電表箱 中的電能表數(shù)據(jù)。電能表W隨機間隔時間發(fā)送非定向廣播，智能手機或其它移動設(shè)備可W 接收電能表的非定向廣播數(shù)據(jù)，配合專用的Αρρ應(yīng)用程序，可W解析數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過專用Αρρ 應(yīng)用程序顯示，并將數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)庫中生成歷史數(shù)據(jù)。每日零點，采集器逐一與電能表通 過藍牙通信方式連接，并逐一抄讀電能表中存儲的凍結(jié)數(shù)據(jù)，并把相應(yīng)數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)庫 中。集中器通過載波或微功率無線抄讀電能表凍結(jié)數(shù)據(jù)時，采集器直接將內(nèi)部記錄的凍結(jié) 數(shù)據(jù)返回給集中器。當電能表通過非定向廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)，采集器接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù) 記錄在臨時緩沖區(qū)中，當集中器抄讀電能表實時數(shù)據(jù)時，采集器直接返回臨時緩沖區(qū)中的 相應(yīng)電能表的實時數(shù)據(jù)。
[0051] W上所述僅為本發(fā)明的示例性實施例，凡在本發(fā)明的范圍下進行的等同替換或改 進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種BLE藍牙低功耗智能電能表，其特征在于，所述電能表包括MCU、顯示模塊、紅外 通信模塊、藍牙通信模塊、電能計量模塊、繼電器控制模塊、485通信模塊、按鍵處理模塊、電 源管理模塊;其中，M⑶與顯示模塊通過I2C總線連接，M⑶與紅外通信模塊通過UART總線連 接，MCU與藍牙通信模塊通過UART總線連接，電能計量模塊與MCU通過SPI總線連接，MCU與繼 電器控制模塊通過GPIO總線連接，MCU與485通信模塊通過UART總線連接，MCU與按鍵處理模 塊通過GPIO總線連接，電源管理模塊直接與MCU連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種BLE藍牙低功耗智能電能表，其特征在于，所述電表箱中 安裝采集器。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種BLE藍牙低功耗智能電能表，其特征在于，所述采集器與 每只集中器連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種BLE藍牙低功耗智能電能表，其特征在于，所述采集器逐 一與電能表連接。
【文檔編號】G01R11/02GK205484454SQ201620014639
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月8日
【發(fā)明人】張俊哲, 耿春麗, 高新, 袁濱成, 孫克寒, 馮春華, 孔德鈺, 楊哲, 邊雙志
【申請人】遼寧北方節(jié)能股份有限公司