一种电线信息撷取系统及其方法与流程

1.本发明系有关于取得电线电流以及电线周围环境信息的技术，且特别有关于一种无源无线的采集电线电流及温湿度数据方法，利用电磁感应耦合的方式传输电能及数据，免安装电池，并透过非接触耦合的方式检测电流，避免直接接触电线金属，安全可靠。


背景技术：

2.常用的电流测量为霍尔电流传感器，基于磁平衡式霍尔原理从霍尔组件的控制电路端通入电流，并在霍尔组件上控制平面的法线方向施加磁感应强度的磁场，在垂直于电流和磁场方向将产生一个电动势，大小正比于控制电流。然而，霍尔电流传感器的缺点在于，器件的尺寸较大且处理电路并无集成化，不但不易安装也无法于量测电流的同时量测温湿度。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供了一种电线信息撷取的方法及系统，利用电磁感应耦合的方式传输电能及数据，透过rfid卷标设计成电线线夹的形式方便固定于待测电线上，尺寸小巧不用安装电池，安装更不需剪断电线，利用rfid的识别编码也可以方便后台数据中心可以判断信息来自哪个rfid标签，以及判断所接收到的信息类型亦于进行数据分类，属于非接触耦合的方式检测电流，避免直接接触电线金属，提升安全性。
4.本发明实施例提供一种电线信息撷取方法，该方法包括下列步骤：透过rfid读取器发射高频电磁波触发rfid标签；透过上述rfid标签取得上述电线的感测信息，上述感测信息包含电线的电流、温度及湿度；透过上述rfid卷标发送上述感测信息及上述rfid卷标自身的识别信息至上述rfid读取器；透过数据中心与上述rfid读取器通信链接，上述rfid读取器发送上述感测信息及上述识别信息至上述数据中心；透过上述数据中心根据上述识别信息判断接收到的上述感测信息的种类，进行数据分析。
5.本发明实施例提供一种电线信息撷取系统，包括：rfid卷标，其经由卷标线夹的形式夹住电线，用于取得上述电线的感测信息，发送上述感测信息及上述rfid卷标自身的识别信息，上述感测信息包含电线的电流、温度及湿度；rfid读取器，用于发射高频电磁波触发上述rfid标签，收发上述rfid标签所发送的上述感测信息及上述识别信息；数据中心，与上述rfid读取器通信链接，用于接收上述感测信息及上述识别信息，根据上述识别信息判断接收到的上述感测信息的种类，进行数据分析。
6.以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
7.图1显示本发明实施例之系统架构示意图。
8.图2显示本发明实施例之rfid卷标的平面结构示意图。
9.图3显示本发明实施例之rfid标签线夹侧面示意图。
10.图4显示本发明实施例之rfid卷标内部电路示意图。
11.图5显示本发明实施例之rfid读取器在运作时的操作流程图。
12.图6显示本发明实施例之rfid标签在运作时的操作流程图。
13.图7显示本发明实施例所述之电线信息撷取系统应用情境图。
14.主要组件符号说明
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如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
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为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图与实施例对本发明进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]
图1显示本发明实施例所述之电线信息撷取系统架构示意图。如图1所示，电线信息撷取系统100包括rfid卷标110、电线120、rfid读取器130及数据中心140。rfid卷标110以卷标线夹的形式夹住电线120，rfid标签110内包含线圈天线，当rfid卷标110的线夹夹住天线时，线圈天线构成的平面与电线120平行，使电线120辐射出的电磁波磁力线方向与rfid标签110内的线圈天线的平面方向垂直，藉由电磁感应的无线方式，取得电线120的相关感测信息。rfid读取器120发出高频电磁波磁场能量触发rfid卷标110，使rfid卷标110开始作动，rfid卷标110首先发出编码指令使rfid读取器120暂时停止发射高频电磁波，rfid标签110感应电线120辐射的电磁波产生电动势，藉此取得电线120的电流值，并根据rfid标签110内的温湿度传感器取得电线120附近的温度与湿度等环境感测信息。rfid卷标110将收集到的电流值、温度、湿度以及rfid标签110自身的识别信息发送至rfid读取器130。rfid读取器130与数据中心140以通信链接，通信链接方式可包含透过以太网络的方式进行有线网络通讯的链接，也可透过4g、5g、wi-fi、蓝芽的方式进行无线网络的链接。rfid读取器130将rfid标签110所回传的电流值、温度、湿度以及识别信息发送至数据中心140，数据中心140根据识别信息判断所接收到的感测信息种类，进行进一步的分类与数据分析。
[0020]
图2显示本发明实施例所述之rfid卷标的平面结构示意图。如图2所示，rfid标签210中包含温湿度传感器211、线圈天线212、微控制器213及标签线夹214。其中rfid卷标210会透过卷标线夹214夹住电线220，图2中的标签线夹214仅为可夹住电线的示意图，实际卷标线夹结构详见图3所述。温湿度传感器211设置在靠近电线的那一侧，使温湿度传感器211尽可能的靠近电线220用以取得电线周围环境的温度与湿度。微控制器213与温湿度传感器211采电性连接，温湿度传感器211将收集到的温度与湿度信息发送至微控制器213。另外，微控制器213与线圈天线212电性连接，线圈天线212用于收发电磁波，接收来自rfid读取器发射的高频电磁波耦合出第一感应电动势产生触发信号，用来驱动rfid卷标210，线圈天线212亦接收电线220辐射的电线电磁波耦合出第二感应电动势，经由撷取电线的电磁波产生
电流信息，透过微处理器213处理，藉此取得电线220的相关信息，微处理器213将取得的温湿度感测信息以及电线220的相关信息透过线圈天线212与rfid读取器进行无线通信的传输，将温湿度感测信息、电线220的相关信息以及rfid卷标210自身的识别信息发送至rfid读取器。
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图3显示本发明实施例所述之标签线夹俯视图。如图3所述，rfid卷标310一侧具有卷标线夹311，卷标线夹311为楔型并具有缺口的夹子状，可以直接套夹在电线320上，rfid标签310内设置有线圈天线，当卷标线夹311夹住电线320时，线圈天线构成的平面与电线320平行，图3中所述的电线320是以截面的角度表示，其中，线圈天线形成的平面的法线方向与电线320的延伸方向形成正交，电线320所产生的电磁波以磁力线330表示，如图3所示，当标签线夹311夹住天线320时，磁力线330垂直进入rfid标签310平面(如图3中箭头的方向所示)，磁力线330与rfid标签310内的线圈天线形成的平面垂直，使rfid标签310内的线圈天线得以获得最大磁通量。
[0022]
图4显示本发明实施例所述之rfid卷标的内部电路示意图。如图4所示，rfid卷标400的内部电路包含微控制器401、线圈天线402、晶体管403、电阻404、第一电容405、二极管406、第二电容407、放大器408、模拟/数字转换器409以及温湿度传感器410。其中，晶体管403、电阻404、第一电容405、二极管406、第二电容407以及放大器408组成放大电路411。rfid卷标400中的线圈天线402耦合rfid读取器和接收到待测电线所发射的电磁波感应出电荷，电荷会储存到第一电容405，当第一电容405中的电荷比第二电容407多的时候，第一电容405通过二极管406将电荷转移到第二电容407，当第二电容407达到特定电压后触发微控制器401。当微控制器401被触发后，首先发出编码指令使rfid读取器暂时停止发送高频电磁波，此时rfid标签400上的线圈天线402只能感应到电线辐射所产生的电磁波，透过线圈天线产生第二感应电动势对第一电容405充电，因而对路径上的电阻404产生电压，微控制器401透过模拟/数字转换器409读取放大电路411中电阻404的电压数据，根据所量测到的电压数据以及电阻404的已知电阻值藉此计算出待量测电线的电流信息。温湿度传感器410与微控制器401以电性连接，温湿度传感器410将采集到的温度及湿度信息传送至微控制器401。微控制器401将rfid标签400自身的识别信息、电阻404量测到的电压以及温湿度传感器410所取得的温度、湿度信息透过线圈天线402发送给rfid读取器，当rfid读取器收到之后重新发射高频电磁波，同时得到对应的rfid标签400编号及其数据，藉此监测电线电流大小及温湿度。
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图5显示本发明实施例所述之rfid读取器在运作时的操作流程图。如图5所示，步骤s501，rfid读取器发射高频电磁波，藉此驱动接收到高频电磁波的rfid标签。步骤s502，判断是否接收到rfid卷标发出的指令，若没收到rfid卷标发出的指令，则执行步骤s501持续发射高频电磁波，若有收到rfid卷标发出的指令，执行步骤s503。步骤s503，暂停发送高频电磁波。步骤s504，判断是否接收到rfid标签发出的感测信息，若没有收到rfid标签发出的感测信息执行步骤s503暂停发射高频电磁波，等待接收rfid标签发出的感测信息，当收到rfid标签发出的感测信息时，回到步骤s501 rfid读取器发射高频电磁波。
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图6显示本发明实施例所述之rfid标签在运作时的操作流程图。如图6所示，步骤s601，rfid标签判断是否接收到高频电磁波，若未收到高频电磁波回到开始步骤持续等待，若有收到高频电磁波，执行步骤s602。步骤s602，rfid卷标的线圈天线受到高频电磁波感应
会产生感应电荷，将产生的感应电荷储存于rfid卷标电路中的第一电容中。步骤s603，比较第一电容与第二电容电压，当第一电容电压低于第二电容电压时，回到步骤s602继续将产生的感应电荷储存于第一电容，当第一电容电压高于第二电容时，执行步骤s604触发微控制器。步骤s604，当微控制器被触发后，首先会发送指令至rfid读取器，通知rfid处理器暂停发射高频电磁波。步骤s605，由于已经通知rfid读取器停止发射高频电磁波了，因此rfid卷标内的线圈天线会根据待测电线周围电磁能量产生的感应电动势对第一电容充电，会在电阻上产生电压。步骤s606，rfid标签中的微控制器开始读取电阻的电压值以及温湿度传感器的温度、湿度信息，当微控制器尚未取得电阻的电压值及温度、湿度信息会执行步骤s605持续对第一电容充电，当微控制器已经取得电组的电压值及温、湿度信息后，执行步骤s607。步骤s607，rfid标签会将自身的识别信息、电阻的电压值、温度及湿度信息发送至rfid读取器，然后回到步骤s601等待接收高频电磁波。
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图7显示本发明实施例所述之电线信息撷取系统应用情境图。如图7所示，所述应用情境包含第一rfid标签710、第二rfid卷标711、第n rfid卷标712、第一电线720、第二电线721、第n电线722、rfid读取器730及数据中心740。所述应用情境设置多个rfid标签，用于量测不同位置的电线信息，其中第一rfid标签710用于量测第一电线720的第一电线信息，第二rfid卷标711用于量测第二电线721的第二电线信息，第n rfid卷标712用于量测第n电线722的第n电线信息，第一rfid卷标710将量测到的第一电线信息及第一rfid卷标710自身的识别信息发送至rfid读取器730、第二rfid标签711将量测到的第二电线信息及第二rfid卷标711自身的识别信息发送至rfid读取器730、第n rfid标签712将量测到的第n电线信息及第n rfid卷标712自身的识别信息发送至rfid读取器730，rfid读取器730将接收到的电线信息及对应的rfid卷标识别信息发送给数据中心740，数据中心740根据识别信息中的标识符可以判断电线信息来自哪个rfid卷标、电线信息的类型(电线电流、电压、温度、湿度)，数据中心可根据所收集到的电线信息进行相对应的数据分析，提供给用户。例如将第一rfid卷标、第二rfid卷标及第n rfid卷标所撷取到的电流值进行用电信息的比较，又或者侦测到异常的温度、湿度时，判断是由哪个rfid标签所回传的，通知管理者根据rfid卷标所在位置前往排除异常。
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综上所述，本发明符合发明专利要件，爰依法提出专利申请。惟，以上该者仅为本发明的较佳实施方式，本发明的范围并不以所述实施方式为限，举凡熟悉本案技艺的人士爰依本发明的精神所作的等效修饰或变化，皆应涵盖于以下申请专利范围内。