一种多元信息采集与传输的电力通信一体化系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于多元信息采集、传输的电力通信一体化系统，属于传感器、信息与信号采集、通信信号处理及电力线通信【技术领域】；其组成包括电力线、一个或多个电器与传感器电力线通信一体化设备、电力线网关接口、设备监控平台。各通信一体化设备与电力线网关接口接入电力线，设备监控平台通过互联网或者直接与电力线网关接口相连。当需实现特定功能时，可加入照明灯与光无线及电力线通信一体化设备、电器与无线电采集发送器电力线通信一体化设备等。本发明在已有电力线基础上构建信息采集与电器一体化系统，完成多元信息的采集、电力线传输和收集整理，并进行设备监控；无需另铺设线路，具有成本低、部署快速灵活、“即插即用”等优点。
【专利说明】一种多元信息采集与传输的电力通信一体化系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于多元信息采集、传输的电力通信一体化系统，属于传感器、信息与信号采集、通信信号处理及电力线通信【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近年来，各类小型化应用【技术领域】如LED照明、针孔摄像头等给人们的生活带来了低成本、易使用等方便；与此同时，各类无线宽带上网产品也日益满足PC、电视、智能电话与家电的上网需求。
[0003]“电力线方式的宽带接入终端设备及其通信方法”(专利号200510034086.0)阐述了电力线通信模块与广域网模块连接，实现多用户终端的宽带接入功能。随着近几年的技术进步，电力调制解调器上网设备随着宽带网络与物理层技术的进步已逐渐成熟和具有了普及性的应用，实现了与宽带和高清电视、3G宽带及Wifi接入等方式相近的联网性能。
[0004]“一种无线通信系统、方法及装置”(专利号200710090583.1)公开了一种基于电力线通信的无线接入与信号处理装置，实现了高效、便捷的骨干网接入和较大范围的电力网络覆盖。“即插即用的无线网络延伸系统与该系统自动接入方法”(申请号为201110038159.9)进一步阐述了基于电力线通信的自动接入系统与方法，实现了简单扩展无线信号覆盖范围。“一种网络覆盖的测量方法、终端和基站”(申请号为201110246631.8)公开了基于一种网络为另一网络提供资源，完成不中断第一网络情况下，对第二网络的信号覆盖，体现了不同网络资源共享和关联优势。“一种连接网络的控制方法及相关设备”(申请号为201210072857.5)公开了一种用于控制移动监控设备基于网络连接而传输数据的方法，修正了传统的连接入网模式，高效节省了能耗。
[0005]上述基于电力或非电力的通信方法，基于一种或两种网络实现了简单无线信号覆盖范围的接入和扩展；结合单一或者无采集功能的设备；具有接入形式单一以及实现成本较高的劣势。
[0006]“电力线载波通信一体化结合装置”(ZL02237824.3)将高压端、滤波器耦合电容器等紧密结合，提出了设备裸露接线少、便于安装调试和维护的经济设备。“监控、计量及通信一体化集成的配电智能终端装置”(ZL200720069174.9)公开了一种含采集、通信、处理、存储与电源模块的配电智能终端装置，此实用新型采用GSM/GPRS通信方式，没有基于电力线通信，但解决了设备地域限制的同时，有效降低了系统布设成本。“一体化前置通信设备”(ZL200820022340.4)公开了一种一体化前置通信设备，将信号站通道基于系统连线与信号处理模块及终端服务卡相连，配以机箱外壳等，具有高集成度、高可靠性和低功耗的优势。“一体化结构通信设备”(ZL200820053371.6)公开了一种一体化结构通信设备，将PON设备、综合配线、电源及配线等单元连接，实现了光信号采集与转换，并进一步基于电力线网络传输信息，实现了语音、低速数据、电力信息与调度等的融合，节约了设备场地与系统布设成本。2011年，“电力调度通信广播一体化系统”(申请号为201110214783.X)公开了一种采用语音控制通过IP网络与若干IP电话连接的数字调度系统，实现了电话布放、通信及广播一体化控制功能，大大减少了系统布设成本及人员参与，有效减小了施工量。
[0007]上述若干实用新型和发明专利，从光纤、语音通信、电力配电等方面提供了一体化思路，但是没有涉及简单、有效的电力网络传输结合前端多样化采集形式的多元信息采集、传输和所采集到的信号集中归类监控管理的方法。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于改善现有电力网络覆盖系统缺少前端信号和信息采集单元、信息采集种类单一等缺点，提供一种基于多元信息采集、传输的电力通信一体化系统，实现利用电力线传输所采集信号的目的，降低成本，并增加将所采集信息集中归类监控管理的功倉泛。
[0009]—种基于多兀信息米集、传输的电力通信一体化系统，包括电力线、一个或多个电器与传感器电力线通信一体化设备、电力线网关接口、设备监控平台。电器与传感器电力线通信一体化设备与电力线网关接口接入电力线，设备监控平台通过互联网或者直接与电力线网关接口相连。
[0010]所述电力线上有多个常规电力线接口，包括电力线插口、插槽或插座。
[0011]所述电器与传感器电力线通信一体化设备，包括电器和电力线通信传感器；
[0012]其中电力线通信传感器包括直流电源与保护模块、传感器通信信号处理模块、传感数据采集器和设备控制模块；所述直流电源与保护模块，包括电压/电流保护模块和电源模块，完成传感器通信信号处理模块的过电压、过电流保护以及直流供电；所述传感器通信信号处理模块包括信号转换模块和通信信号处理模块，完成所采集到的数据信息的通信信号处理，并转换为适合电力线频带、冲激响应特性及噪声和干扰环境信道下传输的信号，同时接收电力线的通信信号并处理形成设备控制和电器控制信号；所述设备控制模块完成设备自身同电器与设备监控平台之间的指令和信息交互，响应监控平台指令、完成指令任务，并返回执行结果。
[0013]电压/电流保护模块的输出连接信号转换模块，通信信号处理模块分别连接至信号转换模块、传感数据采集器和设备控制模块；电源模块分别为传感数据采集器以及其它各个模块供电；传感数据采集器与设备控制模块互连。
[0014]所述电器与传感器的电力线通信一体化设备，采用紧密型或者可分离型一体化结构。所述紧密型一体化结构中，电器与电力线通信传感器固定或封装为一体，不可拆分；电器、直流电源与保护模块通过同一个电力线接口连接入电力线。所述可分离型一体化结构中，电器和电力线通信传感器分别独立拆卸、安装和更换；电器、电力线通信传感器各自通过一个电力线接口连接到电力线。
[0015]所述传感数据采集器采集指定区域的传感数据，根据设备控制模块的指令，送入通信信号处理模块，并传送至设备监控平台；具体采用摄像头、音频传感器、气体浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风力传感器、光信号感应器、无线电信号采集器和无线电频谱检测器中的一种或多种。所采集的信息包括但不限于视频信息、音频信息、温湿度传感信息、有毒气体传感信息、气压传感信息、风力传感信息、无线电信号信息和无线电频谱信息。
[0016]所述的电器与传感器电力线通信一体化设备，还包括电器控制器。电器控制器分别连接至电器、传感数据采集器和设备控制模块，传感数据采集器与电器相连。设备控制模块接收设备监控平台的指令，并发送至传感数据采集器和电器控制器，进行电器的状态查询及控制。所述传感数据采集器和电器控制器通过但不限于有线、无线电、太赫兹、红外线、紫外线、可见光、激光、声音方式与电器连接，完成电器的控制及状态查询。
[0017]所述的电器与传感器电力线通信一体化设备，还包括开关、开关控制器。开关置于电器与电力线接口之间，电力线通信传感器的设备控制模块通过开关控制器控制开关或查询开关状态。
[0018]所述设备监控平台，包括用户界面、设备安全管理模块、设备状态管理模块、设备控制管理模块、设备数据管理模块、设备故障管理模块和远程通信模块。
[0019]用户界面提供用户管理电力线通信一体化设备的人机界面，通过各管理模块进行设备监控；设备安全管理模块完成接入系统的电力线通信一体化设备的安全管理，包括各设备的密码管理、接入和访问分级、接入和访问认证；设备状态管理模块完成接入系统的电力线通信一体化设备以及电器的状态查询；设备控制管理模块完成各个电力线通信一体化设备的控制或电器控制，包括在网络中接入和卸载设备、数据采集、调整采集器采集信号的方位、强度和精度、采集数据质量管理及电器管控、设备命名和更名；设备数据管理模块对接入到系统的电力线通信传感器采集到的传感数据进行读取、存储、分层编码、压缩、归类整理、媒体数据处理、媒体播放、告警信息处理；设备故障管理模块实现所接入电力线通信一体化设备的故障管理，包括故障定位、故障禁能、故障卸载。远程通信模块完成设备安全管理、设备状态管理、设备控制管理、设备数据管理和设备故障管理模块的发送指令和数据的协议封装，并通过网关接口传送给相应的电力线通信一体化设备；同时接收和解析各个设备传送过来的请求、响应和数据，传送给各个控制管理模块进行数据处理。
[0020]所述设备监控平台的用户界面和设备安全管理模块、设备状态管理模块、设备控制管理模块、设备数据管理模块和设备故障管理模块安装在同一移动通信终端或连网计算机中；或者用户界面和五个设备管理模块安装在不同的物理实体设备中，并在所述的不同物理实体设备中分别安装远程通信模块，与用户界面以及各个管理模块相连。与各个管理模块相连的远程通信模块完成与各个电力线通信一体化设备的通信，以及与用户界面的远程通信功能。
[0021]所述不同物理实体的安装方式为:用户界面安装在移动终端或者连网计算机中，各个管理模块集成在接入系统的某个电力线通信一体化设备的设备控制模块中或者连网服务器中，用户界面和各个管理模块通过网络进行信息交互，完成电力线通信一体化设备监控。该方式能支持多个终端用户对电力线通信一体化设备的监控。
[0022]所述电力线通信网关接口，包括直流电源与保护模块，信号转换模块，通信信号处理模块，通信协议适配模块和网关接口 ；其中直流电源与保护模块包括电压/电流保护模块和电源模块；信号转换模块，通信信号处理模块与通信协议适配模块共同完成电力线接收和发送通信信号处理，以及电力线通信协议与外网通信协议之间的通信协议转换。直流电源与保护模块通过电力线接口连接入电力线。
[0023]电压/电流保护模块的输出连接信号转换模块，信号转换模块与通信信号处理模块互连；通信信号处理模块与通信协议适配模块互连；通信协议适配模块与网关接口互连；电源模块分别为其它各个模块供电。[0024]网关接口提供标准的局域网接口。各个电力线通信一体化系统通过网关接口连接至局域网、城域网或者蜂窝无线移动通信网。
[0025]所述的一种基于多兀信息米集、传输的电力通信一体化系统，还包括照明灯与光无线及电力线通信一体化设备。
[0026]所述照明灯与光无线及电力线通信一体化设备包括直流电源与保护模块、通信与信号处理模块、设备控制模块、光电转换模块、光功率放大模块、发光二极管；其中，直流电源与保护模块包括电压/电流保护模块、电源模块；通信与信号处理模块包括电力线通信模块、通信协议转换模块、光无线通信信号处理模块。
[0027]电压/电流保护模块、电力线通信信号转换模块、通信协议转换模块、光无线通信信号处理模块、光电转换模块、光功率放大模块、发光二极管顺次连接；电力线通信信号转换模块与设备控制模块相连；电源模块分别为其它各个模块供电。直流电源与保护模块通过电力线接口连接入电力线。
[0028]通信与信号处理模块完成电力线通信信号以及光无线通信信号处理、以及电力线和光无线的通信协议转换。其中，电力线通信模块完成数据在电力线上传输的通信信号处理；光无线通信信号处理模块完成通信信号的光无线调制，将信号变换为适合光无线传输的信号形式；通信协议转换模块完成电力线通信和光无线通信两种不同协议之间的协议转换。
[0029]光功率放大模块，完成光的功率放大，使发光二极管照明的输出功率满足照明要求。
[0030]发光二极管，完成光功率的输出，实现照明功能和光无线通信信号的发送。
[0031]所述的一种基于多兀信息米集、传输的电力通信一体化系统，还包括电器与无线电采集发送器电力线通信一体化设备。
[0032]所述电器与无线电采集发送器电力线通信一体化设备，包括电器、直流电源与保护模块、传感器通信信号处理模块、设备控制模块、无线电信号采集发送器；其中，直流电源与保护模块包括电压/电流保护模块、电源模块；所述传感器通信信号处理模块包括信号转换模块和通信信号处理模块；无线电采集发送器包括完成无线电信号采集功能的模数转换器、下变频器、接收滤波器和接收天线单元，以及完成无线电信号发送的数模转换器、上变频器、发送滤波器、功放器和发送天线单元。
[0033]电压/电流保护模块的输出连接信号转换模块，通信信号处理模块分别连接至信号转换模块、模数转换器、数模转换器和设备控制模块；接收天线、接收滤波器、下变频器、模数转换器顺次相连；数模转换器、上变频器、发送滤波器、功放器、发送天线顺次相连；电源模块分别连接至需要直流供电的各个模块。电器、电力线通信传感器各自通过一个电力线接口连接入电力线。
[0034]所述接收天线接收空间无线电信号，接收滤波器对该接收信号进行滤波，取出滤波器通频带内的信号，下变频器将经过接收滤波处理的信号转换到基带，然后经过模数转换器转换为数字信号，并送到通信信号处理模块进行信号处理后，送入电力线传输。另外，经过通信信号处理模块处理后得到的数字信号流送入数模转换器转换为模拟信号，该模拟信号经过上变频器转换为高频信号，经发送滤波器进行发送滤波，送入功放器进行功率放大后，送到发送天线完成信号的无线电发送。[0035]一种基于多元信息采集、传输的电力通信一体化系统的工作流程为:用户通过设备监控平台实现对接入系统的一体化设备的查询、控制和数据存取。电力线通信一体化设备向设备监控平台发送事务请求，根据事务请求响应完成事务处理。
[0036]设备监控平台对各设备的监控过程为:(1)设备监控平台发送监控指令；(2)相应的电力线通信一体化设备的设备控制模块接收监控指令，并发送监控指令响应至设备监控平台；(3)设备控制模块执行指令任务后，向设备监控平台返回监控指令响应结果。
[0037]各设备对监控平台的事务请求及响应过程为:(1)设备控制模块发送事务请求；
(2)设备监控平台接收事务请求，并发送事务请求响应；(3)设备控制模块根据事务请求响应处理事务后，向设备监控平台返回监控指令响应结果。
[0038]根据设备监控和事务请求及响应过程，实现电力线通信一体化设备的自动安装，具体步骤如下:(I)电力线通信一体化设备接入电力线网络，向监控平台发送基本设备信息和安装请求；(2)监控平台接收安装请求，根据基本设备信息决定是否同意安装，并回送该请求的响应；(3)如果同意安装，电力线通信一体化设备完成后续安装，包括向监控平台发送详细设备信息、记录自身安装状态，设备控制模块随时响应监控平台的状态在线查询，监控平台将该设备及其详细设备信息加入活动设备列表，完成安装；如果不同意安装，电力线通信一体化设备将自身设备控制模块置成“休眠”状态，只响应监控平台发送的设备加入系统邀请、设备搜索指令。
[0039]对电器的监控过程为:(1)设备监控平台发送电器监控指令；(2)设备控制模块接收并解析监控指令，向电器控制器发送电器控制指令，向传感数据采集器发送电器状态查询指令，以及向监控平台返回监控指令响应；(3)设备的电器控制器和传感数据采集器完成电器的控制和状态查询，将结果返回给设备控制模块；设备控制模块将任务执行结果返回设备监控平台。
[0040]在一体化系统中接入电器与无线电采集发送器电力线通信一体化设备，能实现无线电信号的增强覆盖。其具体方法为:(1)在无线电信号S覆盖区域的电力线连接本发明的电器与无线电采集发送器电力线通信一体化设备A ;在同一电力线局域网内、没有无线电信号S的覆盖区域内，将本发明的电器与无线电采集发送器电力线通信一体化设备B接入电力线。(2)设备A采集所在区域的无线电信号S，经接收天线、接收滤波器、下变频器和模数转换器转换为基带数字信号，送入通信信号处理模块完成电力线通信信号处理，经电力线传输到设备B ; (3)设备B接收设备A经电力线传送过来的通信信号，经通信信号处理模块解调后恢复为原始基带数字信号，经设备B的数模转换器、上变频器、发送滤波器、功放器转换为高频信号，然后送入发送天线送到设备B所在区域，恢复无线电信号S。从而实现设备A所在区域到设备B区域无线信号的单向传送。采用上述方法的逆向信号传输过程，实现设备B所在区域到设备A区域无线信号的单向传送。这样，结合A到B、B到A的双向通信即实现设备A所在区域无线电信号S到设备B所在区域增强覆盖。
[0041]有益效果
[0042]本发明结合目前成熟的微型化前端采集技术，将电器和信息采集系统结合，在已有电力线电器系统基础上构建一体化的信息采集与电器系统，完成多元信号和信息的采集、电力线传输和收集归类整理，实现多元信息采集、传输的电力通信一体化，并能够基于采集的信息进行设备监控；不需要安装专门的信息采集单元，也不需要铺设专门的线路，电力线通信一体化设备可安装在已有电器系统的灯座、支架、底座、吊线等设施上，方便快捷；采集到的信息通过电力线有线方式传输，不占用无线电频谱资源，不会造成环境的电磁污染；同时，采集信息基于电力线有线传输，具有隐蔽性好、安全性高的特点；另外，本发明的一体化设备连接在电力线上，电力线通信处理单元具有持续充足的电能供应，无需使用电池方式供电、也无需为设备充电，有效提高用户体验。此外，本系统还具有成本低、部署快速灵活、“即插即用”等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1为本发明的多元信息采集与传输的电力通信一体化系统组成示意图；
[0044]图2为本发明的设备监控平台组成示意图；其中(a)为功能框图，(b)为与电力线通信一体化设备的交互过程；
[0045]图3为本发明的电器与传感器电力线通信一体化设备结构示意图；其中(a)为常规结构图，(b)为加入电器控制器的结构图；(c)为加入开关的结构图；(d)为加入开关的手动控制器的结构图；
[0046]图4为本发明中电器与无线电采集发送器电力线通信一体化设备结构图；
[0047]图5为本发明的照明灯与光无线及电力线通信一体化设备结构图；
[0048]图6为本发明的电力线通信网关接口的结构图；
[0049]图7为两种一体化结构示意图；其中(a)为紧密型，(b)为可分离型；
[0050]图8为【具体实施方式】中照明灯与传感器电力线通信一体化设备平面图；
[0051]图9为【具体实施方式】中照明灯与光无线及电力线通信一体化设备平面图；
[0052]图10为【具体实施方式】中电器与无线电频谱检测器电力线通信一体化设备结构图；
[0053]图11为【具体实施方式】中超市视频监控系统应用示意图；
[0054]图12为【具体实施方式】中智能家居应用示意图。
[0055]标号说明:1_照明灯，2-电力线通信传感器，3-发光二极管。
【具体实施方式】
[0056]下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步说明和详细描述:
[0057]一种基于多兀信息米集、传输的电力通信一体化系统的组成如图1所不，包括电力线、至少一个电器与传感器电力线通信一体化设备、电力线网关接口、设备监控平台。电器与传感器电力线通信一体化设备和电力线网关接口分别接入电力线，设备监控平台通过互联网或者直接与电力线网关接口连接。图中虚线框中部分为当需要实现特定功能时，选择性接入系统的设备。当需要采用可见光通信的方式与光无线通信设备进行连接，完成数据传输功能时，接入照明灯与光无线及电力线通信一体化设备，其结构如图5所示。
[0058]设备监控平台组成如图2(a)所示，通过用户界面进行人机交互，提供设备安全管理、设备状态管理、设备控制管理、设备数据管理和设备故障管理以及远程通信功能。其与设备的具体交互过程如图2(b)所示。
[0059]电器与传感器电力线通信一体化设备的组成如图3所示，当对电器仅需实现监测、不需控制时，采用(a)图所示结构；当需要对电器进行控制时，采用加入控制单元的(b)图结构；当只需要对电器进行开关控制时，在图(a)结构中加入图(C)结构；当需要对电器既能通过网络开关控制，又能通过手动进行开关控制时，在图(a)的结构中加入图(d)的结构。用户通过操作手动控制器，产生手动控制信号，该手动控制信号作用于开关控制器，完成电器电源的开和关；电力线通信传感器可通过开关控制器查询电器的电源开关状态。采用兼具手动控制和网络控制功能的开关控制器，在新增网络控制功能基础上保留了用户原有电器控制习惯，提高用户体验。其中，电器使用电力线提供的电能完成特定的工作，例如照明灯、电冰箱、空调和电热器等。
[0060]作为一个实施例，采用频谱分析器和接收天线作为传感数据采集器，形成电器与无线电频谱检测器电力线通信一体化设备，如图10所示。频谱分析器和设备控制模块相连；接收天线与频谱分析器相连。频谱分析器通过适当的频谱检测方法，如傅里叶频谱分析，完成无线电频谱的检测。该实例通过无线电频谱检测，实现对所在环境电磁污染的监测。
[0061]当需要实现指定区域无线电信号的采集以及向指定区域发送无线电信号功能时，在系统中接入电器与无线电采集发送器电力线通信一体化设备，其结构如图4所示。当只需要进行无线电信号采集时，电力线通信传感器中单独配备无线电采集相关单元，即接收天线、接收滤波器、下变频器和模数转换器，不配备信号发送相关单元，即数模转换器、上变频器、发送滤波器、功放器和发送天线；同样，当只需要进行无线电信号发送时，该电力线通信传感器中可单独配备数模转换器、上变频器、发送滤波器、功放器和发送天线，而不配备采集相关单元，即接收天线、接收滤波器、下变频器和模数转换器。这种配置有利于在仅需单工通信时降低设备成本。
[0062]作为一个实施例，采用本发明的电器与无线电采集发送器电力线通信一体化设备实现无线终端的位置隐藏，实现“反定位”。目前，无线移动通信系统可采用多基站接收通过移动终端发送的无线电信号对移动终端进行定位。本实例提供一个电器与无线电采集发送器电力线通信一体化设备，连入具有蜂窝无线信号覆盖区域的电力线；适用于用户需隐藏自身位置，但又不中断对外通信的情况。该一体化设备采集其所在区域蜂窝通信频段内的无线电信号，经下变频、转换为数字信号，然后经电力线传输，由电力线网关接口接入国际互联网。用户在世界任何地方通过互联网接入获取该数字信号流，然后通过本发明的电器与无线电采集发送器电力线通信一体化设备，或者其它信号恢复设备，将该数字流恢复成无线电信号，由移动终端完成信号解调；移动终端发送的无线信号经上述过程的逆过程可传送到蜂窝通信基站，由蜂窝通信基站完成信号解调。采用这种方式，实现了移动终端与基站的远程双工通信，同时，接收基站无线信号的天线和一种终端的天线完全分离，基站通过无线信号确定的无线终端位置实际是连接在电力网的无线信号传感器电力线通信一体化设备的位置，此位置与用户实际位置无关，从而实现移动终端的位置隐藏，即“反定位”。
[0063]作为一个实施例，采用本发明的电器与无线电采集发送器电力线通信一体化设备能实现无线电信号的“直放”功能。例如一个带有地下室的独立别墅，移动通信运营商在地面安装的蜂窝无线通信站无法覆盖地下室和地下车库。用户可在具有无线信号覆盖的房间内的电源插座或灯座上安装电器与无线电采集发送器电力线通信一体化设备，在地下室和地下车库的电源插座或灯座上也安装无线信号传感器电力线通信一体化设备，通过电力线的信号中继，完成无线信号的“直放”功能，实现地下室的蜂窝信号覆盖。在该实例中，用户无需在家铺设新的线缆，具有成本低、部署快速等优点。
[0064]电力线通信网关接口的结构如图6所示。
[0065]电器与传感器的电力线通信一体化设备结构采用紧密型或者可分离型，如图7所示。一个紧密型实例为将本发明具有电力线通信功能的摄像头和LED灯固定封装在同一透明玻璃罩内，在玻璃罩内部将摄像头和LED灯并联，然后一同连接至电力线接口 ；灯罩外部使用螺旋式灯具接口连接到灯座，形成一个不可分的整体，完成照明和视频采集功能，采集得到的数据通过电力线传输。紧密型结构容易小型和微型化，具有体积小、隐蔽性好的优点，可用于军事侦测、公共安全音视频取证等场景。
[0066]可分离型电器和传感器电力线通信一体化设备的电器和传感数据采集器安装在同一固件(如底座、杆件)的电气插口、插槽或插座上，各自通过电力线接口并联接入电力线，可以独立拆卸、安装和更换，具有灵活性好、安装和维护方便等优点。紧密型或者可分离型电器和传感器电力线通信一体化设备内部能集成多种类型的传感数据采集器，完成组合传感功能。例如，摄像头和麦克风集成在一起构成音视频传感器，其采集到的数据送至电力线通信信号处理模块处理后传输。
[0067]作为一个实施例，提供一种具有防雾防霜功能的电力线通信照明灯摄像头一体化设备，安装在电冰箱冷藏室预留的具有漏电防护的插孔、插槽或插座上，接入电力线。将本发明的电力线通信网关接口插入同一电表下电力线的某插孔中连接至电力线通信网关接口，经由互联网送至安装于移动终端或者连网计算机中的设备监控平台。用户可通过移动终端随时随地通过冰箱中的灯照明灯摄像头一体化设备，观察蔬菜情况，以决定是否需要新购买蔬菜。在本实例中，只需在普通冰箱中预留安全的电源接入口，用户即可灵活地将冰箱升级为智能冰箱。
[0068]可分离型电器和传感器电力线通信一体化设备中，电器和具有电力线通信功能的传感器设备安装在一个配备多个插孔、插槽或插座的固件(如底座、杆件等)的任一插孔、插槽或插座上，从而连接到电力线完成通信功能。该固件上的所有插孔、插槽或插座可全部安装电器，构成传统的电器，如多灯头照明灯；该固件上的插孔、插槽或插座也可同时安装电器和具有电力线通信功能的传感器，构成电器和传感器电力线通信一体化设备；该固件上的插孔、插槽或插座还可全部安装具有电力线通信功能的传感器，构成具有电力线通信功能的传感器阵列。若接入电力线的机械件接口尺寸相同，则更换更加灵活。作为一个实施例，在同一灯具的底座上，用户混合安装带电力线通信功能的摄像头、带电力线通信功能的音频采集器、带电力线通信功能的温度传感器，完成多种功能组合。
[0069]照明灯与传感器电力线通信一体化设备平面结构如图8所示，其灯座中的传感器2可采用具电力线通信功能的摄像头、燃气浓度感应器等多种形式，照明灯I可替换为传感器，实现多种功能组合。作为一个实例，照明灯实现照明功能，燃气浓度传感器采集燃气浓度信息。该设备接入电力网后，通过电力线网关接口经互联网与移动终端连接。如果燃气浓度超标，移动终端的监控系统可发出告警的音频信息。
[0070]作为一个实施例，提供一种交通信号灯与摄像头电力线通信一体化设备；将交通信号灯和音视频摄像头安装在同一灯具底座上。交通信号灯完成交通信号指示功能；摄像头完成交通视频信号采集，并将该信息经通信信号处理送入电力线传输，在同一电力线局域网的插孔中连接电力线通信网关接口，经由互联网送至安装有设备监控平台的计算机，实现交通监控。相比于现有的交通监控系统，具有部署灵活、安装和拆卸快捷方便、成本低、系统重构性好、设备可重复使用的优点，特别适合于公安、交通等部门在重大活动期间或者执行某些特殊任务时基于高速公路已有照明系统，采用本发明的信息采集、传输的电力通信一体化系统，增设临时的交通监控路段。
[0071]照明灯与光无线及电力线通信一体化设备正面平面如图9所示。发光二极管3，完成电能到光能的转化，实现照明的同时完成光无线信号传输。经电力线传输到光无线及电力线通信一体化设备的信号经嵌入到设备内部的电力线通信模块完成解调，再转换成光通信信号，并转换成可见光。光敏二极管接收光信号转换为电信号，完成光信号解调，解调后的数据经电力线通信处理模块调制后送入电力线传输。
[0072]作为一个实施例，照明灯与光无线及电力线通信一体化设备可应用在不能采用无线电进行通信的场景，例如必须排除外界电磁干扰的微波暗室、法律禁止使用无线电通信终端的飞机机舱。提供一种光无线及机舱电力线通信设备、一种采用红外线接收的机舱电力线通信设备，这两种设备和照明灯组装在一起，构成一个外形结构和原有机舱阅读灯相同的紧密型电器与传感器电力线通信一体化设备，称之为机舱通信阅读灯。将机舱内原有阅读灯替换为这种机舱通信阅读灯。在机舱电力线的一个适当位置接入电力线网关接口，此网关接口与飞机上一个通信基站连接，该基站通过许可的频段连接至地面无线通信系统或卫星移动通信系统，接入互联网。移动用户持支持机舱光无线通信接收协议和红外发送协议的多模移动终端，在飞机机舱内关闭无线电通信功能，打开光无线接收功能和红外发送功能，打开机舱通信阅读灯，即可实现与外界的正常通信。在该实例中，采用机舱通信阅读灯方式进行移动通信，无需改建机舱内已有线路；采用有线方式进行通信，不产生无线电磁信号，不会对飞机导航产生干扰。该方式可移植到家庭通信和上网。提供一种光无线及家用电力线通信设备、采用红外线接收的家用电力线通信设备，将两种设备组装在一起，构成一个外形结构和家中原有照明灯相同的紧密型电器与传感器电力线通信一体化设备，称为家用通信照明灯。将家中的灯更换成家用通信照明灯，在家中电力线的一个适当位置接入电力线网关接口，并通过在该网关接口接入适当的设备，将电力线局域网与互联网或无线移动通信网相连。这样，用户可持支持光无线通信接收协议和红外发送协议的多模移动终端，在家中关闭无线电通信模块(使用智能终端，可基于位置检测，自动关闭或打开无线电通信模块)，通过光无线方式正常通信和上网。由于不采用无线电通信方式，这种方式有效降低了家庭环境下的电磁污染。
[0073]家用电暖气或者电热水器功率比较大，为节约能源又不影响电暖气或热水器的正常使用，希望远程控制其开关。传统的短信控制方式成本高、数据带宽小，安全性和互动性差，信息归类管理不方便，难以实际应用。本实施例提供一个具有电力线通信功能的温度传感器，其一端通过开关控制器与墙壁上的电力线插座连接，另一端连接到电暖气。在家中的某一个电力线插孔中插入本发明的电力线通信网关接口并连接到互联网，提供移动终端对电力线插座进行监控。传感器接收通过电力线传过来的监控指令，关闭或者打开电力线插座。用户能通过移动终端随时随地查看家中室内温度，打开或者关闭电暖气的工作电源。在本例中，为保证监控系统的网络、通信和信息安全，电力通信网中各设备内嵌安全通信和认证模块，采用安全的通信和认证机制；监控平台与设备之间、设备之间以及设备与监控平台之间的通信采用加密通信，进行安全认证，保证监控系统的网络、通信和信息安全。[0074]电器与传感器电力线通信一体化设备和系统能实现“即插即用”。例如，指定范围内的电力线部署区域内，每次有本发明的一体化设备进入系统，设备可以向监控中心报告自身的信息，监控系统根据这些设备信息与刚进入系统的设备交互，完成设备在系统中的自动“安装”。安装在计算机或者移动终端的监控管理系统还可以根据人工操作指令，向连接到电力线上的电力线通信一体化设备发出“搜索”指令，根据搜索的设备信息，采用人工方式进行设备的“安装”或者“卸载”。安装时，各设备将自己的设备类型、控制方式等报告给监控平台，监控平台生成各设备的图标，方便用户对设备进行监控。
[0075]作为一个实施例，一种超市视频监控系统如图11所示。AOl和A02是本实施例的照明灯摄像头电力线通信一体化设备，完成超市的照明，同时采集超市的实时视频信息，通过通信信号处理，将此信息送入到电力线传输。A06视频监控平台通过连接到A04电力线插座的A05电力线通信网关接口获取实时视频信息，实现超市A07和A08蔬菜和水果货架、A03冰箱、A09收银台等区域的实时视频监控及视频存储。部署该监控系统，只需在电力线灯座上安装本发明的照明灯摄像头电力线通信一体化设备，采用电力线通信网关接口，在计算机上安装监控系统软件即完成监控系统的部署，具有工作量很小、成本低、部署快速、维护方便、维护成本低等优点。
[0076]目前，人们对智能家居表现出较为浓厚的兴趣。作为一种方式，智能家居的联网可采用无线局域网方式。基于无线局域网方式构建家居设备的信息采集系统，信息采集模块采集到的信号通过无线方式传输；无线传输信号处理设备需要供电。如果采用普通电池供电方式，则每隔一段时间，用户必须为无线传输信号处理设备更换电池；如果采用充电电池方式，每隔一段时间，用户需为无线传输信号处理设备的电池充电；如果采用交流电方式供电，其无线传输信号处理设备需要连接到电力线插座，降低了安装的灵活性和使用的方便性。这些都极大降低了用户体验。同时，基于无线局域网方式构建信息采集设备，由于其信息采用无线电方式传输，在家居环境中造成一定的电磁污染，这对用户的生理和心理健康可能造成不利影响。另外，无线电通信的广播特性对信息传输的安全性也有不利影响。采用电力线通信的方式对智能家居联网可克服上述缺点。
[0077]图12是本实施例的智能家居应用示例图。在本实施例中，住在巴黎的Veronica家的电力线上安装了本实例的抽油烟机与燃气浓度传感器电力线通信一体化设备，电暖气、电热水器、电饭煲等均采用本发明的具有输出侧接通和断开控制功能的电力线通信一体化电源插座连接，灯均安装有具有电力线通信和开关控制功能的传感器，该电力线通信网络通过电力线通信网关接口连接到国际互联网。一个或者多个电源插口安装了具有电视和空调遥控电器控制功能的电力线通信传感器。Veronica的移动终端上安装有如图12右上角度的智能家居监控系统。该监控系统还内嵌了安全认证、加密通信等网络和信息安全模块。这样，Veixmica在任何时间、任何地点，通过国际互联网即可安全地实现家中电器设备的监视、控制。例如，Veronica可采用移动终端控制任意房间任一灯的开和关。又例如，Veronica在自己的移动终端上设置提醒功能或者编排自动控制和管理方案，可以在冬季每天下班前一小时控制打开电暖气开关和电热水器开关、上班后的半小时关闭这些开关，这样既节约了电费，又体验了家的温暖。在家中无人和出差期间，Veixmica还可以将家中的照明灯更换成本发明的照明灯音视频采集器电力线通信一体化设备，以便随时通过视频和音频监控各房间的情况，随时查看或记录各房间的情况，防止窃贼进入或者窃贼进入后可及时报警处理。当燃气泄露造成房间燃气浓度超标时，燃气浓度传感器获取该信息并传输到Veronica的移动终端，Veronica将接收到告警。Veronica还可以使用自己的移动终端控制电视、空调，为移动终端增加了电视和空调的遥控功能。通过这种方式，Veronica实现了家居智能化。
[0078]以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
【权利要求】
1.一种多元信息采集与传输的电力通信一体化系统，其特征在于:包括电力线、一个或多个电器与传感器电力线通信一体化设备、电力线网关接口、设备监控平台；电器与传感器电力线通信一体化设备与电力线网关接口接入电力线，设备监控平台通过互联网或者直接与电力线网关接口相连； 所述电力线上有多个常规电力线接口； 所述电器与传感器电力线通信一体化设备，包括电器和电力线通信传感器；其中电力线通信传感器包括直流电源与保护模块、传感器通信信号处理模块、传感数据采集器和设备控制模块；所述直流电源与保护模块，包括电压/电流保护模块和电源模块；所述传感器通信信号处理模块包括完成通信信号与电力线信号转换的信号转换模块和完成信号处理形成设备、电器控制信号的通信信号处理模块；所述设备控制模块完成设备、电器与设备监控平台之间的信息交互；所述传感数据采集器采集指定区域的传感数据； 电压/电流保护模块的输出连接信号转换模块，通信信号处理模块分别连接至信号转换模块、传感数据采集器和设备控制模块；电源模块分别为传感数据采集器以及其它各个模块供电；传感数据采集器与设备控制模块互连； 所述设备监控平台，包括用户界面、设备安全管理模块、设备状态管理模块、设备控制管理模块、设备数据管理模块、设备故障管理模块和远程通信模块； 用户界面提供设备监控的人机界面；设备安全管理模块完成接入系统的电力线通信一体化设备的密码管理、接入 和访问分级、接入和访问认证管理；设备状态管理模块完成接入系统的电力线通信一体化设备以及电器的状态查询；设备控制管理模块完成各个电力线通信一体化设备以及电器的控制；设备数据管理模块对接入系统的电力线通信传感器进行数据读取、存储、分层编码、压缩、归类整理、媒体数据处理、媒体播放、告警信息处理；设备故障管理模块实现所接入电力线通信一体化设备的故障定位、故障禁能、故障卸载管理；远程通信模块完成各个管理模块发送指令和数据的协议封装，并通过网关接口传送给相应的电力线通信一体化设备；同时接收和解析各个设备传送过来的请求、响应和数据，传送给各个管理模块进行数据处理； 所述电力线通信网关接口，包括直流电源与保护模块，信号转换模块，通信信号处理模块，通信协议适配模块和网关接口 ；其中直流电源与保护模块包括电压/电流保护模块和电源模块； 电压/电流保护模块的输出连接信号转换模块，信号转换模块与通信信号处理模块互连；通信信号处理模块与通信协议适配模块互连；通信协议适配模块与网关接口互连；电源模块分别为其它各个模块供电；直流电源与保护模块通过电力线接口连接入电力线；网关接口提供标准的局域网接口。
2.根据权利要求1所述的一种多元信息采集与传输的电力通信一体化系统，其特征在于:所述电器与传感器的电力线通信一体化设备，采用紧密型或者可分离型一体化结构；所述紧密型一体化结构中，电器与电力线通信传感器固定或封装为一体；电器、直流电源与保护模块通过同一个电力线接口连接入电力线；所述可分离型一体化结构中，电器和电力线通信传感器分别独立拆卸、安装和更换；电器、电力线通信传感器各自通过一个电力线接口连接到电力线。
3.根据权利要求1所述的一种多元信息采集与传输的电力通信一体化系统，其特征在于:所述传感数据采集器采用包括但不限于摄像头、音频传感器、气体浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风力传感器、光信号感应器、无线电信号采集器和无线电频谱检测器中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种多元信息采集与传输的电力通信一体化系统，其特征在于:所述的电器与传感器电力线通信一体化设备，还包括完成电器状态查询及控制的电器控制器；电器控制器分别连接至电器、传感数据采集器和设备控制模块，传感数据采集器与电器相连；所述传感数据采集器和电器控制器通过但不限于有线、无线电、太赫兹、红外线、紫外线、可见光、激光、声音方式与电器连接。
5.根据权利要求1所述的一种多元信息采集与传输的电力通信一体化系统，其特征在于:所述的电器与传感器电力线通信一体化设备，还包括开关、开关控制器，或者开关、开关控制器和手动控制器；开关置于电器与电力线接口之间，开关控制器与开关相连，手动控制器与开关控制器相连；电力线通信传感器的设备控制模块通过开关控制器及手动控制器，自动或手动控制开关或查询开关状态。
6.根据权利要求1所述的一种多兀信息米集与传输的电力通信一体化系统，其特征在于:所述设备监控平台的用户界面和设备安全管理模块、设备状态管理模块、设备控制管理模块、设备数据管理模块和设备故障管理模块安装在同一移动通信终端或连网计算机中；或者用户界面和五个设备管理模块安装在不同的物理实体设备中，并在所述的不同物理实体设备中分别安装与用户界面相连的远程通信模块，以及与各个管理模块相连的远程通信模块；用户界面和各个管理模块通过网络进行信息交互，该方式能支持多个终端用户对电力线通信一体化设备的监控。
7.根据权利要求1所述的一种多元信息采集与传输的电力通信一体化系统，其特征在于:还包括照明灯与光无线及电力线通信一体化设备；具体包括直流电源与保护模块、通信与信号处理模块、设备控制模块、光电转换模块、光功率放大模块、发光二极管；其中，直流电源与保护模块包括电压/电流保护模块、电源模块；通信与信号处理模块包括电力线通信模块、通信协议转换模块、光无线通信信号处理模块； 电压/电流保护模块、电力线通信信号转换模块、通信协议转换模块、光无线通信信号处理模块、光电转换模块、光功率放大模块、发光二极管顺次连接；电力线通信信号转换模块与设备控制模块相连；电源模块分别为其它各个模块供电；直流电源与保护模块通过电力线接口连接入电力线。
8.根据权利要求1所述的一种多元信息采集与传输的电力通信一体化系统，其特征在于:还包括电器与无线电采集发送器电力线通信一体化设备，具体包括电器、直流电源与保护模块、传感器通信信号处理模块、设备控制模块、无线电信号采集发送器；其中，直流电源与保护模块包括电压/电流保护模块、电源模块；所述传感器通信信号处理模块包括信号转换模块和通信信号处理模块；无线电采集发送器包括完成无线电信号采集的模数转换器、下变频器、接收滤波器和接收天线单元，以及完成无线电信号发送的数模转换器、上变频器、发送滤波器、功放器和发送天线单元； 电压/电流保护模块 的输出连接信号转换模块，通信信号处理模块分别连接至信号转换模块、模数转换器、数模转换器和设备控制模块；接收天线、接收滤波器、下变频器、模数转换器顺次相连；数模转换器、上变频器、发送滤波器、功放器、发送天线顺次相连；电源模块分别连接至需要直流供电的各个模块；电器、电力线通信传感器各自通过一个电力线接口连接入电力线； 当只需完成无线电信号采集时，去除完成无线电信号发送的各模块； 当只需完成无线电信号发送时，去除完成无线电信号采集的各模块。
9.根据权利要求1所述的一种多兀信息米集与传输的电力通信一体化系统，其特征在于:设备监控平台能实现设备监控、电力线通信一体化设备能响应及提出请求、完成自动安装; 所述监控过程为:(1)设备监控平台发送监控指令；(2)相应的电力线通信一体化设备的设备控制模块接收监控指令，并发回响应；(3)设备控制模块执行指令任务后，向设备监控平台返回监控指令响应结果； 所述响应及提出请求过程为:(1)设备控制模块发送事务请求；(2)设备监控平台接收事务请求，并响应；(3)设备控制模块根据事务请求响应处理事务后，向设备监控平台返回监控指令响应结果； 所述自动安装过程为:(1)电力线通信一体化设备接入电力线网络，向设备监控平台发送基本设备信息和安装请求；(2)监控平台接收安装请求，并回送是否同意安装的响应；(3)如果响应为同意，电力线通信一体化设备向监控平台发送详细设备信息、记录自身安装状态，设备控制模块随时响应监控平台的状态在线查询；设备监控平台将该设备信息加入活动设备列表，完成安装；如果响应为不同意，电力线通信一体化设备将自身设备控制模块置成“休眠”状态，只响应监控平台发送的设备加入系统邀请、设备搜索类指令。
10.根据权利要求1和权利要求8所述的一种多兀信息米集与传输的电力通信一体化系统，其特征在于:能实现无线电信号的增强覆盖；具体方法为:将所述电器与无线电采集发送器电力线通信一体化设备接入无线电信号覆盖区域的电力线；将另一个所述电器与无线电采集发送器电力线通信一体化设备接入同一电力线局域网内、没有无线电信号覆盖区域的电力线；经两个区域中设备的双向通信实现区域信号的增强覆盖。
【文档编号】G08C19/00GK103812525SQ201210455304
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月13日 优先权日:2012年11月13日
【发明者】不公告发明人 申请人:李祥明