专利名称：一种基于电力传输线路的物联网系统的制作方法
技术领域：
本发明内容属于网络架构系统的建立技术领域，涉及一种适于在外界各应用场景(生活场景和生产场景等)用户单元构建的基于电力传输线路的物联网系统。
背景技术：
在通信网络进一步向用户延伸的当今时代，网络连接已由以往的通过互联网络实现人与人的互联，发展到通过物联网实现物与物的互联以及人与物的互联。物联网产业包含的门类很庞大，不仅包括传感器、射频识别、GPS，还涉及到下一代网络支撑的网络平台产业以及经济社会生活的方方面面，因此，构建有效的物联网关系到当今社会各种产业链的健康发展。在以往的物联网构建技术中，基于传感器且通过无线局域网络并使用IEEE802.15.4协议的方法是最常用的构建方法。这种方法最早用于军事场景中为作战武器之间建立网络连接，具有部署快捷、灵活的特点。但在与民生有更多相关的家庭、工业、农业等的生活场景及生产场景中，这种方法却存在交互干扰严重，节点寿命短等的缺点，毕竟在这些场景中，灵活和机动已经不再重要，而便捷、可靠以及综合业务需求则成为构建者要首先考虑的问题。
发明内容
本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，以生活场景及生产场景中使用电力为前提条件，提供一种能够方便地与互联网络相连并可避免节点电池供电引起的寿命缩短以及无线电波多点发射相互干扰等缺陷，从而实现物联网构建便捷可靠的基于电力传输线路的物联网系统。为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的；所提供的基于电力传输线路的物联网系统由基于电力传输线路的通信平台、基于微处理器的控制平台和基于传感器的物联感知平台三部分组成，其中，(一)、基于电力传输线路的通信平台包括一个或多个通过电力线耦合单元与电力传输线网络互联的电力线通信调制/解调单元；(二)、基于微处理器的控制平台包括一个或多个通过协议转换单元与Internet网络进行转换和互联的微处理器，微处理器的控制端之一控制输出驱动单元与电力线通信调制和解调单元的输出端联接，以完成数据的受控输出，微处理器的控制端之二通过执行机构单元输接至外界各应用场景用户单元的控制机构输入端，以完成对外界环境的控制，微处理器与数据转换单元完成数据格式转换；(三)、基于传感器的物联感知平台包括多个分设于外界各应用场景用户单元物化或生物监测点的传感器，各传感器的输出信号经感知元件接入单元输接至微处理器的感知信号输入端。本发明的技术解决方案还在于:基于电力传输线路的通信平台通过电力线耦合接口单元与电力传输线路相连，在基于微处理器的控制平台的操纵下，获取基于传感器的物联感知平台提供的数据， 基于微处理器的控制平台通过感知元件接入单元与无线或有线传感器网络互连，并通过协议转换单元与Internet互连，电力传输线路、基于电力传输线路的通信平台、基于微处理器控制平台和基于传感器的物联感知平台构成为一个完整系统，在与软件构成的控制和协议规范下，实现物联网要求的业务。在具体的网络构架设计中，它对所有的传感器节点的位置、距离不做任何有求。实际工作中，基于电力传输线路的通信平台可在同一个变压器范围之内，以现有的电力传输线为物理媒介，利用频带传输方式提供高可靠、低误码率、中速或低速率的数据传送。保证了通信平台与电力传输网络、Internet以及无线传感器网络的有效互联，使生活场景和生产场景中的家用电器、工业、农业生产设备等在电力传输网络的任何位置都可以随时、方便的接入，并且能够实现全程全网的数据交换。本发明的技术解决方案还在于:基于电力传输线路的通信平台由输入滤波电路、前置放大电路、电力线通信调制/解调单元组成，电力线耦合单元的输出端依次经输入滤波电路和前置放大电路通至电力线通信调制/解调单元的输入端，电力线通信调制/解调单元的输出端通接至输出驱动单元，再经电力线耦合单元耦合到电力线上。本发明的技术解决方案还在于:基于微处理器的控制平台上包含有，(一)、微处理器以及为之开发的软件体系；(二)、为规范物联网通信所开发的协议体系；(三)、为实现基于电力传输线路的物联网与无线传感器网络之间的相互转换所开发的协议体系；以及(四)、为实现基于电力传输线路的物联网与Internet网之间的互联所开发的转换节点以及协议体系。实际工作中，通过由微处理器以及为之开发的软件体系支撑的控制层面，组织和协调通信平台的有序工作，这些工作包括通信平台上的各种不同传感器的数据机构转换、异构型网络之间的协议转换、无线传感器与有线传感器之间的协议转换以及基于电力传输线路的物联网与Internet之间的协议转换。本发明的技术解决方案还在于:基于传感器的物联感知平台上包含生活场景和生产场景所用的感知多种信息的传感器、音视频采集器、二维条码阅读识别器等，实际工作中，物联感知平台可将生活场景和生产场景所需要的与保证健康、保障安全、提高工作效率、提高生活质量有关的信 息联系在一起，通过服务决策处理机构，有效的实现预期的服务目标。与以往的利用无线组网技术组建的物联网系统相比，本发明以现有的电力传输线为物理媒介，在同一个变压器范围之内构建物联网，并利用频带传输方式提供高可靠、低误码率、中速或低速率的数据传送、转换和判别，有效的避免了节点电池供电引起的寿命缩短、无线电波多点发射相互干扰以及无线电波对环境的影响。在本发明技术应用中，所有的在生活场景和生产场景中用电的物体均可以被非常方便地接入网络中，从而实现物联网系统便捷、可靠的构建。
图1是基于电力传输线路的物联网系统的节点框图。图2是通信平台与电力传输网络的接口框图。图3是通信平台与Internet网的接口框图。图4是通信平台与无线传感器网络的接口框图。图5是一种基于电力传输线路的物联网系统的总体网络结构图。
图6是基于电力传输线路的物联网系统的生活场景网络示意图。图7是基于电力传输线路的物联网系统的工业生产场景网络示意图。图8是基于电力传输线路的物联网系统的农业生产场景网络示意图。附图中各数字标号分别是:11_电力线耦合单元，12-输出驱动单元，13-电力线通信调制/解调单元，131-前置放大电路，132-输入滤波电路(131、132包含在13中)，14-数据转换单元，15-微处理器，151-通信控制，152-数据输入，153-数据输出(151、152、153包含在15中)，16-协议转换单元，161-专有协议与802.3协议转换，162专有协议与802.15.4协议转换(161、162包含在16中)，17-感知元件接入单元，18-执行机构单元，19-1nternet网络。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明内容做进一步说明，但本发明的实际应用形式并不仅限于下述的实施例。本发明所述的物联网系统构建的方法是基于电力传输线路的通信技术。电力线通信技术是指利用现有的电力传输线通过调制及解调方式进行中、低速数字信号传输的技术，其最大特点是只要有电力线，就能进行数据传递。电力线通信的基本原理是利用现有配电网线路，在发送端将数据信号加载于电力线进行传输，在接收端再把信号从电线中解调出来，并传送到处理器进行处理，这样，电力传输线是本发明所述物联网系统的物理媒介。该物联网系统的工作原理结构如图1所示，它由基于电力传输线路的通信平台、基于微处理器的控制平台和基于传感器的物联感知平台三部分组成，以微处理器为核心，下面连接电力线通信平台，上面连接传感器组件，中间连结Internet和无线网络，完成电路适配和协议转换，保证不同物体、不同属性、不同业务需求的物-物、人-物互联，同时保证本物联网与Interne t互联以及保证本物联网与无线网络互联。基于电力传输线路的通信平台又包含基于电力传输线路的物联网架构、基于电力传输线路的物联网专有通信协议、基于电力传输线路的物联网与Internet之间的协议转换以及基于电力传输线路的物联网与无线传感器网络之间的协议转换四个子层面。硬件结构设置上，该通信平台包括一个或多个通过电力线耦合单元11与电力传输线网络互联的电力线通信调制和解调单元13。该通信平台的一种应用结构示例如图2所示，该部分的构成由电力线耦合单元11、输入滤波电路132、前置放大电路131、电力线通信调制和解调单元13组成，该部分的信息流程依次经电力线耦合单元11进入输入滤波电路132和前置放大电路131通至电力线通信调制和解调单元13的输入端，电力线通信调制和解调单元13的输出端通接至输出驱动单元12后，进入电力线耦合单元11送入电力线，以实现数据信息在电力传输线路中的双向传送。该平台主要完成的是数据上下电力线的耦合和按照有关数据进行处理，包括调制解调、编码等技术环节。具体实施中，电力线耦合单元11可采用型号为9014、9015、2SC1815、2SA1015、1N4148等的器件，电力线通信调制/解调单元13可采用型号为PL3105、ES0191等的器件，前置放大电路131可采用型号为9050、1N4148、R、C等的器件，输入滤波电路132可采用型号为JQ15、R、C等的器件，但本发明不仅限于采用上述的器件基于微处理器的控制平台包括一个或多个通过协议转换单元16 (含161、162)与Internet网络19进行转换和互联的微处理器15，微处理器15的控制端之一控制输出驱动单元12与电力线通信调制和解调单元13的输出端联接，同时也通过输出驱动单元12与电力线耦合单元11联接，微处理器15的控制端之二(指令输出端)通过执行机构单元18输接至外界各应用场景用户单元的控制机构输入端，可实现数据信息全程全网的通信过程以及与互联网连接的功能，使本发明的通信平台不仅在电网内通信，而且在电网外也能通信。具体实施中，微处理器15的型号可采用8051C，输出驱动单元12可采用型号为9014、9015、2SC1815、2SA1015、1N4148等的器件，但本发明不仅限于采用上述的器件。基于传感器的物联感知平台提供了物-物相连和人-物相连的基础，它包括多个分设于包含生活场景和生产场景中用户单元物化或生物监测点的感知各种信息所用的传感器、音视频采集器、二维条码阅读识别器等，可将生活场景和生产场景所需要的与保证健康、保障安全、提高工作效率、提高生活质量有关的信息联系在一起，通过服务决策处理机构，有效的实现预期的服务目标。结构设置上，各传感器的输出信号经感知元件接入单元17 (可采用型号为LM135、AD590、LM3911、MAX6575、SH1100、HM1500等的器件，但不仅限于采用上述的器件)输接至微处理器15的感知信号输入端。图4是通信平台与无线传感器网络的接口框图，利用该接口可实现数据信息全程全网的通信过程的另一部分，用以完成通信平台与无线传感器网络连接的功能，更好地兼容当前使用的无线传感器网络，使得有线传感器网络与无线传感器网络互通。本发明系统基本工作原理是:基于电力传输线路的通信平台通过电力线耦合接口单元与电力传输线路相连，在基于微处理器的控制平台的操纵下，获取基于传感器的物联感知平台提供的数据，基于微处理器的控制平台通过感知元件接入单元与无线传感器网络互连，并通过协议转换单元与Internet互连，电力传输线路、基于电力传输线路的通信平台、基于微处理器控制平台和基于传感器的物联感知平台构成为一个完整系统，在与软件构成的控制和协议规范下，实现物联网要求的业务。在图5所示的本发明总体网络应用结构中，经过园区变压器变化后，电力传输网以380v和220v交流电配送园区，提供电力服务。在生活场景中以楼宇、门栋、楼层及住宅区分，进入生活场景服务区域，在生产场景以工业、农业生产车间划分后，进入生产场景服务区域。所有接受服务的单元以并联的方式接入，其间特性阻抗匹配和干扰滤除是必须做到的。基于电力传输线路的物联网系统的专有通信协议主要为解决在电力传输线路中可靠且有序的传输数据信息。设计并开发包括信息发送、接收的帧格式、数据结构、传输速率和调制方式。基于电力传输线路的物联网与Internet之间的协议转换标识为Internet转换，是开发的专有设备，通过对电力线路通信平台专有协议与以太网802.3协议之间的转换以及对路由分配、拥塞控制等措施的实现达到目的。而基于电力传输线路的物联网与无线传感器网络之间的协议转换标识为无线接口，是设计无线传感器网络与电力通信平台的协议转换，以适应生活场景和生产场景中用户自由移动的需要，配合可穿戴健康传感器，可及时了解用户健康状态并提供指导建议。如图6所示，在生活场景中的物联网络中，将基本物联所需要的传感组件(包括温度、湿度、烟雾、空气质量、重量传感器以及移动物体、灾害监测识别器和视频等)单独或嵌入家用电器或所需要 的物品中，由可穿戴的保健传感器与无线接口的连接，形成物联网络，这种物联网络完成物-物、人-物之间互联。本物联网根据生活需要设置的服务参数，提供多种控制以提高生活质量，体现在吃、穿、居住、保健、居家安全等方面。如图7所示，在工业生产场景中的物联网络中，将基本物联所需要的包括温度、湿度、烟雾、空气质量、重量传感器以及移动物体、灾害监测识别器和视频等在内的传感组件单独或嵌入生产设备或所需要的物品中，由可穿戴的安保传感器与无线接口的连接，形成物联网络。该物联网络特别体现工业生产管理和工业安全生产，是工业场景实施的要点。如图8所示，在农业生产场景中的物联网络中，将基本物联所需要的包括温度、湿度、烟雾、空气质量、重量传感器以及移动物体、灾害监测识别器和视频等在内的传感组件单独或嵌入生产设备或所需要的物品中，形成物联网络。该物联网络特别体现精准农业生产管理和农业安全生 产，是农业场景实施的要点。
权利要求
1.一种基于电力传输线路的物联网系统，其特征在于:由基于电力传输线路的通信平台、基于微处理器的控制平台和基于传感器的物联感知平台三部分组成，其中， 1.1基于电力传输线路的通信平台包括一个或多个通过电力线耦合单元(11)与电力传输线网络互联的电力线通信调制/解调单元(13)； 1.2基于微处理器的控制平台包括一个或多个通过协议转换单元(16)与Internet网络(19)进行转换和互联的微处理器(15)，微处理器(15)的控制端之一控制输出驱动单元(12)与电力线通信调制和解调单元(13)的输出端联接，微处理器(15)的控制端之二通过执行机构单元(18)输接至外界各 应用场景用户单元的控制机构输入端，微处理器(15)与数据转换单元(14)完成数据格式转换； 1.3基于传感器的物联感知平台包括多个分设于外界各应用场景用户单元物化或生物监测点的传感器或无线传感器，各传感器的输出信号经感知元件接入单元(17)输接至微处理器(15)的感知信号输入端。
2.根据权利要求1所述的基于电力传输线路的物联网系统，其特征在于:基于电力传输线路的通信平台通过电力线输入/输出耦合单元(11)与电力传输线路相连，在基于微处理器的控制平台的操纵下，获取基于传感器的物联感知平台提供的数据，基于微处理器的控制平台通过感知元件接入单元(17)与无线或有线传感器网络互连，并通过协议转换单元(16)与Internet互连，电力传输线路、基于电力传输线路的通信平台、基于微处理器控制平台和基于传感器的物联感知平台构成为一个完整系统，在与软件构成的控制和协议规范下，实现物联网要求的业务。
3.根据权利要求1所述的基于电力传输线路的物联网系统，其特征在于:基于电力传输线路的通信平台由输入滤波电路(132)、前置放大电路(131)、电力线通信调制/解调单元(13)组成，电力线耦合单元(11)的输出端依次经输入滤波电路(132)和前置放大电路(131)通至电力线通信调制/解调单元(13)的输入端，电力线通信调制/解调单元(13)的输出端通接至输出驱动单元(12)，再经电力线耦合单元(11)耦合到电力线上。
4.根据权利要求1所述的基于电力传输线路的物联网系统，其特征在于:基于微处理器的控制平台上包含有 4.1微处理器以及为之开发的软件体系； 4.2为规范物联网通信所开发的协议体系； 4.3为实现基于电力传输线路的物联网与无线传感器网络之间的相互转换所开发的协议体系；以及 4.4为实现基于电力传输线路的物联网与Internet网之间的互联所开发的转换节点以及协议体系。
5.根据权利要求1所述的基于电力传输线路的物联网系统，其特征在于:基于传感器的物联感知平台上包含生活场景和生产场景所用的传感器、音视频采集器、二维条码阅读识别器。
全文摘要
本发明涉及一种基于电力传输线路的物联网系统，由基于电力传输线路的通信平台、基于微处理器的控制平台和基于传感器的物联感知平台组成，其中，通信平台包括一个或多个通过电力线耦合单元与电力传输线网络互联的电力线通信调制/解调单元，控制平台包括一个或多个通过协议转换单元与Internet网络进行转换和互联的微处理器，物联感知平台包括多个分设于外界各应用场景用户单元物化或生物监测点的传感器。本发明以生活场景及生产场景中使用电力为前提条件，通过转换接口和软件体系，使所有应用场景中用电的物体均能方便地接入互联网络中，可避免节点电池供电引起的寿命缩短以及无线电波多点发射相互干扰等缺陷，实现物联网构建的便捷和可靠。
文档编号H04L29/08GK103248638SQ201210024570
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月3日 优先权日2012年2月3日
发明者孙友伟, 李晓宏 申请人:孙友伟, 丹凤常兴科技实业有限公司