专利名称：一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置及方法
技术领域：
本发明设计无线网络通信设备领域，具体涉及一种采用数字机顶盒传输的无线抄表集中器装置及无线抄表方法。
背景技术：
随着城市人口和高层建筑的增加，人工式抄表工作量日益增大，运营管理费用逐步增加，很容易出现抄表任务重、效率低、记录有误、不方便管理等现象，对实现抄表的自动化和智能化提出了迫切的需求。ZigBee是基于IEEE802. 15. 4标准的低功耗个域网协议的一种短距离无线网络传输模式，这种无线通信技术具有低功耗、短延迟、高容量、高可靠性及安全性、工作频段灵 活、高容量及组网灵活的特点。近几年来，随着信息技术的改进，我国在数字电视方面发展迅速，目前国内的有线数字电视网络具有覆盖率广、传输稳定性好等特点。采用数字电视机顶盒相关的有线数字电视能方便地与用户交互，但是与国外同行业相比，国内数字电视机顶盒的功能主要集中在电视节目上，还存在着很大的开发与应用空间。但是将ZigBee技术及数字电视网同时应用于抄表系统，尚待解决的问题有数据的采集问题，数据的传输问题，数据的处理方式，能量的供给，时间的校正，通信协议等。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置及方法，解决无线抄表系统中采用有线数字电视网作为网络传输媒介的实现问题以及短距离无线网络与有线数字电视网络的接口问题。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置，该集中器装置分别与抄表信息采集系统和抄表信息数据管理系统连接，其特征在于该集中器装置包括ZigBee无线模块，以及与ZigBee无线模块连接的数字电视机顶盒模块，集中器装置通过ZigBee无线模块与抄表信息采集系统通信，通过数字电视机顶盒模块与抄表信息数据管理系统通信。进一步，如上所述的一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置，所述ZigBee无线模块通过USB接口与数字电视机顶盒模块通信连接。进一步，如上所述的一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置，ZigBee无线模块包括用于存储从抄表信息采集系统接收到的用户抄表数据的存储器，以及用于对用户抄表数据进行解析的微控制器，微控制器和存储器均与ZigBee无线网络通信单元连接，ZigBee无线模块通过ZigBee无线网络通信单元用于与抄表信息采集系统进行无线通信。进一步，如上所述的一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置，所述ZigBee无线模块还包括分别与微控制器和存储器连接的电源单元、时钟单元以及flash存储单元；所述电源单元用于集中器装置的供电；所述时钟单元用于集中器装置的时间校准及定时；所述flash存储单元用于辅助存储器进行用户抄表数据的存储。
进一步，如上所述的一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置，所述数字电视机顶盒模块为有线电视数字电视机顶盒。进一步，如上所述的一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置，当数字电视机顶盒模块为上电状态时，集中器装置由数字电视机顶盒模块进行供电；当数字电视机顶盒模块为断电状态时，集中器装置由ZigBee无线模块的电源单元进行供电。再进一步，如上所述的一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置，所述ZigBee无线模块是采用CC2531开发实现；所述USB接口采用USB HID工作模式，采用中断方式进行数据的发送和接收。更进一步，如上所述的一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置，所述抄表信息采集系统中的信息采集源安装有ZigBee节点设备，ZigBee无线网络通信单元通过ZigBee节点设备与抄表信息采集系统连接通信。一种基于数字电视机顶盒的无线抄表方法，包括以下步骤 (I)无线抄表集中器装置上电，初始化ZigBee无线模块和数字电视机顶模块，配置USB接口，进行ZigBee无线模块与数字电视机顶盒模块的网络通信连接；(2)实现ZigBee无线模块与抄表信息采集系统的通信，以及数字电视机顶盒模块与抄表信息数据管理系统的通信；(3)监听信道是否有通信请求，若否则继续监听；若是则查看该通信请求是来自ZigBee无线模块，还是来自于数字电视机顶盒模块，若来自于数字电视机顶盒模块则进入步骤(4)，若来自于ZigBee无线模块则进入步骤(5);(4) ZigBee无线模块的微控制器解析来自数字电视机顶盒模块的通信请求，将解析后的指令信息经ZigBee无线模块下发到抄表信息采集系统，抄表信息采集系统根据指令信息进行数据的采集，并将采集后的数据传送至ZigBee无线模块；(5)将ZigBee无线模块中的数据进行处理后经数字电视机顶盒模块上传至抄表信息数据管理系统。进一步，如上所述的一种基于数字电视机顶盒的无线抄表方法，步骤(3)中，在进行信道监听之前，进行网络连接测试，检测网络连接是否成功，若是则进入步骤(2)，若否则进行重试直至网络连接成功。进一步，如上所述的一种基于数字电视机顶盒的无线抄表方法，步骤(3)中，ZigBee无线模块的时钟单元设置抄表信息采集系统将数据自动上传至系统抄表信息数据管理系统的定时间隔，在进行信道监听时，同时监听ZigBee无线模块的时钟单元，判断自动上传的定时间隔是否期满，若是则启动抄表信息采集系统的ZigBee节点设备，唤醒抄表信息采集系统，将抄表信息采集系统采集的数据由集中器装置上传至抄表信息数据管理系统。本发明的有益效果在于本实用集中器装置能够满足无线抄表系统对数据传输的双向控制功能。相对于现有的技术，本发明能够兼并短距离无线通信及有线数字电视网络特有的优势，实现二者的
彡口口 本发明的ZigBee无线模块具有低功耗，承载容量大，传输可靠性高的特点，能满足无线抄表对传输距离、传输容量和传输质量的要求。本发明还充分应用了数字电视机顶盒具有开发空间大的优势和有线数字网络具有较高覆盖率和较好的传输稳定性的特点。本发明的使用场景灵活，在应用上具有很强的普遍性，可以应用在楼宇统一安装的竖井式抄表中，也可以应用于现今部分存在的家庭独立安装方式的抄表系统中。此外，本发明提供的是一种中间网络传输设备，在短距离无线网络和有线数字电视网络综合应用的场景都具有一定的适用性。
本实用集中器装置体积小，且便于安装和使用。
图I为本发明集中器装置的工作环境的拓扑示意图；；图2为本发明集中器装置基本组成结构的简单示意图；图3为本发明集中器装置的功能模块框图；图4为本发明一种基于数字电视机顶盒的无线抄表方法的流程图。
具体实施例方式下面结合说明书附图与具体实施方式
对本发明做进一步的详细说明。图I描述了本发明所述集中器装置工作环境的拓扑示意图，在无线抄表系统中，集中器起到连接抄表信息采集系统和抄表信息数据管理系统的网络中介作用，一方面负责将抄表信息数据管理系统下发的指令信息接收，进行解析后下发到抄表信息采集系统，抄表信息采集系统再执行相应操作；另一方面，负责将抄表信息采集系统的请求信息进行处理，并负责接收抄表信息采集系统采集到的用户数据，进行存储、转换、加密后，再将处理后的抄表数据上传至信息管理系统。图2描述了本发明所述集中器装置基本组成结构的简单示意图。本发明有两大基本组成模块，负责与抄表信息采集系统直接通信的ZigBee无线模块和负责与抄表信息数据管理系统直接通信的数字电视机顶盒模块。ZigBee无线模块与抄表信息采集系统通过ZigBee网络进行短距离无线通信，一般地，要求在信息采集系统中的信息采集源安装ZigBee节点设备。数字电视机顶盒模块与抄表信息数据管理系统通过有线数字电视网进行通信。本发明中，两大基本组成模块通过通用USB 口进行通信连接，ZigBee无线模块带有USB插头，作为USB通信的从设备，数字电视机顶盒需采用带有USB接口的机顶盒，作为USB通信的主设备。图3描述了本发明集中器装置的功能模块框图，即ZigBee无线模块和数字电视机顶盒模块，由图中可以看出，ZigBee无线模块包括微控制器和存储器、以及分别与微控制器和存储器连接的ZigBee无线网络通信单元，数字电视机顶盒模块可以是一般的有线数字电视机顶盒，主要包括有线数字电视网络通信单元，数字电视机顶盒模块通过该单元实现与抄表信息数据管理系统的通信，ZigBee无线模块通过该ZigBee无线网络通信单元实现与抄表信息采集系统的通信，存储器用于存储从抄表信息采集系统接收到的用户抄表数据，微控制器用于对用户抄表数据进行解析，将解析后的抄表数据通过有线数字电视网上传到抄表信息数据管理系统。由图3中可以看出，ZigBee无线模块还包括了分别与微控制器和存储器连接的电源单元、时钟单元以及flash存储单元，电源单元用于对集中器装置的供电，时钟单元用于集中器装置的时间校准及定时，flash存储单元用于辅助存储器进行用户抄表数据的存储。时钟单元通过进行定时设置，在达到设置的定时要求时，主动启动抄表信息采集系统，将采集后的数据上传至抄表信息数据管理系统。其中，电源单元给整个集中器提供电能，需要说明一点，当数字电视机顶盒模块在正常工作模式下，集中器由数字电视机顶盒供电，ZigBee无线模块的电源单元进行充电，当数字电视机顶盒断电时，由ZigBee无线模块的电池单元年进行供电。ZigBee无线模块和数字电视机顶盒模块可拆分使用，可单独或整体进行检修。本发明的ZigBee无线模块采用CC2531进行片上开发，具体硬件包括电源、天线、CC2531主芯片、指示灯、复位键、开关及外部接口等常用的开发元件，主芯片上具有USB连接器，这些元件集成封装在开发板上。通过ZigBee无线模块的开发实现的短距离无线通信是现有的技术手段，在此不再对其进行详细的 说明介绍。将ZigBee技术应用于抄表系统，它以很低的成本建立强大的网络节点，能够满足抄表系统高容量、高性能、低能耗的要求。本实施方式中的数字电视机顶盒模块可以直接采用家用数字电视机顶盒，当然也可以通过现有技术来开发具有数字电视机顶盒功能的模块，实现通过有线数字电视网进行通信的目的。起到ZigBee无线模块与数字电视机顶盒模块连接作用的USB接口采用通用USB接口，工作模式采用USB HID的通信方式。USB接口的通信协议依赖于libusb-l. O. so〈libusb_l. 0/libusb. h> 库文件。在基于ZigBee和有线数字电视网综合利用的无线抄表系统中，本发明的无线抄表集中器装置有两种主要的使用方式其使用场景之一是用于住户内独立安装的抄表系统，此时家用数字电视机顶盒可以直接作为本发明的一部分(数字电视机顶盒模块)，将带有USB接口的ZigBee无线模块连接到家用数字电视机顶盒上，写入程序后即可作为无线抄表系统的集中器，此时ZigBee网络中实现一对一的通信。本发明的另一种使用场景是用于楼宇竖井内安装的集中抄表系统。此时，本发明的两大部分不分开，一起作为每层楼或者根据实际划分的每个子系统单位中的抄表集中器。与第一种应用场景的不同之处在于，此时ZigBee无线模块与采集器系统(信息采集系统)中的多个信息源进行通信，即ZigBee无线网络中实现多对一的通信。图4示出了基于图2中一种基于数字电视机顶盒的无线抄表方法的流程图，主要包括以下几个步骤步骤I :无线抄表集中器装置上电，初始化ZigBee无线模块和数字电视机顶盒模块，配置USB接口，进行ZigBee无线模块与数字电视机顶盒模块的网络通信连接；步骤2 :通过ZigBee无线网络通信单元实现ZigBee无线模块与抄表信息采集系统的通信，通过有线数字电视网络通信单元实现数字电视机顶盒模块与抄表信息数据管理系统的通信系统抄表信息数据管理系统；通过步骤I和步骤2完成整个抄表采集系统的上电及网络通信连接后，需要进行网络连接的测试，检测网络连接是否成功，若成功则进入到步骤3，若不成功，则进行重试，直至连接成功。步骤3 :监听信道，监听是否有通信请求，若否则继续监听；若是则查看通信请求是来自ZigBee无线模块，还是来自于数字电视机顶盒模块，若来自于数字电视机顶盒模块则解析通信请求，将解析后的指令信息经ZigBee无线模块下发到抄表信息采集系统，抄表信息采集系统根据指令信息进行数据的采集，并将采集后的数据传送至ZigBee无线模块，最后由ZigBee无线模块对数据进行处理后经数字电视机顶盒模块上传至系统抄表信息数据管理系统；若通信请求来自于ZigBee无线模块则处理通信请求，将ZigBee无线模块中的数据进行处理后经数字电视机顶盒模块上传至系统抄表信息数据管理系统。ZigBee无线模块对数据进行处理主要包括了数据的存储、转化及加密等处理，之后将处理后的数据传至抄表信息数据管理系统。由上文中的描述可知，集中器起到连接抄表信息采集系统和抄表信息数据管理系统的网络中介作用，一方面负责将抄表信息数据管理系统下发的指令接收解析后下发到抄表信息采集系统，另一方面接收信息采集系统采集到的数据，处理后上传至抄表信息数据管理系统，本发明的集中器装置是由ZigBee无线模块、和数字电视机顶盒模块共同实现的，两模块可通过USB接口实现通信连接，所以在信道监听时，主要监听到的是来自ZigBee无线模块和数字电视机顶盒模块的通信请求，而ZigBee无线模块实现的与抄表采集信息 系统的通信，数字电视机顶盒模块实现的是与抄表信息数据管理系统通信，所以来自数字电视机顶盒模块的通信请求为系统抄表信息数据管理系统下发的指令，解析该指令后下发到经ZigBee无线模块下发到信息采集系统，再有信息采集系统进行数据采集；而来自ZigBee无线模块的通信请求应为数据上传的请求指令，处理后将将ZigBee无线模块中的数据进行处理后(包括存储、转换、加密等)经数字电视机顶盒模块上传至抄表信息数据管理系统。为了实现信息采集系统中的数据能够及时上传至抄表信息数据管理系统，本发明的设备集中器中还设有内部定时器，在信道监听时，同时监听内部定时器，判断节点自动上传定时间隔是否期满，若是则说明达到设定的自动抄数上传的时间点，则启动唤醒无线通信节点功能，唤醒采集器系统(抄表信息采集系统)，进行数据的上传。ZigBee模块与采集器节点进行通信需要遵循一定的通信协议，以保证信息的有效传输；根据通信协议，判断采集器节点是否会有数据上传，若有则定时等待一段时间，到达设定的等待间隔后，再进行数据的接收、存储、转换及加密处理；最后将处理后的数据通过USB接口上传到数字电视机顶盒。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置，该集中器装置分别与抄表信息采集系统和抄表信息数据管理系统连接，其特征在于该集中器装置包括ZigBee无线模块，以及与ZigBee无线模块连接的数字电视机顶盒模块，集中器装置通过ZigBee无线模块与抄表信息采集系统通信，通过数字电视机顶盒模块与抄表信息数据管理系统通信。
2.如权利要求I所述的一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置，其特征在于所述ZigBee无线模块通过USB接口与数字电视机顶盒模块通信连接。
3.如权利要求I或2所述的一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置，其特征在于=ZigBee无线模块包括用于存储从抄表信息采集系统接收到的用户抄表数据的存储器，以及用于对用户抄表数据进行解析的微控制器，微控制器和存储器均与ZigBee无线网络通信单元连接，ZigBee无线模块通过ZigBee无线网络通信单元用于与抄表信息采集系统进行无线通信。
4.如权利要求3所述的一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置，其特征在于所述ZigBee无线模块还包括分别与微控制器和存储器连接的电源单元、时钟单元以及flash存储单元；所述电源单元用于集中器装置的供电；所述时钟单元用于集中器装置的时间校准及定时；所述flash存储单元用于辅助存储器进行用户抄表数据的存储。
5.如权利要求I所述的一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置，其特征在于所述数字电视机顶盒模块为有线电视数字电视机顶盒。
6.如权利要求I或5所述的一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置，其特征在于当数字电视机顶盒模块为上电状态时，集中器装置由数字电视机顶盒模块进行供电；当数字电视机顶盒模块为断电状态时，集中器装置由ZigBee无线模块的电源单元进行供电。
7.如权利要求2所述的一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置，其特征在于所述ZigBee无线模块是采用CC2531开发实现；所述USB接口采用USB HID工作模式，采用中断方式进行数据的发送和接收。
8.如权利要求3所述的一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置，其特征在于所述抄表信息采集系统中的信息采集源安装有ZigBee节点设备，ZigBee无线网络通信单元通过ZigBee节点设备与抄表信息采集系统连接通信。
9.一种基于数字电视机顶盒的无线抄表方法，包括以下步骤 (1)无线抄表集中器装置上电，初始化ZigBee无线模块和数字电视机顶模块，配置USB接口，进行ZigBee无线模块与数字电视机顶盒模块的网络通信连接； (2)实现ZigBee无线模块与抄表信息采集系统的通信，以及数字电视机顶盒模块与抄表信息数据管理系统的通信； (3)监听信道是否有通信请求，若否则继续监听；若是则查看该通信请求是来自ZigBee无线模块，还是来自于数字电视机顶盒模块，若来自于数字电视机顶盒模块则进入步骤(4)，若来自于ZigBee无线模块则进入步骤(5); (4)ZigBee无线模块的微控制器解析来自数字电视机顶盒模块的通信请求，将解析后的指令信息经ZigBee无线模块下发到抄表信息采集系统，抄表信息采集系统根据指令信息进行数据的采集，并将采集后的数据传送至ZigBee无线模块； (5)将ZigBee无线模块中的数据进行处理后经数字电视机顶盒模块上传至抄表信息数据管理系统。
10.如权利要求9所述的一种基于数字电视机顶盒的无线抄表方法，其特征在于步骤(3)中，在进行信道监听之前，进行网络连接测试，检测网络连接是否成功，若是则进入步骤(2),若否则进行重试直至网络连接成功。
11.如权利要求9或10所述的一种基于数字电视机顶盒的无线抄表方法，其特征在于步骤(3)中，ZigBee无线模块的时钟单元设置抄表信息采集系统将数据自动上传至系统抄表信息数据管理系统的定时间隔，在进行信道监听时，同时监听ZigBee无线模块的时钟单元，判断自动上传的定时间隔是否期满，若是则启动抄表信息采集系统的ZigBee节点设备，唤醒抄表信息采集系统，将抄表信息采集系统采集的数据由集中器装置上传至抄表信息数据管理系统。
全文摘要
本发明公开了一种基于数字电视机顶盒的无线抄表集中器装置及方法，该集中器装置分别与抄表信息采集系统和抄表信息数据管理系统连接，包括ZigBee无线模块和数字电视机顶盒模块，集中器设备通过ZigBee无线模块与抄表信息采集系统通信，通过数字电视机顶盒模块与抄表信息数据管理系统通信。通过该集中器装置能够实现无线抄表系统对数据传输的双向控制功能，通过ZigBee无线模块与数字电视机顶盒模块的结合，兼并了短距离无线无线通信和有线数字电视网络特有的优势，实现无线抄表对传输距离、传输容量和质量的要求。此外，该设备体积小，使用场景灵活，具有很强的普适性。
文档编号H04N21/436GK102881133SQ20121033050
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者石江明, 黄善国, 邹卫霞, 曾春, 黄超 申请人:北京歌华有线电视网络股份有限公司