电表无线监控接口装置及无线监控系统的制作方法

专利名称：电表无线监控接口装置及无线监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及对电表进行远程无线管理和控制的设备及系统，特别是一种电表无线监控接口装置及无线监控系统。
背景技术：
随着社会对电力需求的日益增加，供电企业越来越需要能够对用户电表进行有 效监测和控制的方法。目前的自动抄表技术主要分为有线和无线两大类，由于有线自动 抄表技术安装复杂，维护费用较高，覆盖范围小，因此，无线自动抄表技术的应用越来越广 泛。中国专利申请CN1304030A(专利申请号为00114330. 1)与CN1414346A(专利申请号为 02110461. 1)均公开了基于无线的远程抄表系统，虽然这些系统能够进行电表数据的抄写 与管理，但它们不能实现双向通信，而且成本较高。无线传感器网络技术的出现为电力部门对用户电表的监测和控制提供了新的方 法，无线传感器网络搭建方便，成本较低。中国专利申请CN101425219A(专利申请号为 200710056240. 3)公开了一种基于无线传感器网络的智能远传电表，其包括专用射频单元、 微控制器单元、电源管理单元、电力信息采集单元、外部存储单元、液晶显示单元和故障检 测单元；其虽然能够实现远程供电企业与用户电表之间信息的双向传输，但要求用户安装 或更换专利申请所述的电表，这将造成大量电表的浪费；另外，该专利还不具备预付费和防 窃电功能，不能很好地满足当前的应用需求。中国专利CN1808511A(专利号为200610054060. 7)公开了一种电表自动控制系 统，其包括计算机控制管理系统与若干个集中器之间通过PSTN、数传电台和GPRS中的至少 一种方式连接；集中器通过RF和PLC方式与若干个电表连接，完成对电表的控制和管理； 各电表之间通过RF方式和PLC方式彼此相连。其虽然实现了自动抄表功能，又可监控每只 电表的运行状况，迅速反馈窃电信息，但是其存在以下几个问题1、集中器通过PLC方式与若干个电表连接，电力线受负载的影响，使其线路上的 阻抗波动较大，影响了信号的可靠性；对于用户密集的地区，同一条电力线路上的电表较 多，它们共处在同一个广播域，信号相互干扰很大，再加上电力载波传输速率较低，所以监 控的实时性较差；当线路断电时，监控中心将失去对该电表状态的监控，给不法分子乘虚而 入的机会；另外，电力线受区域的限制，电力载波信号不便于跨台区传输；2、当采用GPRS、PSTN或电台等方式实现实时信息传输时，要租用公共网络，费用 较高；3、该系统需要具有PLC和RF模块的电表，使得系统搭建成本较高，用户必须更换 电表才行。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种电表无线监控系统以及该 系统用到的电表无线监控接口装置，该系统能对用户电表进行远程实时监控，并可防窃电和预付费，其信号传输可靠及时、安装维护简单、价格低廉，且不需要更换电表、不需要租用 公共网络，信号传输不受电力线的影响。本发明的技术方案是一种电表无线监控接口装置，其包括微控制器、电表信息存 储器、无线收发器、电源和供电开关；电表信息存储器、无线收发器和供电开关均与微控制 器相连接，电源为电表信息存储器、无线收发器、供电开关和微控制器提供工作电源；微控 制器设有能与电表相连接的接口，用于与电表通信，微控制器是电表无线监控接口装置的 控制部件，控制整个电表无线监控接口装置的运行；无线收发器一方面与微控制器进行双 向通信，另一方面能建立无线自主多跳网络，并将与微控制器通信的信息实现无线收发；供 电开关串接在用户电表的电源进线前端，微控制器可以控制供电开关的通断，以控制用户 电表电源的通断，实现对用户供电的控制。本发明进一步的技术方案是其还包括有红外传感器，红外传感器与微控制器相 连接，红外传感器用于监测用户电表及电表无线监控接口装置的运行状况，并将监测的信 息返回给微控制器。本发明更进一步的技术方案是所述的红外传感器包括红外传感信号处理芯 片和热释电元件，红外传感信号处理芯片为BISS0001芯片，热释电元件为RE200B元件， RE200B热释电元件可将外界物理信号转换为电信号，用于采集传感信息，RE200B的2脚与 BISS0001的14脚相连接，RE200B将采集的传感信息发送给BISS0001处理，BISS0001的12 脚、2脚分别与微控制器MSP430的3脚、23脚相连接，BISS0001处理RE200B采集的传感信 息后，再传送给微控制器MSP430。本发明再进一步的技术方案是所述的微控制器为MSP430芯片；电表信息存储 器为串行FlashAT45DB021D存储芯片，FlashAT45DB021D通过SPI串行接口与微控制器 MSP430相连接；无线收发器包括通讯芯片和无线信号收发装置，通讯芯片为CC2420芯片， 负责组建无线多跳网络，通讯芯片CC2420的27脚、28脚、29脚、30脚、31脚、32脚、33脚和 34脚分别与微控制器MSP430的14脚、13脚、18脚、17脚、44脚、47脚、45脚、46脚相连接， 实现与微控制器MSP430进行信息交换；无线信号收发装置包括收发天线和阻抗匹配电路， 收发天线通过阻抗匹配电路与CC2420射频端相连接，CC2420通过收发天线进行信息无线 信号收发；所述的供电开关为控制继电器，控制继电器的触发端引脚与微控制器MSP430的 37脚相连接，其常闭引脚串接在用户电表的电源进线前端，微控制器MSP430通过37脚控制 供电开关的通断；所述的电源包括电源转换模块和电池，电源转换模块将220V交流电转换 为3V的直流电，给电表无线监控接口装置提供工作电源，电池为备用电源。本发明的另一技术方案是一种电表无线监控系统，其特征是其包括电表无线传感器网络和社区无线监控中心；社区无线监控中心包括中心信息管理控制系统和中心无 线收发装置，中心信息管理控制系统包括计算机系统、信息处理及控制软件和数据库系统， 信息处理及控制软件和数据库系统安装在计算机系统中；中心无线收发装置包括微控制 器、无线收发器、信息存储器和电源，中心无线收发装置的微控制器与计算机系统相连接， 实现与计算系统进行通信；电表无线传感器网络包括一个以上电表无线监控接口装置，每 个电表无线监控接口装置连接有一个用户电表，每个电表无线监控接口装置构成电表无线 传感器网络的一个节点，电表无线监控接口装置一方面可以与用户电表通信，另一方面负 责组建电表无线传感器网络，电表无线监控接口装置通过电表无线传感器网络向社区无线监控中心的中心无线收发装置传送电表信息，中心无线收发装置再将电表信息传送给计算 机系统进行处理，社区无线监控中心还通过电表无线传感器网络向电表无线监控接口装置 发送控制信号和读写电表信息，实现对电表的管理和控制。本发明进一步的另一技术方案是所述的电表无线传感器网络还包括一个以上楼 宇无线转发装置，楼宇无线转发装置包括微控制器、无线收发器、信息存储器、红外传感器 和电源，每个楼宇无线转发装置构成电表无线传感器网络的一个汇聚节点，即每个楼宇无 线转发装置参与电表无线传感器网络的组建并成为电表无线传感器网络的一个汇聚节点； 楼宇无线转发装置负责一个以上电表无线监控接口装置与社区无线监控中心的通信中转， 即楼宇无线转发装置负责收集其邻近的电表无线监控接口装置的电表信息，将电表信息发 送给社区无线监控中心，同时还负责向指定的电表无线监控接口装置转发社区无线监控中 心的控制命令和数据，每个楼宇无线转发装置邻近的一个以上电表无线监控接口装置 构成 了一个局部的楼宇电表无线传感器网络，局部的楼宇电表无线传感器网络通过楼宇无线转 发装置与社区无线监控中心进行通信。本发明更进一步的另一技术方案是所述的社区无线监控中心的中心无线收发装 置的微控制器为MSP430芯片；中心无线收发装置的无线收发器为CC2420无线收发芯片，中 心无线收发装置的信息存储器为Flash AT45DB081D存储芯片，MSP430与中心信息管理控 制系统的计算机系统的串口相连接，实现中心无线收发装置与中心信息管理控制系统的通 信；所述的楼宇无线转发装置的微控制器为MSP430芯片，楼宇无线转发装置的无线收发器 为CC2420无线收发芯片，楼宇无线转发装置的信息存储器为Flash AT45DB041D存储芯片， 楼宇无线转发装置的红外传感器包括BISS0001红外传感信号处理芯片和RE200B热释电元 件。本发明与现有技术相比具有如下优点1、安装配置简单，监控网络搭建方便，并且无需更换电表，能够采集具有脉冲接口 或串口的电表，适合绝大部分用户电表；2、具有实时采集并存储电表信息功能，该装置通过脉冲接口或串口采集电表信 息，采用无线多跳转发方式，实时或定时地发送给社区无线监控中心；3、采用红外传感器实现防窃电功能，即使在停电情况下，备用电源仍能保证电表 无线监控接口装置正常工作，防止不法分子在停电情况下对电表进行非法操作；4、具有电表通断控制功能，该电表无线监控接口装置具有供电开关，能够控制用 户电表的通断，实现对用户电表的无线远程控制；5、具有预付费功能，该电表无线接口装置能够通过无线方式更改接口装置中的信 息，能够在普通电表上实现预付费功能；6、接口装置及监控系统全部采用2. 4GHz频段通信，数据传输速率较高，抗干扰性 强，而且无需缴纳任何通信费用。为了更清楚地说明本发明，列举以下实施例，但其对发明的范围无任何限制。


图1为本发明的电表无线监控接口装置的结构框图；图2为本发明的电表无线监控接口装置的微控制器及外围电原理图3为本发明的电表无线监控接口装置的无线收发器及外围电原理图；图4为本发明的电表无线监控接口装置的红外传感器及外围电原理图；图5为本发明的电表无线监控接口装置的电源转换模块电原理图；图6为本发明的电表无线监控接口装置的供电开关电原理图；图7为本发明的电表无线监控系统的拓扑结构示意图；图8为本发明的电表无线监控系统的楼宇无线转发装置的结构框图；图9为本发明的电表无线监控系统的社区无线监控中心的中心无线收发装置的 结构框图；图10为本发明的电表无线监控系统的电表无线监控接口装置与楼宇无线转发装 置的安装示意图。
具体实施例方式实施例1如图1-2所示，一种电表无线监控接口装置，其主要包括微控制器、电表信息存 储器、无线收发器、红外传感器、电源和供电开关；微控制器采用TI公司超低功耗的16位 MSP430芯片，MSP430接口丰富，性能稳定，MSP430采用TinyOS 1. χ操作系统，TinyOS 1. χ 是基于组件、模块和事件驱动的无线传感器网络专用操作系统，占用空间小，运行速度快； 电表信息存储器采用2MB的串行FlashAT45DB021D存储芯片，该芯片外部电路简单，体积较 小，功耗较低，电表信息存储器FlashAT45DB021D通过SPI串行接口(即1脚SI端、8脚SO 端、2脚SCK端)与微控制器MSP430的USART0/UART方式的I/O接口(即MSP430的32脚 P3. 4/UTXD0 端、33 脚 P3. 5/URXD0 端、31 脚 P3. 3/UCLK0 端)相连接，微控制器 MSP430 通过 USART0/UART方式的I/O接口对电表信息存储器FlashAT45DB021D进行信息存取操作。如图3所示，无线收发器包括通讯芯片和无线信号收发装置；通讯芯片采用TI公 司的CC2420芯片，该芯片工作在2. 4GHz频段，速率达到250Kbps，功耗低、组网灵活，有利于 组成无线多跳网络进行信号传送，增强无线信号传送的可靠性，该芯片还可以进行128位 AES加密，保证信息安全；通讯芯片CC2420的27脚SFD端、28脚CCA端、29脚FIFOP端、30 脚FIFO端、31脚CSn端、32脚SCLK端、33脚SI端和34脚SO端分别与微控制器MSP430的 14脚Pl. 2/TA1 端、13 脚Pl. 1/TA0 端、18 脚Pl. 6/TA1 端、17 脚Pl. 5/TA0 端、44脚P5. 0/STE1 端、47 脚 P5. 3/UCLK1 端、45 脚 P5. 1/SIM01 端、46 脚 P5. 2/S0MI1 端相连接，CC2420 的 21 脚 RESETn 端、41 脚 VREG_EN 端分别与 MSP430 的 51 脚 P5. 7/TB0UTH 端、12 脚 PL 0/TACLK 端相 连接(如图_3所示)，其中通讯芯片CC2420的32脚SCLK端、33脚SI端和34脚SO端组 成一个SPI接口，负责与微控制器MSP430进行数据读写，通讯芯片CC2420的27脚SFD端、 28脚CCA端、29脚FIFOP端和30脚FIFO端负责与微控制器MSP430进行数据读写的控制， CC2420的SFD (27引脚)为高电平时表示帧起始符接收完毕，开始接收数据，该端口会一直 保持高电平，直到数据接收完毕为止，CC2420的CCA端(28引脚)为高电平时表示数据传 送信道空闲，否则信道繁忙，CC2420的FIFOP端(29引脚)为高电平时表示接收缓冲区溢出，否则没有溢出，通讯芯片CC2420的FIFO端(30引脚)为高电平时表示接收缓冲区有数 据，低电平时表示缓冲区为空；无线信号收发装置包括收发天线和阻抗匹配电路，收发天线 通过阻抗匹配电路与通讯芯片CC2420射频端(6脚RF_P端、8脚RF_N端)相连接，通讯芯片CC2420通过收发天线进行无线信号收发；通讯芯片CC2420还连接有16M的晶振时钟电 路(Y1、C3、C4)。如图4所示，红外传感器包括红外传感信号处理芯片和热释电元件，红外传感信 号处理芯片采用BISS0001芯片，热释电元件采用RE200B元件，RE200B热释电元件可将外 界物理信号转换为电信号，实现采集传感信息的目的，RE200B的2脚S端与BISS0001的 14脚IIN+端相连接，RE200B将采集的传感信息经过2脚S端发送给红外传感信号处理芯 片BISS0001处理，BISS0001的12脚20UT端、2脚VO端经过接线端子Jl分别与微控制器 MSP430的3脚P6. 4/A4端、23脚P2. 3/CA0/TA1端相连接，红外传感信号处理芯片BISS0001 处理RE200B采集的传感信息后，将处理后的数据传送给微控制器MSP430，这样当有人对电 表无线监控接口装置采取窃电或者其它破坏措施时，红外传感器就能 及时将采集的传感信 息传送给微控制器MSP430去处理，MSP430将处理后的数据再经过无线收发器向外传送。如图5所示，电源采用电源转换模块供电，电源转换模块包括降压互感器Tl、整流 电路D1、滤波电路(Cl、C2)和DC-DC通讯电源模块，DC-DC通讯电源模块采用AV10-48S03 模块，电源转换模块将220V交流电通过降压、整流、滤波等过程，转换为3V的直流电，给本 发明的电表无线监控接口装置(微控制器、无线收发器、电表信息存储器、红外传感器等) 供电。电源转换模块也可以直接采用LB05-10B03模块，实现将220V源转换为3V直流电源 给本发明提供工作电源。本发明的电表无线监控接口装置还接有两节5号1. 5V电池，作为 备用电源，当外部220V电源停电时，系统可以自动转变为两节5号1. 5V电池为电表无线监 控接口装置供电。如图6所示，供电开关选用控制继电器，控制继电器的触发端引脚与微控制器 MSP430的37脚P4. 1/TB1端相连接，其常闭引脚串接在用户电表的电源进线前端，微控制器 MSP430通过37脚P4. 1/TB1端控制供电开关的通断，从而可以实现对用户用电的控制。如图2 所示，微控制器 MSP430 的 USART 接 口 (34 脚 P3. 6/UTXD1 端、35 脚 P3. 7/ URXDl端)经过接线端子J2与电表(数字电表)的RS485或RS232接口相连接，由微控制 器MSP430通过34脚P3. 6/UTXD1端向电表发送获取用户电表信息命令，电表收到命令后将 电表信息发送给微控制器MSP430 (微控制器MSP430通过35脚P3. 7/URXD1端接收电表信 息)；当用户电表只有脉冲接口时，微控制器MSP430的36脚P4. 0/ΤΒ0端经过接线端子J3 与电表的脉冲接口相连接，电表通过脉冲接口将脉冲信号发送给微控制器MSP430，微控制 器MSP430通过采集电表脉冲进行累计来计算用户用电量。实施例2如图7所示，一种电表无线监控系统，其包括电表无线传感器网络和社区无线监 控中心3，电表无线传感器网络包括一个以上电表无线监控接口装置1，每个电表无线监控 接口装置1连接有一个用户电表，每个电表无线监控接口装置1构成电表无线传感器网络 的一个节点，电表无线监控接口装置1 一方面可以与用户电表通信(读写电表信息)，另一 方面负责组建电表无线传感器网络。电表无线监控接口装置1通过电表无线传感器网络与 社区无线监控中心3进行通信，即电表无线监控接口装置1通过电表无线传感器网络向社 区无线监控中心3的中心无线收发装置32传送电表信息，中心无线收发装置32再将电表 信息传送给计算机系统进行处理，社区无线监控中心3通过电表无线传感器网络向电表无 线监控接口装置1发送控制信号和读写电表信息，实现对电表的管理和控制，所述的电表信息主要包括电表用户信息、用电信息、预付费信息、防窃电的红外传感信息。电表无线监控接口装置1的结构同实施例1所述的电表无线监控接口装置，电表 无线监控接口装置1的微控制器控制整个电表无线监控接口装置1的运行；电表无线监控 接口装置1的无线收发器用于实现无线传感器网络节点与节点间的通信，即实现信息的无 线收发和无线多跳自组网(无线传感器网络)的建立；电表无线监控接口装置1的电表信 息存储器用来存储用户信息、用电信息、预付费信息、防窃电的红外传感信息；电表无线监 控接口装置1的红外传感器用于实现防窃电功能，当有人对电表或电表无线监控接口装置 1进行非法操作时，红外传感器能够立即感知，并通过电表无线传感器网络向社区无线监控 中心3报警；电表无线监控接口装置1的电源为电池直流供电和交流供电两种供电模式，电 源转换模块的主要功能是将220V交流电转换为3V直流电，给整个电表无线监控接口装置 1供电，在断电情况下，系统自动启用电池直流供电模式；电表无线监控接口装置1的微控 制器通过串口(UART)或脉冲接口与用户电表相连，微控制器能够采集具有两种接口的电 表信息，通过串口(UART)可以采集具有UART接口的用户电表信息，对于只有脉冲接口的电 表，微控制器通过脉冲积累方式获取用户电表信息。电表无线传感器网络还包括一个以上的楼宇无线转发装置2，每个楼宇无线转发 装置2构成电表无线传感器网络中的一个汇聚节点，即每个楼宇无线转发装置2参与电表 无线传感器网络的组建并成为电表无线传感器网络的一个汇聚节点；楼宇无线转发装置2 负责将其邻近(通常为一栋楼宇内)的电表无线监控接口装置1与社区无线监控中心3的 通信中转，即楼宇无线转发装置2负责收集其邻近的电表无线监控接口装置1的电表信息， 将电表信息发送给社区无线监控中心3，同时还负责向指定的电表无线监控接口装置1转 发社区无线监控中心3的控制命令和数据；楼宇无线转发装置2主要是为扩大电表无线监 控系统的规模，以实现社区无线监控中心3对远距离的用户电表进行监控；从电表无线传 感器网络拓扑结构上来看，每个楼宇无线转发装置2邻近(通常为一栋楼宇内)的一个以 上电表无线监控接口装置1构成了一个局部的楼宇电表无线传感器网络，局部的楼宇电表 无线传感器网络通过楼宇无线转发装置2与社区无线监控中心3进行通信。社区无线监控中心3包括中心信息管理控制系统31和中心无线收发装置32 ；中 心信息管理控制系统31主要包括计算机系统、信息处理及控制软件和数据库系统；中心无 线收发装置32包括微控制器、无线收发器、信息存储器和电源转换模块及电池(如图9所 示)。微控制器采用TI公司超低功耗的16位MSP430微控制器，MSP430的操作系统为TinyOS 1. χ ；无线收发器采用工作在2. 4GHz的CC2420无线收发芯片；中心无线收发装置32负责与 电表无线传感器网络进行无线信号联络(即动态地与楼宇无线转发装置2或电表无线监控 接口装置1进行无线信号联络)；为了使中心无线收发装置32能够暂存更多信息，其信息 存储器采用8MB的Flash AT45DB081D存储芯片；中心无线收发装置32的微控制器MSP430 与中心信息管理控制系统31的计算机系统的串口相连接，实现中心无线收发装置32与中 心信息管理控制系统31的通信；中心信息管理控制系统31的计算机系统的基本配置为 Intel 2. 6GHZ CPUUGB内存、100M网卡、80GB硬盘，操作系统为WindowsXP ；数据库系统采 用SQL Server 2000，直接安装在计算机系统中；信息处理及控制软件具有对电表信息进行 统计、分析、处理等功能，实现对电表监控的目的。如图8所示，楼宇无线转发装置2包括微控制器、无线收发器、信息存储器、红外传感器和电源转换模块及电池；微控制器采用TI公司超低功耗的16位MSP430微控制器，MSP430的操作系统为TinyOS 1. χ ；无线收发器采用工作在2. 46Hz的CC2420无线收发芯 片；信息存储器采用4MB的FlashAT45DB041D存储芯片；红外传感器包括BISS0001红外 传感信号处理芯片和RE200B热释电元件，红外传感器可以防止楼宇无线转发装置2被人 盗改，达到防盗、防破坏及方便维修的目的；电源转换模块采用LB05-10B03模块，实现外部 220V交流电源转换为内部3V直流电源，LB05-10B03电源输出端还并接有两节5号1. 5V 电池，当外部停电时，两节5号1. 5V电池为楼宇无线转发装置2供电。楼宇无线转发装置 2可以根据社区大小的需要布设成一定密度，一方面可以使信息有多路可选择的传送通道， 保证信号的可靠性，另一方面可实现中远距离的信号传送，使社区无线监控中心3能对距 离较远的用户电表实行监控。如图10所示，同一楼宇内、甚至楼宇间邻近的多个电表无线监控接口装置1之间 可以形成局部的楼宇电表无线传感器网络，每个楼宇电表无线传感器网络中布设一个楼宇 无线转发装置2，作为该楼宇电表无线传感器网络的一个汇聚节点。电表无线监控系统的使用方法及工作原理1、系统的组建在一个社区内，每栋楼宇有多个用户电表，需要监控的每个用户电 表上连接一个电表无线监控接口装置1，电表无线监控接口装置1的微控制器MSP430通 过USART接口或者PLUSE脉冲接口与用户电表相连接，其供电开关串接在用户电表电源线 进线的前端，每栋楼宇的多个电表无线监控接口装置1组成一个局部的楼宇电表无线传感 器网络；每个局部的楼宇电表无线传感器网络覆盖区域内布设有至少一个楼宇无线转发装 置2(即可以根据具体情况一个或者几个楼宇用一个楼宇无线转发装置2，或者是一个特大 楼宇内布设一个以上的楼宇无线转发装置2，只要满足无线信号传送的可靠性及饱和度就 行)，整个电表无线监控接口装置1和楼宇无线转发装置2构成电表无线传感器网络，电表 无线监控接口装置1成为电表无线传感器网络的一个节点，楼宇无线转发装置2成为电表 无线传感器网络的一个汇聚节点；整个社区配备一个社区无线监控中心3 (所述的社区可 以是一个物业管理区；只要楼宇无线转发装置2达到一定密度，则所述的社区可以是一个 街道、一个村庄，甚至是一个城市或者是地区)，社区无线监控中心3与电表无线传感器网 络可以进行无线通信，实时对全部用户电表进行监测和管理；2、实时监测过程电表无线监控接口装置1首先将电表信息通过局部的楼宇电表 无线传感器网络以单跳或多跳方式发送给楼宇无线转发装置2，楼宇无线转发装置2以单 跳或多跳方式将收到信息发送给中心无线收发装置32，中心无线收发装置32将数据通过 串口传送给中心信息管理控制系统31，中心信息管理控制系统31可以对接收到的信息进 行分析、处理和利用；电表无线监控接口装置1可以定期地将信息传送给社区无线监控中 心3，也可以在收到社区无线监控中心3的命令后，再将信息发送给社区无线监控中心3 ；3、远程控制过程社区无线监控中心3的中心信息管理控制系统31将命令发送给 中心无线收发装置32，中心无线收发装置32将命令(主要为给用户通电或者断电命令)通 过无线方式发送给指定的楼宇无线转发装置2，楼宇无线转发装置2再将命令通过单跳或 多跳方式发送给指定的电表无线监控接口装置1，电表无线监控接口装置1收到命令后执 行相应操作(打开或者关闭供电开关)，用以控制用户供电的通断；4、本发明所述的电表无线监控系统预付费功能的实现方式为用户到社区无线监控中心3上缴预付电费，社区无线监控中心3通过远程控制(通过电表无线传感器网络)将等价的电量写入电表无线监控接口装置1的电表信息存储器中，电表无线监控接口装置 1打开其供电开关，给用户供电；在用户用电过程中，电表无线监控接口装置1将采集的用 户用电量从预付费电量中减去，当预付费电量被减到零时，说明用户的电量已经用完，电表 无线监控接口装置1可以直接关闭用户供电开关，给用户断电，并将处理的结果信息通过 电表无线传感器网络上传给社区无线监控中心3 ；电表无线监控接口装置1定期或者应社 区无线监控中心3的命令上传给社区无线监控中心3的信息中包含有用户的预付费剩余电 量，当用户的预付费剩余电量低于某个阀值时，社区无线监控中心3可以提醒用户缴费，防 止因为停电给用户带来不便。 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡具有与本发明相同 或者等同的电表无线监控接口装置1，包含有与本发明相同或者等同的电表无线监控接口 装置1、楼宇无线转发装置2和社区无线监控中心3的电表无线监控系统，均包含在本发明 的保护范围之内。
权利要求
一种电表无线监控接口装置，其特征是其包括微控制器、电表信息存储器、无线收发器、电源和供电开关；电表信息存储器、无线收发器和供电开关均与微控制器相连接，电源为电表信息存储器、无线收发器、供电开关和微控制器提供工作电源；微控制器设有能与电表相连接的接口，用于与电表通信，微控制器是电表无线监控接口装置的控制部件，控制整个电表无线监控接口装置的运行；无线收发器一方面与微控制器进行双向通信，另一方面能建立无线自主多跳网络，并将与微控制器通信的信息实现无线收发；供电开关串接在用户电表的电源进线前端，微控制器可以控制供电开关的通断，以控制用户电表电源的通断，实现对用户供电的控制。
2.根据权利要求1所述的电表无线监控接口装置，其特征是其还包括有红外传感器， 红外传感器与微控制器相连接，红外传感器用于监测用户电表及电表无线监控接口装置的 运行状况，并将监测的信息返回给微控制器。
3.根据权利要求2所述的电表无线监控接口装置，其特征是所述的红外传感器包括 红外传感信号处理芯片和热释电元件，红外传感信号处理芯片为BISS0001芯片，热释电元 件为RE200B元件，RE200B热释电元件可将外界物理信号转换为电信号，用于采集传感信 息，RE200B的2脚与BISS0001的14脚相连接，RE200B将采集的传感信息发送给BISS0001 处理，BISS0001的12脚、2脚分别与微控制器MSP430的3脚、23脚相连接，BISS0001处理 RE200B采集的传感信息后，再传送给微控制器MSP430。
4.根据权利要求1或2或3所述的电表无线监控接口装置，其特征是所述的微控制 器为MSP430芯片；电表信息存储器为串行FlashAT45DB021D存储芯片，FlashAT45DB021D 通过SPI串行接口与微控制器MSP430相连接；无线收发器包括通讯芯片和无线信号收发装 置，通讯芯片为CC2420芯片，负责组建无线多跳网络，通讯芯片CC2420的27脚、28脚、29 脚、30脚、31脚、32脚、33脚和34脚分别与微控制器MSP430的14脚、13脚、18脚、17脚、44 脚、47脚、45脚、46脚相连接，实现与微控制器MSP430进行信息交换；无线信号收发装置包 括收发天线和阻抗匹配电路，收发天线通过阻抗匹配电路与CC2420射频端相连接，CC2420 通过收发天线进行信息无线信号收发；所述的供电开关为控制继电器，控制继电器的触发 端引脚与微控制器MSP430的37脚相连接，其常闭引脚串接在用户电表的电源进线前端，微 控制器MSP430通过37脚控制供电开关的通断；所述的电源包括电源转换模块和电池，电源 转换模块将220V交流电转换为3V的直流电，给电表无线监控接口装置提供工作电源，电池 为备用电源。
5.一种电表无线监控系统，其特征是其包括电表无线传感器网络和社区无线监控 中心(3)；社区无线监控中心(3)包括中心信息管理控制系统(31)和中心无线收发装置 (32)，中心信息管理控制系统(31)包括计算机系统、信息处理及控制软件和数据库系统， 信息处理及控制软件和数据库系统安装在计算机系统中；中心无线收发装置(32)包括微 控制器、无线收发器、信息存储器和电源，中心无线收发装置(32)的微控制器与计算机系 统相连接，实现与计算系统进行通信；电表无线传感器网络包括一个以上电表无线监控接 口装置(1)，电表无线监控接口装置(1)为权利要求1或2或3所述的电表无线监控接口装 置，每个电表无线监控接口装置(1)连接有一个用户电表，每个电表无线监控接口装置(1) 构成电表无线传感器网络的一个节点，电表无线监控接口装置(1) 一方面可以与用户电表 通信，另一方面负责组建电表无线传感器网络，电表无线监控接口装置(1)通过电表无线传感器网络向社区无线监控中心(3)的中心无线收发装置(32)传送电表信息，中心无线收 发装置(32)再将电表信息传送给计算机系统进行处理，社区无线监控中心(3)还通过电表 无线传感器网络向电表无线监控接口装置1发送控制信号和读写电表信息，实现对电表的 管理和控制。
6.一种电表无线监控系统，其特征是其包括电表无线传感器网络和社区无线监控 中心(3)；社区无线监控中心(3)包括中心信息管理控制系统(31)和中心无线收发装置 (32)，中心信息管理控制系统(31)包括计算机系统、信息处理及控制软件和数据库系统， 信息处理及控制软件和数据库系统安装在计算机系统中；中心无线收发装置(32)包括微 控制器、无线收发器、信息存储器和电源，中心无线收发装置(32)的微控制器与计算机系 统相连接，实现与计算系统进行通信；电表无线传感器网络包括一个以上电表无线监控接 口装置(1)，电表无线监控接口装置(1)为权利要求4所述的电表无线监控接口装置，每个 电表无线监控接口装置(1)连接有一个用户电表，每个电表无线监控接口装置(1)构成电 表无线传感器网络的一个节点，电表无线监控接口装置(1) 一方面可以与用户电表通信， 另一方面负责组建电表无线传感器网络，电表无线监控接口装置(1)通过电表无线传感器 网络向社区无线监控中心(3)的中心无线收发装置(32)传送电表信息，中心无线收发装置 (32)再将电表信息传送给计算机系统进行处理，社区无线监控中心(3)还通过电表无线传 感器网络向电表无线监控接口装置(1)发送控制信号和读写电表信息，实现对电表的管理 和控制。
7.根据权利要求5所述的电表无线监控系统，其特征是所述的电表无线传感器网络 还包括一个以上楼宇无线转发装置(2)，楼宇无线转发装置(2)包括微控制器、无线收发 器、信息存储器、红外传感器和电源，每个楼宇无线转发装置(2)构成电表无线传感器网络 的一个汇聚节点，即每个楼宇无线转发装置(2)参与电表无线传感器网络的组建并成为电 表无线传感器网络的一个汇聚节点；楼宇无线转发装置(2)负责一个以上电表无线监控接 口装置(1)与社区无线监控中心(3)的通信中转，即楼宇无线转发装置(2)负责收集其邻 近的电表无线监控接口装置(1)的电表信息，将电表信息发送给社区无线监控中心(3)，同 时还负责向指定的电表无线监控接口装置(1)转发社区无线监控中心(3)的控制命令和 数据，每个楼宇无线转发装置(2)邻近的一个以上电表无线监控接口装置(1)构成了一个 局部的楼宇电表无线传感器网络，局部的楼宇电表无线传感器网络通过楼宇无线转发装置 (2)与社区无线监控中心(3)进行通信。
8.根据权利要求6所述的电表无线监控系统，其特征是所述的电表无线传感器网络 还包括一个以上楼宇无线转发装置(2)，楼宇无线转发装置(2)包括微控制器、无线收发 器、信息存储器、红外传感器和电源，每个楼宇无线转发装置(2)构成电表无线传感器网络 的一个汇聚节点，即每个楼宇无线转发装置(2)参与电表无线传感器网络的组建并成为电 表无线传感器网络的一个汇聚节点；楼宇无线转发装置(2)负责一个以上电表无线监控接 口装置(1)与社区无线监控中心(3)的通信中转，即楼宇无线转发装置(2)负责收集其邻 近的电表无线监控接口装置(1)的电表信息，将电表信息发送给社区无线监控中心(3)，同 时还负责向指定的电表无线监控接口装置(1)转发社区无线监控中心(3)的控制命令和 数据，每个楼宇无线转发装置(2)邻近的一个以上电表无线监控接口装置(1)构成了一个 局部的楼宇电表无线传感器网络，局部的楼宇电表无线传感器网络通过楼宇无线转发装置(2)与社区无线监控中心(3)进行通信。
9.根据权利要求7所述的电表无线监控系统，其特征是所述的社区无线监控中心(3) 的中心无线收发装置(32)的微控制器为MSP430芯片；中心无线收发装置(32)的无线收发 器为CC2420无线收发芯片，中心无线收发装置(32)的信息存储器为Flash AT45DB081D存 储芯片，MSP430与中心信息管理控制系统(31)的计算机系统的串口相连接，实现中心无线 收发装置32与中心信息管理控制系统(31)的通信；所述的楼宇无线转发装置(2)的微控 制器为MSP430芯片，楼宇无线转发装置(2)的无线收发器为CC2420无线收发芯片，楼宇无 线转发装置(2)的信息存储器为FlashAT45DB041D存储芯片，楼宇无线转发装置(2)的红 外传感器包括BISS0001红外传感信号处理芯片和RE200B热释电元件。
10.根据权利要求8所述的电表无线监控系统，其特征是所述的社区无线监控中心(3)的中心无线收发装置(32)的微控制器为MSP430芯片；中心无线收发装置(32)的无线 收发器为CC2420无线收发芯片，中心无线收发装置(32)的信息存储器为FlashAT45DB081D 存储芯片，MSP430与中心信息管理控制系统(31)的计算机系统的串口相连接，实现中心无 线收发装置32与中心信息管理控制系统(31)的通信；所述的楼宇无线转发装置(2)的微 控制器为MSP430芯片，楼宇无线转发装置(2)的无线收发器为CC2420无线收发芯片，楼宇 无线转发装置(2)的信息存储器为FlashAT45DB041D存储芯片，楼宇无线转发装置(2)的 红外传感器包括BISS0001红外传感信号处理芯片和RE200B热释电元件。
全文摘要
一种电表无线监控系统，其包括电表无线传感器网络和社区无线监控中心(3)；社区无线监控中心(3)包括中心信息管理控制系统(31)和中心无线收发装置(32)；电表无线传感器网络包括一个以上电表无线监控接口装置(1)和楼宇无线转发装置(2)，每个电表无线监控接口装置(1)连接有一个用户电表，每个电表无线监控接口装置(1)构成电表无线传感器网络的一个节点，每个楼宇无线转发装置(2)构成电表无线传感器网络的一个汇聚节点，社区无线监控中心(3)通过电表无线传感器网络实现对电表的远程管理和控制。
文档编号G08C17/02GK101814226SQ20101011219
公开日2010年8月25日 申请日期2010年2月23日 优先权日2010年2月23日
发明者田海涛, 蒋卫国, 谭敏生, 赵治国, 黄欣阳 申请人:南华大学