基于EnOcean通讯技术的智能用电安全检测设备及其工作方法与流程

本发明涉及用电安全检测技术领域，具体而言涉及一种基于enocean通讯技术的智能用电安全检测设备及其工作方法。

背景技术：

随着社会用电负荷的不断增加，对供电可靠性要求在不断提高，配用电设备作为向用户供电的最后一个环节，其运行状况直接影响到对用户的供电质量，而近年来由于负荷增大导致配用电设备(变压器、小区变、开闭所、电缆等)高低压接头位置引起发热、烧断等故障逐渐增多。

目前存在的问题有：由于配用电设备数量多、分布面广而散，受人员、测量设备数量的限制对配用变监测无法及时检测，不能及时发现运行中存在的缺陷，目前通讯技术采用租用电信公司的gms，通讯费成本大，且实时性差，传送的数据受到限制，不能满足智能配用电设备状态检修的要求。

本发明针对上述问题，提出一种基于enocean通讯技术的用电安全检测设备，该设备采用enocean通讯技术，解决配用电设备在线监测中存在的监测点分散、通信设备复杂等问题，该平台的的使用可以大大提高供电配用电系统的可靠性，大大提高检修效率、减少人力、物力，对提高配用电设备安全运行及时发现问题具有非常重要的意义。

中国发明专利201410413723.4公开了一种基于4g技术的智能配用电状态检测装置，利用4g技术解决智能配用电设备在线监测通信问题。但是4g通信技术使用费用较高，对于某些应用场合来说，实现用电安全检测，使用设备较多，需要用到大量的sim卡，后期使用费用太高，与现有无线通讯技术相比，性价比低、功耗大。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种基于enocean通讯技术的智能用电安全检测设备及其工作方法，能够集超低功耗、远程通信、智能控制为一体，体现了家居的智能化水平；在保证通讯距离的同时还具有超强的抗干扰能力。与同类技术相比，其功耗低，传输距离远，可以组网并且支持中继等功能，能够保证整个通讯系统的稳定性、安全性。另外，当发生异常时，通过智能调控数据分析的主体，加快运算速度，缩短运算时间，安全性高。

为达成上述目的，结合图1至图3，本发明提出一种基于enocean通讯技术的智能用电安全检测设备，所述智能用电安全检测设备包括智能用电安全检测器和若干个智能插座；

所述智能用电安全检测器包括第一信号处理模块，以及分别与第一信号处理模块相连的第一信号采集模块、远控开关模块、第一enocean无线通讯模块、485通讯模块；

所述智能插座包括第二信号处理模块，以及分别与第二信号处理模块相连的第二信号采集模块、第二enocean无线通讯模块；

所述第一信号处理模块通过485通讯模块连接至用户监控系统，以建立第一通讯链路，所述第一信号处理模块通过第一通讯链路与用户监控系统进行数据交互；所述第一enocean无线通讯模块与第二enocean无线通讯模块相连，以建立第二通讯链路，所述第一信号处理模块通过第二通讯链路与第二信号处理模块进行数据交互；

所述远控开关模块与进户电源开关连接，根据外部控制指令以切换进户电源开关的工作状态；

所述第一信号采集模块与用户进线电源耦合连接，根据外部控制指令以按照第一预设采样频率以采集用户进线电源的第一电能信号，对采集到的第一电能信号进行计量后将计量结果发送至第一信号处理模块，第一信号处理模块对第一电能信号的计量结果进行数据分析以判断第一电能信号是否异常；

所述第二信号采集模块与所述智能插座对应的支路电线耦合连接，根据外部控制指令以按照第二预设采样频率以采集对应的支路电线上的第二电能信号，对采集到的第二电能信号进行计量后将计量结果发送至第二信号处理模块，第二信号处理模块对第二电能信号的计量结果进行数据分析以判断第二电能信号是否异常，将判断结果通过第二通讯链路发送至第一信号处理模块；

所述第一信号处理模块响应于以下两个条件中任意一个成立：1)第一电能信号异常，2)第二电能信号异常，发送切断控制信号至远控开关模块以断开进户电源开关，并且通过第一通讯链路发送异常信息至用户监控系统。

进一步的，所述第一信号采集模块包括第一电能计量模块、第一采样模块，第一电能计量模块的输入端与第一采样模块的输出端相连，第一电能计量模块的输出端与第一信号处理模块的输入端相连；

所述第一采样模块的输入端与用户进线电源耦合连接，第一采样模块根据外部控制指令以按照第一预设采样频率以采集用户进线电源的第一电能信号，将采集到的第一电能信号发送至第一电能计量模块，第一电能计量模块对第一电能信号计量后将计量结果发送至第一信号处理模块；

所述第二信号采集模块包括第二电能计量模块、第二采样模块，第二电能计量模块的输入端与第二采样模块的输出端相连，第二电能计量模块的输出端与第二信号处理模块的输入端相连；

所述第二采样模块的输入端与所述智能插座对应的支路电线耦合连接，第二采样模块根据外部控制指令以按照第二预设采样频率以采集对应的支路电线上的第二电能信号，将采集到的第二电能信号发送至第二电能计量模块，第二电能计量模块对第二电能信号进行计量后将计量结果发送至第二信号处理模块。

进一步的，所述智能插座均具有独立的编号，所述异常信息包括对应智能插座的编号。

进一步的，所述智能用电安全检测器还包括第一人机界面模块；

所述第一人机界面模块与所述第一信号处理模块相连，用于接收外部输入的控制指令和实时/根据外部控制指令以显示第一电能信号的相关数值。

进一步的，所述智能插座还包括第二人机界面模块；

所述第二人机界面模块与所述第二信号处理模块相连，用于接收外部输入的控制指令和根据外部控制指令以显示第二电能信号的相关数值。

进一步的，所述智能用电安全检测器还包括第一电源模块，所述第一电源模块分别与第一信号处理模块、第一信号采集模块、远控开关模块、第一enocean无线通讯模块、485通讯模块相连，用以提供其正常工作所需电能。

所述智能插座还包括第二电源模块，所述第二电源模块分别与第二信号处理模块、第二信号采集模块、第二enocean无线通讯模块相连，用以提供其正常工作所需电能。

进一步的，所述第一电源模块包括第一电压转换电路，用于将第一信号采集模块采集到的第一电能信号分别转换成5v电压、3.3v电压和1.9v电压；

所述第二电源模块包括第二电压转换电路，用于将第二信号采集模块采集到的第二电能信号分别转换成5v电压、3.3v电压和1.9v电压。

进一步的，如果所述第二信号处理模块判断出当前采集周期内的第二电能信号异常，在恢复供电后的m个采集周期内，将接收到的第二电能信号的计量结果直接通过第二通讯链路发送至第一信号处理模块，由第一信号处理模块进行数据分析以判断第二电能信号是否异常；

所述m为大于等于1的正整数。

进一步的，设第一信号采集模块采集信号后的设定时间范围为计算时长，统计得到第一信号处理模块的计算周期；

如果所述第二信号处理模块判断出当前采集周期内的第二电能信号异常，在恢复供电后的m个采集周期内：

(1)在计算周期之外的时间范围，将接收到的第二电能信号的计量结果直接通过第二通讯链路发送至第一信号处理模块，由第一信号处理模块进行数据分析以判断第二电能信号是否异常；

(2)在计算周期内，直接对第二电能信号的计量结果进行数据分析以判断第二电能信号是否异常，将判断结果发送至第一信号处理模块。

基于前述基于enocean通讯技术的智能用电安全检测设备，本发明还提及一种基于enocean通讯技术的智能用电安全检测设备的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：

采用第一信号采集模块按照第一预设采样频率以采集用户进线电源的第一电能信号，对采集到的第一电能信号进行计量后将计量结果发送至第一信号处理模块，第一信号处理模块对第一电能信号的计量结果进行数据分析以判断第一电能信号是否异常；

采用第二信号采集模块按照第二预设采样频率以采集对应的支路电线上的第二电能信号，对采集到的第二电能信号进行计量后将计量结果发送至第二信号处理模块，第二信号处理模块对第二电能信号的计量结果进行数据分析以判断第二电能信号是否异常，将判断结果通过第二通讯链路发送至第一信号处理模块；

响应于以下两个条件中任意一个成立：1)第一电能信号异常，2)第二电能信号异常，发送切断控制信号至远控开关模块以断开进户电源开关，并且通过第一通讯链路发送异常信息至用户监控系统；

设第一信号采集模块采集信号后的设定时间范围为计算时长，统计得到第一信号处理模块的计算周期；

如果所述第二信号处理模块判断出当前采集周期内的第二电能信号异常，在恢复供电后的m个采集周期内：

(1)在计算周期之外的时间范围，将接收到的第二电能信号的计量结果直接通过第二通讯链路发送至第一信号处理模块，由第一信号处理模块进行数据分析以判断第二电能信号是否异常；

(2)在计算周期内，直接对第二电能信号的计量结果进行数据分析以判断第二电能信号是否异常，将判断结果发送至第一信号处理模块；

所述m为大于等于1的正整数。

以上本发明的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于，

1)通过无线连接智能用电安全检测器与智能插座，实现支路设备与户用进线电源的双重监控，集超低功耗、远程通信、智能控制为一体，体现了家居的智能化水平。

2)本发明仅仅利用采集的信号能量来驱动低功耗芯片组，实现高质量的无线通讯技术。enocean技术在保证通讯距离的同时还具有超强的抗干扰能力，与同类技术相比，其功耗低、传输距离远，可以组网并且支持中继等功能，能够保证整个通讯系统的稳定性、安全性。

3)能够检测用电设备工作电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、谐波含量、电量等。

4)当发生异常时，通过智能调控数据分析的主体，加快运算速度，缩短运算时间，安全性高。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的基于enocean通讯技术的智能用电安全检测设备的结构示意图。

图2是本发明的智能用电安全检测器的结构示意图。

图3是本发明的智能插座的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

结合图1至图3，本发明提出一种基于enocean通讯技术的智能用电安全检测设备，所述智能用电安全检测设备包括智能用电安全检测器和若干个智能插座。

所述智能用电安全检测器包括第一信号处理模块，以及分别与第一信号处理模块相连的第一信号采集模块、远控开关模块、第一enocean无线通讯模块、485通讯模块。

所述智能插座包括第二信号处理模块，以及分别与第二信号处理模块相连的第二信号采集模块、第二enocean无线通讯模块。

所述第一信号处理模块通过485通讯模块连接至用户监控系统，以建立第一通讯链路，所述第一信号处理模块通过第一通讯链路与用户监控系统进行数据交互；所述第一enocean无线通讯模块与第二enocean无线通讯模块相连，以建立第二通讯链路，所述第一信号处理模块通过第二通讯链路与第二信号处理模块进行数据交互。

所述远控开关模块与进户电源开关连接，根据外部控制指令以切换进户电源开关的工作状态。

所述第一信号采集模块与用户进线电源耦合连接，根据外部控制指令以按照第一预设采样频率以采集用户进线电源的第一电能信号，对采集到的第一电能信号进行计量后将计量结果发送至第一信号处理模块，第一信号处理模块对第一电能信号的计量结果进行数据分析以判断第一电能信号是否异常。

所述第二信号采集模块与所述智能插座对应的支路电线耦合连接，根据外部控制指令以按照第二预设采样频率以采集对应的支路电线上的第二电能信号，对采集到的第二电能信号进行计量后将计量结果发送至第二信号处理模块，第二信号处理模块对第二电能信号的计量结果进行数据分析以判断第二电能信号是否异常，将判断结果通过第二通讯链路发送至第一信号处理模块。

所述第一信号处理模块响应于以下两个条件中任意一个成立：1)第一电能信号异常，2)第二电能信号异常，发送切断控制信号至远控开关模块以断开进户电源开关，并且通过第一通讯链路发送异常信息至用户监控系统。

本发明可以检测用电设备工作电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、谐波含量、电量等。以工作电压为例，设采样的第一电能信号为用户进线电源上的电压值，若该电压值超过第一设定阈值，说明此时用户进线电源上电压过大，已经发生了故障，如继续用电容易带来危险，可以通过远程开关模块切断进户电源开关，提醒用户排查进线电源故障。同样的，设采样的第二电能信号为某一支线上的电压值，如果该电压值超过第二设定阈值，说明该支线上电压过大，发生故障，可以将异常信息发送至第一信号处理模块，由第一信号处理模块控制远程开关模块切断进户电源开关，同时发送第二异常信号给用户监控系统，提醒用户排查是否是支线上的某个用电设备发生损坏，尽快排除故障。其他检测参数的检测原理类似前述工作电压的检测原理。在一些例子中，还可以结合多个检测参数和检测参数的变化趋势进行综合评定分析，以获取更加可靠的分析结果，实现预警判断。

本发明通过无线连接智能用电安全检测器与智能插座，实现支路设备与用户进线电源的双重监控，具体的，智能用电安全检测器用来监控用户进线电源，智能插座用来监控支路设备，但对用户室内电线开关总闸的操控由智能用电安全检测器单独执行，简化控制逻辑，便于追溯，本发明所提及的智能用电安全检测设备集超低功耗、远程通信、智能控制为一体，体现了家居的智能化水平。

另外，本发明采用的enocean通讯技术在保证通讯距离的同时还具有超强的抗干扰能力，与同类技术相比，其功耗低、传输距离远，可以组网并且支持中继等功能，能够保证整个通讯系统的稳定性、安全性。例如，将某些距离智能用电安全检测器较近的智能插座作为中继站，以连接距离智能用电安全检测器较远的智能插座；甚至，将若干个智能插座进行组网，以增加通讯距离和通讯的稳定性。智能插座可以根据网络中现有的中继节点，将数据传回智能安全检测器。当其中一个或者部分智能插座断开时，较远区域的智能插座仍能计算出新的最优化的通讯路径，通过其他智能插座将数据传输回智能用电安全检测器。

在一些例子中，若第二信号处理模块的性能低于第一信号处理模块，其对采集到的第二电能信号的处理时间较长，对异常情况的检测灵敏度较低，本发明提出以下技术方案，以提高整个智能用电安全检测设备的检测灵敏度，具体的：

如果任意一个所述第二信号处理模块判断出当前采集周期内的第二电能信号异常，在恢复供电后的m个采集周期内，将接收到的第二电能信号的计量结果直接通过第二通讯链路发送至第一信号处理模块进行数据分析以判断第二电能信号是否异常。

所述m为大于等于1的正整数。

当任意一个所述第二信号处理模块判断出当前采集周期内的第二电能信号异常后，说明该支路上有可能存在故障或者异常用电情况，为了提高安全性能，可以适当提高对该支路的检测比重，例如，在该支路恢复供电后的m个采集周期内，将接收到的第二电能信号的计量结果直接通过第二通讯链路发送至第一信号处理模块进行数据分析以判断第二电能信号是否异常。因为第一信号处理模块的处理速度大于第二信号处理模块，当该支路再次出现异常时，可以更快地分析出异常情况，并且无需再次通讯即可直接、快速地切断电源开关。

进一步的，考虑到第一信号处理模块还需要同时处理第一信号采集模块采集到的第一电能信号，本发明提出以下技术方案，使第一信号处理模块能够有序工作：

设第一信号采集模块采集信号后的设定时间范围为计算时长，统计得到第一信号处理模块的计算周期。

如果所述第二信号处理模块判断出当前采集周期内的第二电能信号异常，在恢复供电后的m个采集周期内：

(1)在计算周期之外的时间范围，将接收到的第二电能信号的计量结果直接通过第二通讯链路发送至第一信号处理模块进行数据分析以判断第二电能信号是否异常。

(2)在计算周期内，直接对第二电能信号的计量结果进行数据分析以判断第二电能信号是否异常，将判断结果发送至第一信号处理模块。

下面结合其他一些优化方案对本发明所提及的智能用电安全检测设备进行进一步的阐述。

一、关于信号采集模块的结构组成

下面是第一信号采集模块和第二信号采集模块的其中一个例子。

所述第一信号采集模块包括第一电能计量模块、第一采样模块，第一电能计量模块的输入端与第一采样模块的输出端相连，第一电能计量模块的输出端与第一信号处理模块的输入端相连。

所述第一采样模块的输入端与用户进线电源耦合连接，第一采样模块根据外部控制指令以按照第一预设采样频率以采集用户进线电源的第一电能信号，将采集到的第一电能信号发送至第一电能计量模块，第一电能计量模块对第一电能信号计量后将计量结果发送至第一信号处理模块。

所述第二信号采集模块包括第二电能计量模块、第二采样模块，第二电能计量模块的输入端与第二采样模块的输出端相连，第二电能计量模块的输出端与第二信号处理模块的输入端相连。

所述第二采样模块的输入端与所述智能插座对应的支路电线耦合连接，第二采样模块根据外部控制指令以按照第二预设采样频率以采集对应的支路电线上的第二电能信号，将采集到的第二电能信号发送至第二电能计量模块，第二电能计量模块对第二电能信号进行计量后将计量结果发送至第二信号处理模块。

所述第一电能计量模块与所述第一采样模块实现对电能进行信号采集、分析，并将采集信号传给所述第一信号处理模块，所述第一信号处理模块对采样结果进行数据分析，根据内部程序算法控制所述远控开关模块进行分合闸，并将实时数据通过所述485通讯模块传输至用户监控系统。

所述第二电能计量模块与第二采样模块实现对应支路电压的信号监控，并将信息传给所述第二dsp模块，经过内部算法处理后，将检测结果通过所述第二enocean无线通讯模块传给所述智能用电安全检测器做进一步的处理，例如控制所述远控开关模块进行分合闸操作、将检测结果通过搜书485通讯模块传输至用户监控系统等。

在另一些例子中，第一采样模块也可以将采集到的第一电能信号直接发送给第一信号处理模块，由第一信号处理模块调用第一电能计量模块对第一电能信号进行计量以获取第一电能信号的计量结果。第二采样模块、第二信号处理模块、第二电能计量模块的工作原理类似。通过前述设计，当第一电能计量模块、第二电能计量模块出现异常时，第一信号处理模块和第二信号处理模块仍能够对第一电能信号第二电能信号进行其他处理，例如将电能信号转换成较低的电压信号、电流信号等，从中提取出所要的线路状态信息。

二、关于异常信息

进一步的，所述智能插座均具有独立的编号，所述异常信息包括对应智能插座的编号，以便于用户快速定位至异常支路，排除故障，恢复供电。

三、关于人机交互

进一步的，所述智能用电安全检测器还包括第一人机界面模块。

所述第一人机界面模块与所述第一信号处理模块相连，用于接收外部输入的控制指令和实时/根据外部控制指令以显示第一电能信号的相关数值。

所述第一人机界面模块可以显示用户电能数据，并可以修改智能用电安全检测器各模块的内部参数，如第一设定阈值、第一预设采样频率等。

类似的，所述智能插座还包括第二人机界面模块。

所述第二人机界面模块与所述第二信号处理模块相连，用于接收外部输入的控制指令和根据外部控制指令以显示第二电能信号的相关数值。

所述第一人机界面模块可以显示支路上的电能数据，并可以修改智能插座各模块的内部参数，如第二设定阈值、第二预设采样频率等。

四、关于智能用电安全检测设备的供电原理

所述智能用电安全检测器还包括第一电源模块，所述第一电源模块分别与第一信号处理模块、第一信号采集模块、远控开关模块、第一enocean无线通讯模块、485通讯模块相连，用以提供其正常工作所需电能。

所述智能插座还包括第二电源模块，所述第二电源模块分别与第二信号处理模块、第二信号采集模块、第二enocean无线通讯模块相连，用以提供其正常工作所需电能。

优选的，所述第一电源模块包括第一电压转换电路，用于将第一信号采集模块采集到的第一电能信号分别转换成5v电压、3.3v电压和1.9v电压。

所述第二电源模块包括第二电压转换电路，用于将第二信号采集模块采集到的第二电能信号分别转换成5v电压、3.3v电压和1.9v电压。

本发明采用的器件的工作电压均较低，为了节约功耗，本发明提出，利用采集的信号能量来驱动低功耗芯片组，实现高质量的无线通讯技术和其他功能。具体的，第一信号采集模块和第二信号采集模块根据外部控制指令以定期从主线路和支线路上采集电能信号，采集的第一电能信号和第二电能信号的电压通常为市电电压220v，第一电源模块将采集到的第一电能信号和第二电能信号转换成低电压后，提供智能用电安全检测设备的低功耗芯片组使用，有效利用采集到的电能信号，节约功耗。当采集到的电能信号无法提供部分芯片或者器件工作时，再由其他电源模块将市电转换成对应的低电压提供该部分芯片或者器件正常工作所需电能。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。