【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用电数据采集领域，尤其是涉及一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的自愈式全地形用电数据采集装置。
技术介绍
1、用电信息采集系统是智能电网建设的重要基础。现有的家庭用户用电数据采集多采用rs485串行轮询读取的方式，同一集中器下采集终端较多时耗时较长，发生用电故障时不能及时上报预警。部分采集终端设置在处于信号不佳的场景，如地下室、电井、地下停车场等，无线网络覆盖差，信号较弱，有线网络部署困难、成本高，导致用电数据难以可靠传输，无法完成远程用电数据采集，容易形成线损。
2、在老旧小区改造时，采集终端与通信设备电源难获取，网络部署困难，导致改造成本高，改造周期长。
3、中国专利申请cn202111352658.5公开的技术方案，使用蓝牙mesh进行用电数据采集。其在电表端部署的采集节点并采用锂电池供电。该方案存在着后期需要定期更换维护电池的问题，若维护不及时，锂电池电量耗尽，容易导致数据丢失。同时，在复杂环境中，锂电池的老化将成为巨大的安全隐患，可能会导致火灾等危害公共安全的事件。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的用电数据采集装置及方法。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、作为本专利技术的第一方面，提供一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的用电数据采集装置，所述采集装置包括：
4、数据采集接口模块，用于读取电表的用电数据，并将
5、射频能量收集与电源管理模块，用于收集空间中的射频能量，并将其转换为直流电能进行存储和管理；
6、5g网络接入模块，用于将用电数据采集装置接入运营商网络；
7、蓝牙mesh网络模块，包括终端节点、中继节点与汇聚节点；
8、所述终端节点与数据采集接口模块以及为二者供电的射频能量收集与电源管理模块部署在待采集电表中，对数据采集接口模块读取的用电数据进行暂存和转发；
9、所述中继节点搭配有射频能量收集与电源管理模块，用于对在汇聚节点的蓝牙信号范围之外且无法连接到相邻终端节点的终端节点进行数据转发，保证每个终端节点与汇聚节点间至少有一条通信链路；
10、所述汇聚节点与5g网络接入模块集成，汇聚节点通过5g网络接入模块连接电力管理平台，将从各个终端节点收集的用电数据发送至电力管理平台，同时接收电力管理平台发出的指令。
11、作为优选技术方案，所述的数据采集接口模块包括rs485收发芯片，数据采集接口模块通过电表的rs485接口连接电表，通过串口连接蓝牙mesh网络的终端节点。
12、作为优选技术方案，所述的装置的射频能量收集与电源管理模块包括依次连接的宽带天线、阻抗匹配网络、电荷泵整流器、低压充电电路、超级电容以及电源管理电路。
13、作为优选技术方案，所述5g网络接入模块包括5g网络通信芯片以及与5g网络通信芯片连接的天线，所述的5g网络通信芯片分别连接调试接口与市电供电模块。
14、作为优选技术方案，所述的终端节点的采用运行蓝牙mesh协议的低功耗微控制器，使用modbus协议通过数据采集接口模块与电表进行数据交换，并且将收到的用电量数据暂存在独立的flash存储器中；所述的控制器还负责连接蓝牙mesh网络，进行mesh数据包的接收和发送。
15、作为优选技术方案，所述终端节点和中继节点均具有中继功能，用以将无线电扫描范围内的目的地址非自身节点单播/订阅地址且ttl值大于1的数据包进行广播中继，并将该数据包的ttl值减小1。
16、作为优选技术方案，所述蓝牙mesh网络模块的各个蓝牙mesh节点均运行ble mesh协议栈，不同的节点启动后将以其设定的角色自动接入mesh网络。
17、作为优选技术方案，所述蓝牙mesh网络模块基于功率控制的蓝牙mesh路由转发机制，选择功耗最优路线，控制外层终端节点与中继节点参与消息转发。
18、作为本专利技术的第二方面，提供一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的用电数据采集方法，其特征在于，所述方法步骤包括：
19、部署如上所述的用电数据采集装置；
20、所述电数据采集装置中的各个终端节点与中继节点在无数据传输时都处于休眠模式；
21、在需要进行能量收集的时刻，电力管理平台发出数据读取指令，该指令通过5g网络接入模块传输至汇聚节点；
22、汇聚节点接收到电力管理平台的指令后通过ble协议发送唤醒命令，唤醒休眠模式下的各个终端节点与中继节点；
23、各个终端节点与中继节点接收到唤醒命令后运行ble mesh协议，构建数据传输网络；
24、汇聚节点检查各个终端节点的在线状态，并向各个终端节点发送用电信息采集指令，同时将未在线的终端节点的信息发送给电力管理平台进行上报；
25、终端节点接收到唤醒命令指令后通过数据采集接口模块与用户电表进行通信，读取电表中的用电信息存入终端节点的flash存储模块中，同时将用电数据通过mesh网络发送给汇聚节点；
26、若汇聚节点成功接收到用电数据，则会返回确认信息，终端节点收到确认信息后在flash存储器中删除这部分信息；若汇聚节点未成功接收用电数据，终端节点会再次尝试发送用电数据，直至汇聚节点成功接收；
27、汇聚节点将从各个终端节点收集的用电数据通过5g网络接入模块发送给电力管理平台。
28、作为优选技术方案，所述电数据采集装置的部署过程如下：
29、在每个待测电表中部署数据采集接口模块、蓝牙mesh网络模块的终端节点以及为二者供电的射频能量收集与电源管理模块；
30、在室外信号优良且能够接入市电的与运营商网络的地方部署汇聚节点与5g网络接入模块，实现用电数据采集装置与电力管理平台的通信；
31、运行ble mesh协议，测试各个终端节点之间以及终端节点与汇聚节点的网络连接质量，检查是否有终端节点无法直接或者通过其他终端节点转发的方式连接汇聚节点，若存在无法连接的节点，则在该终端节点与其相邻终端节点或汇聚节点之间部署中继节点及射频能量收集与电源管理模块，确保每个终端节点与汇聚节点间至少有一条通信链路。
32、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
33、1)本专利技术使用射频能量收集的方法为系统的采集节点和中继节点提供能源，并配套休眠-唤醒控制算法，依托低功耗微控制器与低功耗蓝牙协议，使用无线射频供能技术搭配合理的消息转发策略，降低系统的整体功耗，使终端节点与中继节点无需外接电源，可以长时间工作而不需要维护，实现了大量器件的无源化，能够方便地进行部署，极大减少了人力维护成本和数据丢失风险；
34、2)本专利技术方案使用电表的现有接口，无需设计与更换新的电表；使用蓝牙mesh网络传输数据，组网便利快捷，可靠性更强；并且能够适本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的用电数据采集装置，其特征在于，所述采集装置包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的用电数据采集装置，其特征在于，所述的数据采集接口模块包括RS485收发芯片，数据采集接口模块通过电表的RS485接口连接电表，通过串口连接蓝牙mesh网络的终端节点。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的用电数据采集装置，其特征在于，所述的装置的射频能量收集与电源管理模块包括依次连接的宽带天线、阻抗匹配网络、电荷泵整流器、低压充电电路、超级电容以及电源管理电路。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的用电数据采集装置，其特征在于，所述5G网络接入模块包括5G网络通信芯片以及与5G网络通信芯片连接的天线，所述的5G网络通信芯片分别连接调试接口与市电供电模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的用电数据采集装置，其特征在于，所述的终端节点的采用运行蓝牙mesh协议的低功耗微控制器，使用Modbus协议通过数据采集接口模
6.根据权利要求1所述的一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的用电数据采集装置，其特征在于，所述终端节点和中继节点均具有中继功能，用以将无线电扫描范围内的目的地址非自身节点单播/订阅地址且TTL值大于1的数据包进行广播中继，并将该数据包的TTL值减小1。
7.根据权利要求1所述的一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的用电数据采集装置，其特征在于，所述蓝牙mesh网络模块的各个蓝牙mesh节点均运行BLE Mesh协议栈，不同的节点启动后将以其设定的角色自动接入mesh网络。
8.根据权利要求1所述的一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的用电数据采集装置，其特征在于，所述蓝牙mesh网络模块基于功率控制的蓝牙mesh路由转发机制，选择功耗最优路线，控制外层终端节点与中继节点参与消息转发。
9.一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的用电数据采集方法，其特征在于，所述方法步骤包括：
10.根据权利要求9所述的一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的用电数据采集方法，其特征在于，所述电数据采集装置的部署过程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的用电数据采集装置，其特征在于，所述采集装置包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的用电数据采集装置，其特征在于，所述的数据采集接口模块包括rs485收发芯片，数据采集接口模块通过电表的rs485接口连接电表，通过串口连接蓝牙mesh网络的终端节点。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的用电数据采集装置，其特征在于，所述的装置的射频能量收集与电源管理模块包括依次连接的宽带天线、阻抗匹配网络、电荷泵整流器、低压充电电路、超级电容以及电源管理电路。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的用电数据采集装置，其特征在于，所述5g网络接入模块包括5g网络通信芯片以及与5g网络通信芯片连接的天线，所述的5g网络通信芯片分别连接调试接口与市电供电模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线射频供能与蓝牙mesh的用电数据采集装置，其特征在于，所述的终端节点的采用运行蓝牙mesh协议的低功耗微控制器，使用modbus协议通过数据采集接口模块与电表进行数据交换，并且将收到的用电量数据暂存在独立的fla...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱彬斌，陈佳盈，王燕，张颢，夏世超，沈杰士，李雯婷，胡慧琳，王益明，周勇良，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。