确定中继器电表的方法、通信装置、电表及金属电表箱与流程

本发明涉及无线通信技术领域，具体地涉及一种确定中继器电表的方法、一种用于电表的通信装置、一种电表及一种金属电表箱。

背景技术：

目前部分居民小区或商业楼宇中各单元的电表一般会集中放置在一起以方便维护及监管，具体是将多个电表集中放置在楼宇的某一个位置(例如，电井)的金属电表箱中。在目前的无线抄表系统中，每个电表通过其对应的外置天线与抄表集中器通信。另外，由于电表箱金属材质的屏蔽，电表箱中的各个电表对应的外置天线一般会被放置在电表箱外，并通过吸盘或双面胶等方式固定。

但是现有的金属电表箱存在以下问题：金属电表箱中的每个电表都需要发射足够的功率与集中器进行通信，这样电表箱中的多个电表不但要耗费较大的功率，还会产生较大的辐射干扰，而且多个外置天线之间互扰会带来抄表通信可靠性降低，且多个天线放置在箱外易被外界损坏，也影响电表箱的外观。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种确定中继器电表的方法、通信装置、电表及金属电表箱，降低金属电表箱中的通信功耗，并减少了外置天线数目，提升了通信可靠性。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种用于电表的通信装置，所述电表放置于具有外置天线的金属电表箱内，所述通信装置包括：外置天线射频连接器，用于执行与所述外置天线的通断；外置天线取样电路，用于当所述外置天线射频连接器被连接到所述外置天线时，输出第一指定电平；以及mcu(microcontrollerunit，微控制单元)，用于检测所述外置天线取样电路的输出电平，并当检测到所述输出电平为所述第一指定电平时，确定所述电表被激活中继器功能以及所述电表为所述金属电表箱中的中继器电表。

可选的，所述外置天线取样电路还用于：当所述外置天线射频连接器未被连接到所述外置天线时，输出第二指定电平；所述mcu还用于：当检测到所述外置天线取样电路的输出电平为所述第二指定电平时，确定所述电表被关闭中继器功能以及所述电表为所述金属电表箱中的非中继器电表。

可选的，所述外置天线取样电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、电感和二极管，其中，所述第四电阻的一端连接电源，所述第四电阻的另一端通过所述外置天线射频连接器与所述第一电阻的一端相连，所述第一电阻的另一端连接所述二极管的正极，所述二极管的负极通过并联的所述第二电阻与所述电感接地，所述二极管的负极连接所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端为所述外置天线取样电路的输出端，所述第二电阻的阻值小于所述第三电阻的阻值。

可选的，所述第一指定电平为高电平，所述第二指定电平为低电平。

可选的，所述通信装置还包括：内置天线，用于与所述金属电表箱内的其他电表进行通信；以及射频开关，所述射频开关的第一端子连接所述内置天线，所述射频开关的第二端子连接所述外置天线射频连接器的一端，所述射频开关的公共端连接所述mcu，用于根据所述mcu的指令，执行所述外置天线与所述内置天线之间的切换。

可选的，所述mcu还用于：根据所述中继器电表与所述金属电表箱中的其他非中继器电表之间的距离以及所述中继器电表的最大发射功率，确定所述中继器电表的初始发射功率；获取所述中继器电表与所述其他非中继器电表之间的通信误码率；根据所述通信误码率，对应调整所述中继器电表与所述其他非中继器电表通信的发射功率。

可选的，所述mcu还用于：根据得到所述中继器电表与第i个非中继器电表通信的初始发射功率pi0，其中，k为比例系数，pmax为所述中继器电表的最大发射功率，di为所述中继器电表与第i个非中继器电表的距离，dmax为所述中继器电表与所述其他非中继器电表之间的距离最大值。

可选的，所述mcu还用于：根据得到本次所述中继器电表与第i个非中继器电表通信的发射功率pi，其中，n为所述中继器电表与第i个非中继器电表的前n次通信次数，pj为所述中继器电表与第i个非中继器电表的第j次通信的发射功率，ej为所述中继器电表与第i个非中继器电表的第j次通信的通信误码率。

相应的，本发明实施例还提供一种确定中继器电表的方法，所述方法应用于根据如上所述的用于电表的通信装置，所述方法包括：检测所述外置天线取样电路的输出电平；以及当检测到所述输出电平为第一指定电平时，确定本地电表被激活中继器功能以及所述本地电表为所述金属电表箱中的中继器电表。

可选的，所述方法还包括：当检测到所述外置天线取样电路的输出电平为第二指定电平时，确定所述本地电表被关闭中继器功能以及所述本地电表为所述金属电表箱中的非中继器电表。

可选的，所述方法还包括：当所述本地电表为所述金属电表箱中的中继器电表时，根据所述中继器电表与所述金属电表箱中的其他非中继器电表之间的距离以及所述中继器电表的最大发射功率，确定所述中继器电表的初始发射功率；获取所述中继器电表与所述其他非中继器电表之间的通信误码率；根据所述通信误码率，对应调整所述中继器电表与所述其他非中继器电表通信的发射功率。

可选的，所述根据所述中继器电表与所述金属电表箱中的其他非中继器电表之间的距离以及所述中继器电表的最大发射功率，确定所述中继器电表的初始发射功率包括：根据得到所述中继器电表与第i个非中继器电表通信的初始发射功率pi0，其中，k为比例系数，pmax为所述中继器电表的最大发射功率，di为所述中继器电表与第i个非中继器电表的距离，dmax为所述中继器电表与所述其他非中继器电表之间的距离最大值。

可选的，所述根据所述通信误码率，对应调整所述中继器电表与所述其他非中继器电表通信的发射功率包括：根据得到本次所述中继器电表与第i个非中继器电表通信的发射功率pi，其中，n为所述中继器电表与第i个非中继器电表的前n次通信次数，pj为所述中继器电表与第i个非中继器电表的第j次通信的发射功率，ej为所述中继器电表与第i个非中继器电表的第j次通信的通信误码率。

可选的，所述方法还包括：统计所述金属电表箱中的电表作为中继器电表时的平均发射功率和平均通信误码率；将所述平均发射功率和平均通信误码率乘积的最小值所对应的电表作为所述金属电表箱中的固定中继器电表。

相应的，本发明实施例还提供一种电表，所述电表包括根据如上所述的用于电表的通信装置。

相应的，本发明实施例还提供一种金属电表箱，包括：根据如上所述的电表；以及外置天线，用于当所述金属电表箱中的根据如上所述的电表作为中继器电表时，与所述中继器电表相连，并与集中器进行通信。

通过上述技术方案，当外置天线射频连接器被连接到外置天线，mcu检测到外置天线取样电路的输出电平为所述第一指定电平时，确定所述电表被激活中继器功能以及所述电表为所述金属电表箱中的中继器电表。本发明实施例摒弃相关技术中金属电表箱内的每个电表都安装一个外置天线的方案，通过扩展原有电表的通信装置的功能，使所有电表的通信装置兼备普通通信功能以及中继器功能，实现了外置天线的共享，大大减少了外置天线的数目，不仅有效地降低了整体物料成本，而且减少了多个外置天线之间的互扰问题，提升了通信的可靠性，还减少了外界对电表干扰的途径。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1示出了本发明实施例提供的一种用于电表的通信装置的结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的另一种用于电表的通信装置的结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的外置天线与通信装置连接的示意图；

图4示出了本发明实施例提供的外置天线取样电路的示意图；

图5示出了本发明实施例提供的外置天线取样电路与内置天线、射频开关的连接电路的示意图；

图6示出了本发明实施例提供的一种确定中继器电表的方法的流程示意图；

图7示出了本发明实施例提供的一种电表的结构示意图；

图8示出了本发明实施例提供的一种金属电表箱的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

本发明实施例将金属电表箱内的电表的通信装置进行了改进，除了实现自身数据读取以及上传功能之外，还能充当具有中继器功能的中继器电表，可以接收金属电表箱内的其他非中继器的上下行数据，并发送给外部的集中器。具体的，如图1示出了本发明实施例提供的一种用于电表的通信装置的结构示意图。如图1所示，所述电表放置于具有外置天线的金属电表箱内，所述通信装置10包括：外置天线射频连接器11，用于执行与所述外置天线的通断；外置天线取样电路12，用于当所述外置天线射频连接器被连接到所述外置天线时，输出第一指定电平；以及mcu13，用于检测所述外置天线取样电路的输出电平，并当检测到所述输出电平为所述第一指定电平时，确定所述电表被激活中继器功能以及所述电表为所述金属电表箱中的中继器电表。

其中，所述外置天线取样电路还用于：当所述外置天线射频连接器未被连接到所述外置天线时，输出第二指定电平；所述mcu还用于：当检测到所述外置天线取样电路的输出电平为所述第二指定电平时，确定所述电表被关闭中继器功能以及所述电表为所述金属电表箱中的非中继器电表。

也就是说，所述mcu通过检测所述外置天线取样电路的输出电平即可确定所述电表是否被激活中继器功能，是否成为所述金属电表箱中的中继器电表。

另外，如图2所示，所述通信装置10还包括：内置天线14，用于与所述金属电表箱内的其他电表通信；以及射频开关15，所述射频开关的第一端子151连接所述内置天线，所述射频开关的第二端子152连接所述外置天线射频连接器的一端，所述射频开关的公共端153连接所述mcu，用于根据所述mcu的指令，执行所述外置天线与所述内置天线之间的切换。

其中，所述金属电表箱中的每个电表的通信装置都可以连接两根天线，一根是内置电线，为常驻天线，常见的类型有pcb天线、chip天线、铁片天线等。另一根是外置天线，为非常驻天线，常见的类型有拉杆天线、吸盘天线等。每个电表的通信装置上集成有外置天线射频连接器，根据需要，可将外置天线通过射频电缆连接到某一个电表的通信装置的外置天线射频连接器上，如图3所示，外置天线的馈线用虚线表示。

以金属电表箱外置一根外置天线为例，由于所述金属电表箱内的每个电表均具有上述图1和图2所示的通信装置，因此所述金属电表箱内的任何一个电表均可作为中继器电表，与其他非中继器电表通过各自的内置天线进行通信，以获取其他非中继器电表的上下行数据，并将自身的数据与其他非中继器电表的上下行数据通过外置天线一同发送至集中器。本发明实施例摒弃相关技术中金属电表箱内的每个电表都安装一个外置天线的方案，通过扩展原有电表的通信装置的功能，使所有电表的通信装置兼备普通通信功能以及中继器功能，实现了外置天线的共享。通常情况下，一个金属电表箱一般只需要一个电表的通信装置被激活中继器功能即可，这样，只有激活了中继器功能的电表才需要外置天线，大大减少了外置天线的数目，不仅有效地降低了整体物料成本，而且减少了多个外置天线之间的互扰问题，提升了通信的可靠性，还减少了外界对电表干扰的途径。

另外，为了实现外置天线连接的自动检测以及中继器功能自动开启功能，本发明实施例采用了硬件检测结构，即外置天线取样电路。如图4所示，所述外置天线取样电路12包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、电感l和二极管d。其中，所述第四电阻r4的一端连接电源vcc，所述第四电阻r4的另一端通过所述外置天线射频连接器k与所述第一电阻r1的一端相连，所述第一电阻r1的另一端连接所述二极管d的正极，所述二极管d的负极通过并联的所述第二电阻r2与所述电感l接地，所述二极管d的负极连接所述第三电阻r3的一端，所述第三电阻r3的另一端为所述外置天线取样电路的输出端vout，所述第二电阻的阻值小于所述第三电阻的阻值。

其中，当所述外置天线射频连接器k未与所述外置天线连通时，k处于连通r1与r4的缺省状态，电源vcc通过r4、k、r1、d为电感l供电。由于电阻r2的阻值极小，一般为100欧以内，所以所述外置天线取样电路的输出端的输出电平很小，即所述第二指定电平为低电平。当所述mcu检测到所述输出电平为低电平时，确定所述电表无外置天线接入，被关闭中继器功能以及所述电表为所述金属电表箱中的非中继器电表。当所述外置天线射频连接器k与所述外置天线连通时，所述外置天线射频连接器k与r1的连接被断开，从而流过电感l的电流将突然减小，于是电感l将产生自感电动势，产生一个较大的电压信号，在较大阻值的电阻r3的配合下，一般为10千欧级以上，所述外置天线取样电路的输出端的输出电平将会成为高电平，即所述第一指定电平为高电平。当所述mcu检测到所述输出电平为高电平时，确定所述电表接入外置天线，被激活中继器功能以及所述电表为所述金属电表箱中的中继器电表。若是所述外置天线射频连接器k与所述外置天线断开，重新将电阻r1与r4连接时，电源vcc继续为电感l充电，电感l将产生反向电动势脉冲，所述外置天线取样电路的输出端的输出电平又变为低电平，从而所述mcu关闭所述电表的中继器功能，所述电表将不再作为所述金属电表箱的中继器电表。

其中，电阻r1和r4起到分压作用，二极管d在所述外置天线射频连接器k与所述外置天线连通时，保证了电感l上的电流不会流向电阻r1，具有较大阻值的电阻r3可以防止电感l上的电流过大，烧毁检测所述外置天线取样电路的输出电平的mcu。本发明实施例采用硬件取样电路对外置天线自动检测以及中继器功能的开启，虽然电路中的器件较多，但是能够提供比较稳定可靠的性能，而且为后续选定金属电表箱中的固定中继器电表提供物理支持。

图4所示的外置天线取样电路与内置天线、射频开关的连接电路，如图5所示，所述射频开关15的第一端子151与内置天线14连接，第二端子152与电阻r4的一端以及所述外置天线射频连接器k连接。也就是说在常态情况下，当所述电表中的外置天线射频连接器k还是将所述电阻r4与电阻r1连通，即所述电表未被激活中继器功能，所述电表为非中继器电表。若是所述电表中的外置天线射频连接器k与外置天线连接后，则电阻r4与电阻r1之间的连接断开，即第二端子直接通过外置天线射频连接器k与外置天线连接，所述电表被激活中继器功能，所述电表为中继器电表，mcu通过控制射频开关的公共端与第一端子、第二端子的连接，就可以控制所述中继器电表在与所述金属电表箱中的非中继器电表与所述金属电表箱外部的集中器之间的通信。因此，当工作人员将某一个电表中的通信装置内的外置天线射频连接器与外置天线连接后，通过其通信装置内的硬件结构，即外置天线取样电路的输出电平，可确定所述金属电表箱内的哪一个电表被工作人员设定为中继器电表，从而由mcu的内部控制逻辑，控制所述中继器电表与非中继器电表、集中器之间通信的切换。金属电表箱内所有非中继器电表利用对应的内置天线与中继器电表的内置天线通信，也只能与中继器电表通信。上行通信时，中继器电表利用其内置天线将接收到的金属电表箱内其他非中继器电表的射频信号进行放大等处理后再通过外置天线发射给金属电表箱外部的集中器。下行通信时，中继器电表利用外置天线接收来自集中器的射频信号，同样经过放大等处理后通过内置天线发射给金属电表箱内其他非中继器电表。

另外，由于每个电表的内置天线一般有较小的物理尺寸、增益以及效率，主要用来实现箱内电表之间的通信，由于箱内空间有限，因此用内置天线不需要较大的发射功率，这样一定程度上能节省电表通信装置的功耗。而对于作为金属电表箱中的中继器电表将会进行频繁的通信，因此，需要采用有效的措施降低其发射功率。对于其他非中继器电表由于通信的频次有限，为简化本发明实施例的通信策略，所有非中继器电表向中继器电表通信的发射功率相同，而中继器电表与其他非中继器电表通信的发射功率可通过mcu执行下述策略：

首先，根据所述中继器电表与所述金属电表箱中的其他非中继器电表之间的距离以及所述中继器电表的最大发射功率，确定所述中继器电表的初始发射功率。其中，每个电表中(包括中继器电表)都将存储一张该金属电表箱内所有电表的位置信息表，该位置信息表包含每一个电表的相对位置坐标，参考点可以选择为金属电表箱内的一个特殊点，例如四角或中心点等。通过该位置信息表，中继器电表能计算出每一个非中继器电表与它的距离。在初次通信时，根据公式(1)，得到所述中继器电表与第i个非中继器电表通信的初始发射功率pi0(单位：dbm)：

其中，k为比例系数，pmax为所述中继器电表的最大发射功率(单位：dbm)，di为所述中继器电表与第i个非中继器电表的距离(单位：米)，dmax为所述中继器电表与所述其他非中继器电表之间的距离最大值(单位：米)。

然后，获取所述中继器电表与所述其他非中继器电表之间的通信误码率。也就是说，在所述中继器电表与其他中继器电表每次通信的时候，都会记录这一次通信的通信误码率。而所述中继器电表与其他非中继器电表在下一次通信的发射功率，则可根据所述通信误码率，对应调整所述中继器电表与所述其他非中继器电表通信的发射功率。

即根据公式(2)，得到本次所述中继器电表与第i个非中继器电表通信的发射功率pi(单位：dbm)：

其中，n为所述中继器电表与第i个非中继器电表的前n次通信次数，pj为所述中继器电表与第i个非中继器电表的第j次通信的发射功率(单位：dbm)，ej为所述中继器电表与第i个非中继器电表的第j次通信的通信误码率。也就是说，后续中继器电表与其他非中继器电表的通信，主要依赖所述中继器电表与其他非中继器电表的对应前面n次通信的发射功率与通信误码率的统计特性。当取得的前n次通信误码率平均值大于95％时，本次通信的发射功率将会在之前n次通信的平均发射功率基础上减少1db，反之则增加1db。通过上述利用电表位置固定的特点可以有效节省中继器电表的功耗。

另外，选择哪个电表作为中继器电表由众多因素决定，例如(1)物理条件，包括金属电表箱箱尺寸、形状、馈线开孔位置、电表数目、电表摆放阵列以及内置天线在每个电表的通信装置中的位置、天线方向性等；(2)中继器电表与其他非中继器电表的平均通信质量或平均通信误码率(在各电表发射功率一定的条件下)；(3)中继器电表与其他非中继器电表的平均发射功率(在取得固定的通信误码率的条件下)。因此，在本发明实施例中在工作人员将外置天线连接到金属电表箱内的不同电表时，即将不同的电表激活其中继器功能，设置不同的电表为中继器电表时，可通过mcu统计所述金属电表箱中的电表作为中继器电表时的平均发射功率和平均通信误码率。可参考公式(2)，得到每个作为中继器电表的电表在与其他非中继器电表通信时的平均发射功率和平均通信误码率。然后，将所述平均发射功率和平均通信误码率乘积的最小值所对应的电表作为所述金属电表箱中的固定中继器电表。也就是说，在将所述固定中继器电表作为金属电表箱内的中继器电表时，可使得所述金属电表箱整体的功耗最低。

通过本发明实施例，不仅减少了外置天线数目，还减少了因多个外置天线导致的信号干扰问题，提升了通信可靠性，还可通过实时调整金属电表箱内通信的发射功率，有效降低整体通信功耗。

相应地，图6示出了本发明实施例提供的一种确定中继器电表的方法的流程示意图。如图6所示，所述方法应用于根据上述实施例所述的用于电表的通信装置，所述方法包括如下步骤：

步骤601，检测所述外置天线取样电路的输出电平；以及

步骤602，当检测到所述输出电平为第一指定电平时，确定本地电表被激活中继器功能以及所述本地电表为所述金属电表箱中的中继器电表。

另外，当检测到所述外置天线取样电路的输出电平为第二指定电平时，确定所述本地电表被关闭中继器功能以及所述本地电表为所述金属电表箱中的非中继器电表。

其中，所述第一指定电平为高电平，所述第二指定电平为低电平。在常态情况下，实时检测所述外置天线取样电路的输出电平，当检测到所述外置天线取样电路的输出电平为低电平时，确定所述本地电表被关闭中继器功能以及所述本地电表为所述金属电表箱中的非中继器电表。而当工作人员将外置天线连接到金属电表箱中的某一电表的外置天线射频连接器时，可检测到该电表的所述外置天线取样电路的输出电平为高电平，则确定本地电表被激活中继器功能以及所述本地电表为所述金属电表箱中的中继器电表。

当确定某一电表为中继器电表后，需要确定该中继器电表与其他非中继器电表之间通信的发射功率。首先，根据所述中继器电表与所述金属电表箱中的其他非中继器电表之间的距离以及所述中继器电表的最大发射功率，确定所述中继器电表的初始发射功率。参考本发明上述实施例中的用于电表的通信装置中的公式(1)和公式(2)，分别得到所述中继器电表与其他非中继器电表之间通信的初始发射功率以及之后的可进行实时调整并有效节省能耗的发射功率。

另外，由于工作人员可通过将外置天线与所述金属电表箱中的任何一个电表的通信装置中的外置天线射频连接器相连，从而确定为中继器电表，因此可在工作人员根据需要将不同的电表(例如，将金属电表箱内四周的电表)设置为中继器电表的同时，统计其平均发射功率和平均通信误码率。然后，将所述平均发射功率和平均通信误码率乘积的最小值所对应的电表作为所述金属电表箱中的固定中继器电表，即所述固定中继器电表可得到较小的功耗以及较小的误码率，使得通信性能最优，因此可将上述固定中继器电表作为所述金属电表箱中固定的中继器电表，实施以后的非中继器电表的数据获取与上传。

通过本发明实施例，可有效减小外置天线数量，使金属电表箱中的所有电表的通信装置兼备普通通信应用以及中继器功能。通常情况下，一个金属电表箱一般只需要一个电表被激活中继器功能即可，这样，只有激活了中继器功能的电表才需要外置天线，从而外置天线的数目将大大减少，既降低了整体物料成本，又减少了外界干扰通信的途径，提升电表通信装置的通信可靠性。另外，充分利用金属电表箱内电表位置固定的特点，为了减小中继器电表的功耗，中继器电表的内置天线的发射功率可以根据中继器电表与其他非中继器的距离与信号功率的统计特征(包括发射功率和通信误码率)进行自动实时调整，有效节省中继器电表的能耗。

相应地，图7示出了本发明实施例提供的一种电表的结构示意图。如图7所示，所述电表70包括根据上述实施例所述的用于电表的通信装置10，如图1-图5所示的通信装置。

相应地，图8示出了本发明实施例提供的一种金属电表箱的结构示意图。如图8所示，金属电表箱80包括：根据图7所示的电表70；以及外置天线81，用于当所述金属电表箱中的如图7所示的电表作为中继器电表时，与所述中继器电表相连，并与集中器进行通信。

例如，当工作人员将外置天线与金属电表箱中的一个电表(例如图中左上角电表)的通信装置内的外置天线射频连接器连接时，该电表被开启中继器功能，并作为所述金属电表箱的中继器电表，而箱中的其他非中继器电表仅仅具有基本的读取传送数据功能，只能通过各自的内置天线与所述中继器电表的内置天线进行通信，将其他非中继器电表的数据传送给中继器电表，中继器电表将自身的数据以及其他非中继器电表的数据通过外置天线传送至集中器。同样，中继器电表通过外置天线接收集中器下发的下行数据，并将下行数据通过内置天线下发至其他非中继器电表。

通过本发明实施例，减少了金属电表箱外的外置天线，甚至只要设置一个外置天线即可，既降低了整体物料成本，又减少了外界干扰通信的途径，提升电表通信装置的通信可靠性。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

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