智能电表

背景技术

技术领域

所公开的概念整体涉及一种电表，并且具体地涉及一种能够自动测量特定客户所使用的一个或多个设备的能量消耗并且自动生成预定时段的能量消耗的账单和能量使用数据的智能电表。

背景信息

电表测量家庭、办公室、工厂、制造厂、设施或任何消耗能量的设备的能量消耗。通常，检查员或代理(例如，来自建筑物所有者、建筑物管理公司、公用事业提供商等)访问家庭、办公室、工厂、制造厂或设施以读取测量与该电表绑定的客户所使用的一个或多个设备的能量消耗的电表。在从电表获得能量消耗数据后，检查员或代理返回到他或她的办公室，并且将能量消耗数据输入到为客户生成账单的系统(诸如云系统)中。所生成的账单然后经由电子邮件或普通邮件递送至客户的物理地址。这种读取能量数据、将其输入到云系统中以及递送账单的手动过程繁琐、低效，并且容易出现人为错误。此外，当使用云系统时，存在经常性费用，例如用于将能量消耗数据馈送到云系统，存储能量消耗数据，以及使用云系统例如基于能量消耗数据、每个客户特定的计费费用和计费周期来计算费用、对能量消耗数据和计算的费用进行分类并且为每个客户生成账单。另外，使用云系统来手动输入、存储和生成账单需要与云系统、远程服务器和/或互联网的持续连接，这在连接可能丢失或难以获得的情况下可能会成为问题。

一种用于自动读取特定客户或区域的周期性能量消耗、基于从自动读取获得的能量消耗数据来自动生成账单和使用数据以及无需人工干预而将账单和使用数据直接传送给特定客户的简单机制可能是有帮助的。

能量计量和计费设备还有改进的空间。

发明内容

所公开的概念的至少一个实施方案满足了这些需求和其他需求，在该实施方案中，一种智能电表包括：计量部件，所述计量部件用于测量建筑物中的客户所使用的一个或多个设备的能量消耗，其中所述客户包括单用途租户、多用途租户或建筑物所有者；电耦合到所述计量部件的控制器，所述控制器被构造成控制所述计量部件的操作并且基于所测量的能量消耗从计量部件接收能量消耗数据；软件设备，所述软件设备电耦合到所述控制器并且被构造成指示所述控制器监测所述能量消耗数据、至少部分地基于所述能量消耗数据来计算所述客户的能量消耗费用并且生成预定时段的账单和能量使用数据；以及通信设备，所述通信设备电耦合到所述控制器和所述软件设备并且被构造成经由限定的通信信道将所述账单和能量使用数据传输给所述客户。

根据所公开的概念的示例性实施方案，一种在局域网(LAN)内并且通信耦合到云系统的网关以及位于所述LAN内并且电耦合到所述网关的智能电表，所述智能电表包括：计量部件，所述计量部件用于测量建筑物中的客户所使用的一个或多个设备的能量消耗，其中所述客户包括单用途租户、多用途租户或建筑物所有者；电耦合到所述计量部件的控制器，所述控制器被构造成控制所述计量部件的操作并且基于所测量的能量消耗从计量部件接收能量消耗数据；软件设备，所述软件设备电耦合到所述控制器并且被构造成指示所述控制器监测所述能量消耗数据、至少部分地基于所述能量消耗数据来计算所述客户的能量消耗费用并且生成预定时段的账单和能量使用数据；以及通信设备，所述通信设备电耦合到所述控制器和所述软件设备并且被构造成经由限定的通信信道将所述账单和能量使用数据传输给所述客户，其中所述网关被构造成从所述智能电表接收所述能量消耗数据、汇总所述能量消耗数据、至少部分地基于所述能量消耗数据来计算所述客户的所述能量消耗费用并且生成所述客户在所述预定时段内的所述账单和能量使用数据，并且所述云系统存储与所述客户相关联的历史能量消耗数据、计费费用、计费历史和计费周期中的一者或多者。

根据所公开的概念的示例性实施方案，一种使用智能电表来监测能量的方法包括：监测建筑物中的客户所使用的一个或多个设备的能量消耗，自动测量预定时段的所述能量消耗，自动生成所述客户在所述预定时段内的账单和能量使用数据，以及在限定的通信信道中将所述账单和能量使用数据传输给所述客户。

附图说明

当结合附图阅读时，可以从以下优选实施方案的描述中获得对本发明的完整理解，其中：

图1是根据所公开的概念的示例性实施方案的能量监测系统的示意图；

图2是根据所公开的概念的示例性实施方案的示例性建筑物的能量监测的示意图；

图3是根据所公开的概念的示例性实施方案的能量监测系统的框图；

图4是根据所公开的概念的示例性实施方案的智能电表的框图；

图5是根据所公开的概念的示例性实施方案的监测能量的方法的流程图；并且

图6是根据所公开的概念的示例性实施方案的监测能量的另一种方法的流程图。

具体实施方式

本文使用的方向性短语(诸如顺时针、逆时针、左边、右边、顶部、底部、向上、向下及其衍生词)涉及附图中所示的元件的取向，并且并不限制权利要求，除非在其中明确地表述。

如本文所用，单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指称，除非上下文另外明确地说明。

如本文所用，术语“数量”应意指一个或大于一个的整数(即，多个)。

常规的电计量和计费系统要求建筑物所有者、建筑物管理公司、公用事业提供商等的检查员或代理访问建筑物并且读取具体客户的单独表，返回到他或她的办公室，将读数输入到存储输入数据的系统(例如，云系统)中，至少部分地基于计费费用和计费周期来计算要向每个客户(例如，办公室租户、工厂租户、制造厂租户等)计费的量，为每个客户生成账单，并且经由电子邮件或普通邮件将账单递送给客户。然而，人工读取能量消耗和处理能量消耗数据、由云系统基于数据远程生成账单以及手动递送账单繁琐、低效且成本高。此外，这种人工读取和计费过程还需要与云系统、远程服务器和互联网的持续连接来输入数据、存储数据、计算费用和生成账单。在连接容易丢失的情况下，这种持续连接的要求可能不可行。另外，使云系统生成账单和能量消耗数据可能会给那些希望现场查看和分析他们的能量消耗数据而无需访问云系统以避免与这种访问相关联的经常性费用的客户带来不便和不满。

所公开的概念的示例性实施方案解决了这些问题。例如，根据本公开的能量监测设备(例如，单点智能电表、多点智能电表、网关、继电器等)可自动测量在每个能量消耗点处消耗的能量，基于计费费用和计费周期来计算费用，并且现场生成特定客户或区域的账单和能量使用数据。因此，根据本公开的能量监测设备不仅为每个客户提供了读取和生成账单的灵活性，而无需派遣代理或检查员进行人工读取，而且还减少了与使用云系统例如用于将周期性能量消耗数据存储在云数据系统中、计算每个客户的计费金额、生成每个客户的账单等相关联的经常性费用。

图1是根据所公开的概念的示例性实施方案的能量监测系统100的示意图。能量监测系统100包括智能电表1、网关(例如，边缘网关)10、云系统12、云系统12内的云数据库14、客户(例如，办公室租户、制造厂租户等)16以及在客户16消耗能量的建筑物房屋20内互连智能电表1和网关10的局域网18。云系统12可以是例如公用事业提供商云，并且云数据库14可以是例如计费数据存储。客户16可包括例如单用途客户、多用途客户或者建筑物或设施所有者。

智能电表1和网关10彼此电耦合，并且可包括处理器和存储器(例如，如参考图4所述的处理器210和存储器215)。存储器可包括软件设备(例如，如参考图4所述的软件220)，智能电表1和网关10可以经由该软件设备被配置有参数，诸如持续时间、存储介质、用于导出账单或显示所消耗的能量的量的通信信道、计费功能以及生成账单并将其传输给客户所需的历史数据管理。软件可存在于云系统12中并且可以从云系统12安装或加载到智能电表1和网关10。软件设备能够监测一个或多个设备(例如，办公设备、打印机等)的能量数据并且在智能电表1和网关10上连续操作。因此，智能电表1和网关10可经由云系统12配置，并且可在客户或环境改变时被重新配置。例如，建筑物所有者或管理公司可在租赁开始时使用云系统命令(例如，Microsoft

智能电表1可以是单点智能电表(例如，如图2所示的主表1A)和多点智能电表(例如，如图2所示的多点表1B)。单点智能电表1A可监测单用途客户(例如，办公室租户，其电消耗是基本的，诸如灯、AC、加热、基本计算设备、基本通信设备等)所使用的基本能量消耗区域的能量消耗。单点智能电表1A被构造成自动测量办公室租户在预定时段(例如，一个月)内的能量消耗，计算预定计费周期的费用，为办公室租户16生成预定计费周期的账单。单点智能电表1A可将账单和使用统计直接(例如，经由电子邮件或租户16限定或授权的任何其他适当的通信信道)传输给办公室租户。另选地，单点智能电表1A可将能量消耗数据提交给LAN 20内的网关10。网关10可接收能量消耗数据，计算计费周期的费用，并且不使用云系统12而均在本地生成计费周期的账单和能量使用数据。网关10然后可将账单和能量使用数据直接传输给办公室租户。

多点智能电表可电耦合到多个虚拟分表，这些虚拟分表监测可能正在租赁建筑物的一个或多个楼层的多用途客户(例如，制造公司、印刷公司、研究公司等)引起非基本能量消耗的多个指定区域。多点智能电表1B被构造成经由监测多个指定区域的能量消耗的多个虚拟/分表接收多个设备的能量消耗。虚拟/分表可指虚拟表、虚拟的分表或虚拟分表，并且在下文中称为虚拟分表。虚拟分表1C的一些示例在图2中示出。虚拟分表可感测多用途客户(例如，印刷公司租户16)所租赁的多个指定区域处使用的一件或多件设备的能量消耗。例如，印刷公司租户可在一个区域中具有一些印刷小册子的设备，而在另一个区域中具有其他印刷杂志的设备。虚拟分表1C可被配置为感测特定设备的能量消耗并且将所感测的能量消耗传输给多点智能电表1B。在从虚拟分表1C接收到能量消耗数据时，多点智能电表1B可汇总所接收的由每个虚拟分表1C测量的能量消耗数据，计算印刷公司租户的计费费用，并且生成一个具有每个设备的能量消耗数据的逐项细目的总账单并将其传输给印刷公司租户16。因此，多用途客户可分析具有每个设备的能量使用的细目的账单，并且确定每个设备或部门消耗了多少而无需访问云系统12并且避免了与访问云系统12相关联的经常性费用。在一些示例中，多点智能电表1B可生成并传输多个账单，每个账单对应于每个指定区域。这里，多用途用户接收设备组中的每一件的单独账单，并且还可比较并分析每个账单以及每件设备或设备组或部门消耗了多少而无需访问云系统12并且避免了与访问云系统12相关联的经常性费用。在一些示例中，多点智能电表1B既不计算费用也不生成账单和能量使用数据，而是将从虚拟分表1C接收的能量消耗数据传输给网关10。网关10继而可汇总所接收的由每个虚拟分表1C测量的能量消耗数据，计算计费费用，并且生成具有每个设备的能量消耗数据的逐项细目的账单并将其传输给印刷公司租户。

网关10被构造成监测整个建筑物20的能量消耗并且电耦合到位于LAN20内的单点智能电表1A和多点智能电表1B。网关10可以是可充当例如用于与云系统12通信的智能电表1的网络入口点的设备(例如，路由器、交换机或任何计算设备)。在一些示例中，智能电表1可在没有网关10的情况下直接与云系统12通信。网关10通信耦合到云系统12并且使用/经由无线通信技术(例如，LTE、A-LTE、Wi-Fi、新空口等)来传输每个客户的能量消耗数据和账单以存储在云数据库14中。

如先前陈述，网关10从单点智能电表1A和多点智能电表1B接收能量消耗数据。在接收到能量消耗数据时，网关10可汇总所接收的能量消耗数据，基于能量消耗数据计算能量消耗费用，并且生成预定时段(例如，每月计费周期)的账单。网关10可向印刷公司租户生成多用途客户的一个具有每个设备的能量消耗数据的逐项细目的账单。在一些示例中，网关10可在单独的智能电表1处生成账单。在一些示例中，网关10可生成多个账单，每个账单覆盖建筑物20的多个楼层中的一个楼层。

通常，网关10接收由一个或多个电表测量的能量消耗数据，汇总能量消耗数据，并且将所汇总的数据馈送到云系统12。然而，在本公开中，虽然网关10仍然可将历史使用数据、计费数据、客户的使用数据传输给云系统12进行存储，但是网关10可处理所汇总的数据，计算费用，并且均在本地生成并传输特定客户的账单和使用统计，而无需连接到云系统12、远程服务器或互联网。

因此，根据本公开的实施方案在智能电表1本身处或在网关10处向特定客户提供能量消耗数据的自动读取和账单的自动生成，而无需人工干预或者与云系统12、远程服务器或互联网的持续连接。这种现场或本地自动读取和生成账单为建筑物所有者、建筑物管理公司和租户提供了非常需要的灵活性、效率和成本节约。

图2是根据所公开的概念的示例性实施方案的示例性建筑物20的能量监测的示意图。在图2所示的示例性实施方案中，建筑物20具有四个楼层，每个楼层被租赁给一个或多个租户。每个楼层包括主表1A(也称为主表1、2、3)、多点表1B、虚拟分表1C(也称为虚拟分表1、2、3)中的至少一种或网关10。主表1A是如参考图1所述的单点智能电表，并且监测单点租户的能量消耗。多点表1B是如参考图2所述的多点智能电表，并且监测多点(例如，办公室、区域、设备等)处的能量消耗。多点表1B可从各个虚拟分表1、2、3接收来自多点中的每一个的能量消耗测量值并且生成对应于各个虚拟分表读数的单独账单或多点租户的具有指定办公室的逐项能量使用统计的总账单。虚拟分表1C监测包括引起非基本能量消耗的特定设备的指定办公室。虚拟分表1C感测指定办公室中的特定设备的能量消耗并且将所感测的能量消耗数据传输给多点表1B。虚拟分表1C通常不计算计费费用或生成账单。网关10电耦合到主表1A和多点表1B并且被构造成从主表1A和多点表1B接收能量消耗数据。在接收到能量消耗数据时，网关10可汇总所接收的能量消耗数据并且计算电费，如果主表1A或多点表1B还没有计算费用和生成账单，则该网关对费用和能量使用统计进行分类并且为客户(例如，租户1、2、3和建筑物所有者)生成账单。

在图2中，建筑物20的一层被租赁给具有基本能量消耗需求(例如，灯、AC、加热器等)的租户1和租户2。主表2和主表3分别用于测量租户1和租户2的能量消耗并且对其进行计费。主表2和主表3能够现场(例如，在主表本身处)分别自动测量租户1和租户2的能量消耗并且生成账单22，而不需要任何父级(例如，网关10)。建筑物20的二层被建筑物所有者(例如，工厂所有者、设施所有者等)占用，并且包括主表1，该主表自动测量能量消耗并且为分配给建筑物所有者的二层生成账单22。网关10也位于二层上并且用于监测整个建筑物20的能量消耗。网关10具有与主表1、2、3和多点表1B的连接。网关10能够从主表1、2、3和多点表1B接收能量消耗数据，并且分别为建筑物20的每个实体(例如，租户1、2、3和建筑物所有者)生成账单。网关10可为办公室(例如，为租户1和2、利用租户3的特定设备的办公室以及建筑物所有者)生成账单。网关10可为每个楼层生成账单，例如，对于一层，基于来自主表2和3的读数生成账单，对于二层，基于来自主表1的读数生成账单，对于三层，基于来自分表2和3的读数生成账单，并且对于四层，基于来自分表1的读数生成账单。在一些示例中，网关10可为单独的表生成账单。建筑物20的三层和四层被租赁给租户3，例如芯片制造商或研究公司。租户3可将三层用于设计区域(虚拟分表2用于感测其能量消耗)和芯片的不同参数的测试空间(虚拟分表3用于感测其能量消耗)。租户4可将四层用于制造实验室区域，虚拟分表1用于测量其能量消耗。虚拟分表1、2、3电耦合到多点表1B并且将相应的能量消耗数据传输给多点表1B，该多点表能够为每个虚拟分表1、2、3生成账单22或者为租户3生成总账单。在一些示例中，多点表1B可将它从每个虚拟分表1、2、3接收的能量消耗数据传输给网关10，该网关然后可在本地汇总并处理数据，计算计费周期的费用并且生成账单和能量使用统计并将其传输给客户。

图3是根据所公开的概念的示例性实施方案的能量监测系统100'的框图。能量监测系统100'类似于图1的能量监测系统100，并且包括智能电表1'、公用事业提供商云12'、客户(例如，办公室租户、制造厂租户等)16以及包含智能电表1'的局域网(LAN)18。智能电表1'和/或LAN 18可经由有线或无线通信技术通信耦合到公用事业提供商云12'。公用事业提供商云12'可包括计费数据存储12'和类似于图1的软件220的计费软件220A。计费软件220A处理特定客户的计费和能量使用数据，并且计费数据存储12'存储所有上传的计费和能量使用数据以及其他相关数据(例如，历史计费统计、历史能量使用统计等)。

智能电表1'类似于图1、图2和图4的智能电表1，并且包括具有计费配置和计费代理能力的软件220'。智能电表1'被构造成以三种模式中的一种操作和执行计费：(1)离线模式，其中仅在本地智能电表1'上处理计费并且将账单提供给设施所有者和/或客户16；(2)在线模式，其中将计费和能量数据上传到公用事业提供商云12'并且计费可在本地和在公用事业提供商云12'上完成；以及(3)混合模式，其中客户16可经由在线和离线进行计费。在混合模式中，客户16可上线，但是由于例如网络限制，客户16可选择离线计费。当使用混合模式时，客户16可通过在离线期间从本地设备(例如，智能电表1')导出数据并且在在线期间推送到客户16具有连接(例如，有线或无线)的云来手动地将数据转发或推送到公用事业提供商云12'。在将计费数据加载到公用事业提供商云12'时，客户16可经由公用事业提供商云12'支付他/她的账单。在图3中，计费代理被包括在软件220'中并且被自动配置为将本地生成的账单传输给客户16。然而，计费代理可在软件220'外部并且在授权的通信信道(例如，电子邮件、文本等)中将账单传输给客户16。

图4是根据所公开的概念的示例性实施方案的智能电表的框图。智能电表可以是如参考图1所述的智能电表1(例如，单点智能电表或多点智能电表)。智能电表1可包括但不限于计量元件205、处理器210、存储器215、软件220、收发器225、天线230、I/O控制器235、显示器240、电池245和表通信管理器250。这些部件可经由一个或多个总线(例如，总线255)进行电子通信。智能电表可经由有线或无线通信技术(例如，Wi-Fi、Bluetooth

计量元件205被构造成监测和/或测量建筑物房屋中的特定客户的电使用。在使用电表的示例中，计量元件205可包括设置有包括电压和电流在内的输入的计量引擎、用于将所有输入数字化的模数转换器、用于计算以千瓦每小时(KWh)为单位的能量消耗的数字信号处理器、实时时钟等。计量元件205可电耦合到显示器(例如，液晶显示器)240以显示特定客户的能量消耗。计量元件205还可电耦合到功率源(例如，电池245)。电池245可以是不可再充电电池(例如，碱性电池)或可再充电电池(例如，锂离子电池)，并且在AC功率源中断时用作计量元件205的主功率源或备用电池。在使用机电表的示例中，计量元件包括电流线圈、电压线圈和永磁体(未示出)以在每个线圈处产生具有90度相位角的通量，从而使非磁性金属盘旋转并且对旋转盘产生力，使得金属盘的旋转与能量使用成比例。计量元件205电耦合到处理器210以控制每个计量元件205的操作和功能。

处理器210可包括智能硬件设备(例如，通用处理器、DSP、中央处理单元(CPUI)、微控制器、ASIC、FPGA、可编程逻辑设备、离散门或晶体管逻辑部件、离散硬件部件或它们的任何组合)。处理器215可被配置为执行存储在存储器215中的计算机可读指令220以执行各种功能。

存储器215可包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。存储器215可存储包括指令的计算机可读、计算机可执行软件220，这些指令在被执行时使处理器210执行本文所述的各种功能。在一些情况下，存储器215尤其可包含基本输入/输出系统(BIOS)，该系统可控制基本硬件或软件操作，诸如与外围部件或设备的交互。

软件220可包括代码或算法以实现本公开的各方面。例如，软件220可包括使处理器210至少执行以下操作的指令：连续监测建筑物房屋中的客户的电使用，自动测量预定时段(例如，每月计费周期)的电使用，自动生成预定时段的账单和电使用数据，以及在限定或授权的通信信道(例如，电子邮件传输)中将账单和电使用数据传输给客户。软件220可经由云系统使用云系统命令(例如，Microsoft

软件220可存储在非暂态计算机可读介质(诸如系统存储器或其他存储器)中。在一些情况下，软件220可不由处理器210直接执行，而是可使计算机(例如，在编译和执行时)执行本文所述的功能。存储器215还可包括嵌入以用于实现智能电表的操作的固件。收发器225可经由一个或多个天线230、有线或无线链路单向或双向通信。例如，收发器225可表示无线收发器，并且可与客户设备(例如，智能电话、膝上型计算机或任何其他用户设备)单向通信，以经由无线通信技术将账单和能量使用数据传输给特定客户。在另一个示例中，收发器225可与另一无线收发器(例如，云收发器)双向通信，以接收软件更新并且传输客户的周期性能量消耗数据以存储在云系统中。I/O控制器235可管理智能电表1的输入和输出信号，即输入从计量部件205测量的连续能量消耗以及将账单和能量使用数据输出到例如显示器240或收发器225，以经由电子邮件或文本将账单和能量使用数据传输给客户设备，例如电话。

表通信管理器250或其部件可以硬件、由处理器210执行的软件、固件或它们的任何组合来实现。如果以由处理器210执行的软件来实现，则用户设备通信管理器250的功能可由通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、离散门或晶体管逻辑部件、离散硬件部件或它们的被设计成执行各种通信功能(例如，根据限定或授权的通信信道来确定通信格式(例如，LTE、LTE-A、新空口等)、生成所确定格式的消息以将软件220生成的账单和使用传输给特定客户等)的任何组合来执行。

图5是根据所公开的概念的示例性实施方案的监测能量的方法500的流程图。方法500可由如参考图1-图4所述的智能电表1或其中的部件执行。

在510处，智能电表可连续监测建筑物中的客户所使用的一个或多个设备的能量消耗。

在520处，智能电表可自动测量客户在预定时间段内的能量消耗。

在530处，智能电表可至少部分地基于所测量的能量消耗来计算能量费用。

在540处，智能电表可自动生成客户在预定时段内的账单和能量使用数据。

在550处，智能电表可在限定的通信信道中将账单和能量使用数据传输给客户。

图6是根据所公开的概念的示例性实施方案的用于能量监测的另一种方法600的流程图。方法600可由如参考图1-图2所述的网关10或其中的部件执行。

在610处，网关可连续监测建筑物中的一个或多个客户所使用的一个或多个设备的能量消耗。

在620处，网关可接收由多个智能电表测量的能量消耗数据，该多个智能电表包括监测基本能量使用区域的单点智能电表、电耦合到监测引起非基本能量消耗的多个指定区域的多个虚拟分表的多点智能电表。

在630处，网关可汇总所接收的能量消耗数据以进行本地处理。

在640处，网关可计算每个智能电表、多个指定区域或建筑物的每个楼层中的至少一者的费用。

在650处，网关可为每个智能电表、多个指定区域或建筑物的每个楼层中的至少一者自动生成账单和能量使用数据。

在660处，网关可在限定的通信信道中将账单和能量使用数据传输给各个客户。

虽然已经详细描述了本发明的特定实施方案，但本领域技术人员将了解，鉴于本公开的全部教导，可以形成对那些细节的各种修改和替代方案。因此，所公开的特定布置仅是说明性的，而不限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书的全部范围及其任何和所有等同物给出。