CN102148535A - 一种家庭用电管理智能仪表 - Google Patents

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金尚忠
朱周洪
王焱华
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Abstract

一种对家庭用电信息采集、分析、管理的智能仪表,其分别计量家庭各用电线路电量信息,并通过微处理器处理,分析包括各用电线路时平均用电量,日平均用电量,日平均用电时间,月平均用电时间,月平均用电量等等,处理器将这些信息通过网络接口发送至控制终端,通过LCD屏将信息告之用户,用户可以根据这些信息调整家用电分配、向控制中心发送用电需求信息、实现用电高效管理和节电等等。

Description

一种家庭用电管理智能仪表
技术领域
[0001] 本发明涉及一种实现多路电能计量和管理功能的智能仪表,在电能计量的基础上 结合电能管理,可以对家庭的每路用电情况进行计量、记录、储存、分析、并提供给用户和控 制中心进行用电管理、用电需求,实现节能和节约电费目的。
背景技术
[0002] 日前国家电网公司公布了今后10年智能电网的建设规划,到2020年我国将基本 建成智能电网。
[0003] 智能电网作为下一代电网的发展模式,在全球范围内已获得广泛关注,对于建立 智能电网来改进电能分配和节约电能的需求不断增大。智能电网包含从发电、调度、输电、 变电、配电和用电各个环节,智能电表属于智能用电的环节,承载了重要的应用功能。
[0004] 2009年10月,国家电网公司公布了智能电表新标准。新老对比,新标准对电表在 计量、费控、通信、功耗、电子线路布线等技术指标要求均有了大幅提高,诸多先前对MCU附 加功能由可选变成了必选项,更高的计算能力(DMIPS)以满足智能电表的高性能要求;更 大的存储容量顺应复杂的数据处理需求;更多的I/O如SPI、I2C、智能卡、UART以及RTC等 应对增加的周边器件支持能力。
[0005] 本发明的特点是在于符合智能电表新的标准,并在此基础上增加对多路用电线路 计量(智能电表只对总线路计量)功能,增加多路用电的显示功能,能将用户用电信息详细 告知用户、向控制端发送用电需求;增加家庭用电的高效管理功能,实现节能和节约电费目 的。广泛用于智能电网、峰谷用电、阶梯用电等场合。
发明内容
[0006] 针对现在对用电管理的要求及市场相应产品的空缺,本发明的目的在于:设计一 种对家庭各路用电线路用电信息进行采集,分析家庭用电状况,将用电信息发送至控制中 心,实现节电和节约电费管理的智能仪表,仪表可对自身功耗计量。
[0007] 本发明基本原理如图1所示,市电从线路接口模块A接入,并由模块A分成多路分 别给照明、空调、电视、冰箱、洗衣机、厨房等设备供电。电能计量模块B包括(1)模拟开关, (2)电压周期检测电路,(3)单片机,(4)电能计量芯片,(5)串口芯片。单片机根据电压周 期检测电路的信号,在一个周期开始时控制电能计量芯片对其中一路用电线路计量,在计 量特定周期后通过模拟开关迅速切换至下一家用电线路计量,且每路计量相同周期数,在 计量完最后一路时又迅速切换至第一路计量,如此循环,则每路用电量近似周期电量乘上 计量线路总数。同时,单片机实时监测来自通信芯片的信号,在收到信息处理模块D要求发 送数据的命令时,将计量数据发送给信息处理模块D。电源模块C包括变压器、(6)低压差 线性稳压器和(8)降压DC/DC,为各部分电路供电。线性稳压器为电能计量模块B供电,以 降低电源噪声,提高计量精度,降压DC/DC为信息处理和管理模块供电,以降低功耗,节约 电能。信息处理和管理模块D包括(7)光耦芯片、(9)串口芯片、(10)实时时钟、(11)微处
3理器、(12)LCD屏、(13)内存、(14)FLASH、(15)网络接口。光耦芯片实现电能计量模块B与 信息处理模块D之间的电气隔离通信,微处理器通过串口芯片向电能计量模块B发送命令 或是从电能计量模块B接收每路用电信息,并分析,存储相应数据到FALSH,数据分析包括 各用电线路时平均用电量,日平均用电量,日平均用电时间,月平均用电时间,月平均用电 量等等,处理器将这些信息通过网络接口发送至控制终端,通过IXD屏将信息告之用户,用 户可以根据这些信息调整家用电分配、向控制中心发送用电需求,实现节电等等。
[0008] 一种家庭用电管理智能仪表,其对家庭用电信息进行管理。所述的用电信息为电 压有效值、电流有效值、电压频率、有功功率、无功功率、功率因素等。所述的信息管理是对 上述信息求时、日、周、月年分布,并对信息进行存储、显示、向控制中心发送用电需求。
[0009] 该用电管理智能仪表具备:
[0010] 信息采集电路,采集家庭各用电线路(照明、空调、电视、冰箱洗衣机、厨房等)的 实时信息。
[0011] 信息处理电路,分析信息采集电路采集的实时信息,并存储、显示、向控制中心发 送用电需求。
[0012] 根据权利要求1所述的家庭用电管理智能仪表,其特征在于:
[0013] 所述的信息采集电路采用单芯片循环扫描计量方式实现对家庭各用电线路(照 明、空调、电视、冰箱、洗衣机、厨房等)的实时信息。
[0014] 根据权利要求1所述的家庭用电管理智能仪表,其特征在于:
[0015] 所述的信息采集电路包括电压周期检测电路、模拟开关、电能计量芯片、单片机、 通信芯片等。
[0016] 根据权利要求1所述的家庭用电管理智能仪表,其特征在于:
[0017] 所述的信息处理与传输电路包括微处理器、实时时钟、内存、FLASH、液晶显示屏、 串口通信电路、网络通信电路等。
[0018] 根据权利要求3所述的信息采集电路,其特征在于:
[0019] 所述的电压周期检测电路检测线路电压一个周期的开始与结束。
[0020] 所述的模拟开关用于切换各用电线路信息检测。
[0021] 所述的电能计量芯片用于对各用电线路信息采集。
[0022] 所述的单片机,接收来自电压周期检测电路的信号、控制模拟开关切换、接收电能 计量芯片的信息、向控制中心发送用电需求。
[0023] 本发明的效果是:由于本发明对家庭每路用电都进行计量,能得到各用电线路实 时用电信息,而现有电表只能对用户总用电量进行计量,用户不清楚各用电线路或者是家 用电器用电量;采用微处理器与大容量存储器能对数据进行快速处理与大量存储;采用的 LCD液晶屏能将用电信息直观,详细的展示给用户;采用网络接口能向控制中心发送用电 及需求信息。
附图说明
[0024] 图1为智能仪表组成框图
[0025] 图2为具体实施案例1
[0026] 图3为具体实施案例2[0027] 具体实施方式1
[0028] 一种家庭用电管理智能仪表,其原理框图如图2所示,交流电压从线路接口 A接 入,分多路输出接到用户用电线路。电能计量模块B对用户每路用电电量进行计量。电源 模块C为电能计量模块B与信息处理模块C供电。信息处理模块D将电能计量B提供的数 据进行分析,存储并通过LCD屏将用电信息提供给用户。
[0029] 一种家庭用电管理智能仪表电的源模块C,变压器输入电压AC220V、50HZ,原边一 路输出AC6V,附边输出AC12V,功率20W ; (6) LDO芯片为ADP121,(8)DC/DC芯片为LM2576。
[0030] 一种家庭用电管理智能仪表电能计量模块B,(1)模拟开关为⑶4051、(2)周期 检测电路为电压比较器、(3)单片机ATTiny2313、(4)电能计量模块CSM63、(5)串口芯片 MAX232。
[0031] 一种家庭用电管理智能仪表的信息处理模块C,电路(7)光耦芯片PC817、(9)串 口芯片为MAX232、(10)实时时钟芯片为PFC8653、(10)微处理器为S3C2440、(12) LCD液晶 屏为 PA050DS2T1、(13)内存为 MHY57V561620、(14)FLASH 为 K9GAG08、(15)为 DM9000AE。
[0032] 具体实施案例二 :
[0033] 一种家庭用电管理智能仪表,其原理框图如图3所示,交流电压从线路接口 A接 入,分多路输出接到用户用电线路。电能计量模块B对用户每路用电电量进行计量。电源 模块C为电能计量模块B与信息处理模块C供电。信息处理模块D将电能计量B提供的数 据进行分析,存储并通过LCD屏将用电信息提供给用户。
[0034] 一种家庭用电管理智能仪表电的源模块C,变压器输入电压AC220V、50HZ,原边一 路输出 AC6V,附边输出 AC12V,功率 20W ; (6) LDO 芯片为 AMS1117,(8) DC/DC 芯片为 SP;34063。
[0035] 一种家庭用电管理智能仪表电能计量模块B,(1)模拟开关为CD4051、(2)周期检 测电路为电压比较器、(3)单片机STC12C4052、(4)电能计量模块ATT7021、(5)串口芯片 MAX232。
[0036] 一种家庭用电管理智能仪表的信息处理模块C,电路(7)光耦芯片PC817、(9)串 口芯片为MAX232、(10)实时时钟芯片为PFC8653、(10)微处理器为S3C2416、(12) LCD液晶 屏为 PA050DS2T1、(13)内存为)K4T51163、(14)FLASH 为 K9GAG08、(15)为 CS8900。
5

Claims (5)

1. 一种家庭用电管理智能仪表,其对家庭用电信息进行管理与数据传输。所述的用电 信息为电压有效值、电流有效值、电压频率、有功功率、无功功率、功率因素等。所述的信息 管理是检测上述信息在时、日、周、月、年的分布,并对其进行存储、显示、传输、管理。所述的 数据传输是向控制中心发送用电及需求信息。目的在于实现高效用电和节约用电。
2.根据权利要求1所述的家庭用电管理智能仪表,其特征在于:所述的信息采集电路 采用单芯片循环扫描计量方式实现对家庭各用电线路,包括照明、空调、电视、冰箱、洗衣 机、厨房等的实时用电信息。
3.根据权利要求1所述的家庭用电管理智能仪表,其特征在于:所述的信息采集电路 包括电参数周期检测电路、模拟开关、电能计量芯片、单片机、通信芯片等。
4.根据权利要求1所述的家庭用电管理智能仪表,其特征在于:所述的信息处理与传 输电路采用嵌入式系统,包括微处理器、实时时钟、内存、FLASH、液晶显示屏、串口电路、网 口电路等。
5.根据权利要求3所述的信息采集电路,其特征在于:所述的电压周期检测电路检测线路电压一个周期的开始与结束。所述的模拟开关用于切换各用电线路信息检测。所述的电能计量芯片用于对各用电线路信息采集。所述的单片机,接收来自电压周期检测电路的信号,控制模拟开关切换,接收电能计量 芯片的信息,向控制中心传输需求信息。
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