CN102458002A

CN102458002A - 多功能智能节电装置

Info

Publication number: CN102458002A
Application number: CN2010105114833A
Authority: CN
Inventors: 何丹; 殷建平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2012-05-16

Abstract

一种多功能智能节电装置，其特点是针对地下停车场的照明节能，具有稳压和欠压输出功能，变压器为无触点换挡以避免市电电源的波动，当人进入地下停车场，通过感应探头，输出正常电压和打开全部照明灯，当人离开地下停车场后停顿一会儿，输出标准欠电压和关断部分照明，以达到节电的目的，还可以把每天后半夜夜深人静时设置成定时的节能时间段；用户可以使用按键，对过压、欠压和正常电压标参数进行设定，同时通过液晶显示屏显示出来，也可以通过GPRS无线网络进行远程设置和控制。

Description

多功能智能节电装置

所属技术领域

本发明涉及照明节能控制，尤其适用于地下停车场的照明节电控制。

技术背景

能源的开发和有效地利用是一个世界性课题，直接关系到人类的生存和发展。资源的不可再生性决定了解决能源问题的重点只能是现有能源的节约利用。电能是应用最广的能源之一，也是能源消耗中最重要的组成部分，节电是节能的最重要的课题。

目前，很多在建和已建高层住宅都建有地下停车场，这些停车场一般都有多个人员出入口和车辆出入口，地下停车场面积大，光限度极差，一般都采用大量的照明设备连续的24小时照明；特别是在夜深人静的后半夜，车辆进出极少，而市电电压却又普遍偏高，常常高达240V以上，这样不仅造成巨大的能源浪费，还能使照明电灯在电压过高的情况下发热发烫，减少电灯的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种高可靠、高性能的多功能智能控制的照明节能装置，它可以通过对市电电压、电流的检测自动判断出过压，欠压、正常电压，以及电流过流和正常电流；从而可以稳定的输出正常标准电压和电流，和节能需要的标准欠压电压；如果电流过流立即关断设备，起到保护作用；它可以通过定时器的设定，在夜深人静的睡觉时间段，输出欠压电压和关断部分电灯，以达到节约用电的目的；而在有人进入地下停车场时，又能及时的将所输出的欠压电压调成正常电压和打开全部照明电灯，以便正常照明所用；在人离开地下停车场后，间隔一段时间约几分钟后，又恢复成节能模式即输出欠压电压和关闭部分照明电灯；如果地下停车场走出人之后里面还有其他人，这时还可以通过声音感应装置检测到微弱的人活动的声音，以延长正常的照明，直至地下停车场无任何人员后，再输出欠压电压和关闭部分照明电灯达到节能目的。用户可以通过按键，对过压、欠压和正常电压标准进行设定，同时通过液晶显示屏显示出来，也可以通过GPRS无线网络进行远程设置和控制。

本发明是这样实现的：多功能智能节电装置，通过电压信号检测单元和电流信号检测单元对交流电压和电流进行采样，并将交流信号转换为A/D使用的线性直流电压信号，由中央处理器将采样信号转换为数字信号并进行相关计算，与用户设置的参数进行对比分析，判断出市电电压为过压或欠压或正常电压、电流过流或正常电流；电流过流时可以及时关断设备运行，对设备起到保护作用；通过对电压的准确判断，可以稳定的输出正常标准电压，和节能需要的标准欠压电压；用户通过按键对定时单元的时间设定，可以使在夜深人静的睡觉时间段，输出欠压电压和有选择性的关断部分电灯，以达到节约用电的目的；人体红外信号单元的探头分别放置在地下停车场的入口和出口处，可以探测到人体发出的红外线，并对中央处理器发出信号，中央处理器经过分析后，判断出是出口还是入口，如果是出口产生信号，并且是在夜深人静的睡觉时间段和地下停车场内再无其他人活动的声响，几分钟后输出欠压电压和关断部分电灯；达到节约用电的目的；如果是入口处产生的信号，会立即转换为正常电压和打开所有电灯，以提供正常的照明；如果地下停车场出口处走出人之后里面还有其他人，这时可以通过地下停车场周围放置的声音探头检测是否有人活动的微弱声音，如果有人活动的迹象，继续正常照明；直至地下停车场无任何人员后，再输出欠压电压和关闭部分照明电灯达到节能目的；用户可以通过按键，对过压、欠压和正常电压标准进行设定，同时通过液晶显示屏显示出来，也可以通过GPRS无线网络进行远程设置和控制。其特征是包括以下硬件电路：

系统电源[1]：为节能装置提供直流工作电源；

中央处理器[2]：单片机，内含程序存储器、非易失性可擦写数据存储器、A/D转换器、控制程序及相关输入输出控制端口；

电流信号采集单元[3]：对交流信号进行采集；与中央处理器[2]相连接；

电压信号采集单元[4]：对电压信号进行采集；与中央处理器[2]相连接；

声音信号采集单元[5]：对声音信号进行采集；与中央处理器[2]相连接；

定时单元[6]：对时间进行定时；与中央处理器[2]相连接；

人体红外信号单元[7]：对人体红外信号进行采集；与中央处理器[2]相连接；

指示灯单元[8]：对电源及相关故障信号显示；与中央处理器[2]相连接；

信号隔离驱动单元[9]：接收中央处理器[2]的相关控制信号，通过光电隔离并将信号放大，与无触点开关控制模块[10]和无触点负载开关[11]相连接；

无触点开关控制单元[10]：由大功率可控硅、熔断器构成；受信号隔离驱动模块[9]的控制来执行大功率可控硅的通断；与多级变压器[12]相连接；

无触点负载开关[11]：由大功率可控硅构成；受信号隔离驱动模块[9]的控制来执行大功率可控硅的通断；与负载相连接；

多级变压器[12]：变压器初级绕组有多组抽头并与无触点开关控制模块[10]中的可控硅相连接；通过接通不同的可控硅，对多级变压器[12]进行调压；多级变压器的次级绕组与负载连接；

处理器[13]：单片机，内含程序存储器、控制程序及相关输入输出控制端口；处理器[13]处理液晶显示屏的图形界面和按键信号；与按键[14]和液晶显示模块[17]相连接；与中央处现器[2]连接进行数据通讯；

按键[14]：用户的相关参数的输入；与处理器[13]相连接；

LCD电源[15]：为液晶显示屏提供电源；与液晶显示[16]相连接；

液晶显示[16]：为用户显示相关数据；与LCD电源[15]和液晶显示模块[17]相连接；

GPRS无线模块[17]：将相关信息通过无线系统与外界互联；与串行控制接口[18]相连接；

串行通讯接口[18]：内有光耦隔离集成块；将中央处理器[2]的相关信息通过GPRS无线模块与外界互联；与GPRS无线模块[17]相连接；

程序升级接口[19]：产品升级，程序输入接口；与中央处理器[2]相连接；

声音探测单元[20]：对声音进行探测；与中央处理器[2]相连接；

数据存储单元[21]：将中央处理器[2]的数据备份，停电后数据不丢失。

本发明是按照上述构思使用上述主要部件组合而成的。其工作原理是：通过电压信号检测单元和电流信号检测单元对交流电压和电流进行采样，并将交流信号转换为A/D使用的线性直流电压信号，由中央处理器将采样信号转换为数字信号并进行相关计算，与用户设置的参数进行对比分析，判断出市电电压为过压或欠压或正常电压、过流或正常电流；电流过流时中央处理器可以通过信号隔离驱动单元来驱动无触点开关控制单元关断多级变压器，及时关断设备运行，对设备起到保护作用；通过对电压的准确判断，可以通过信号隔离驱动单元来驱动无触点开关控制单元输出稳定的正常标准电压，和节能需要的标准欠压电压；用户通过按键对处理器输入相关数据，处理器与中央处理器互相通讯来对定时单元进行时间设定，可以使在夜深人静的睡觉时间段，输出欠压电压和关断部分电灯，以达到节约用电的目的；人体红外信号单元的探头分别放置在地下停车场的入口和出口处，可以探测到人体发出的红外线，并对中央处理器发出信号，中央处理器经过分析后，判断出是出口还是入口，如果是出口产生信号，并且是在夜深人静的睡觉时间段和地下停车场内再无其他人活动的声响，几分钟后输出欠压电压和关断部分电灯；达到节约用电的目的；如果是入口处产生的信号，会立即转换为正常电压和打开所有电灯，以提供正常的照明；如果地下停车场出口处走出人之后里面还有其他人，这时可以通过声音信号采集单元放置在头地下停车场周围声音探头检测是否有人活动的微弱声音，如果有人活动的迹象，继续正常照明；直至地下停车场无任何人员后，再输出欠压电压和关闭部分照明电灯达到节能目的；用户可以由按键对处理器输入数据，对过压、欠压和正常电压标准进行设定，同时通过液晶显示屏显示出来，并通过数据存储单元进行数据备份；也可以由GPRS无线模块与中央处理器的串行控制接口连接通过网络进行远程设置和控制；中央处理器与处理器可以相互通讯交换数据；程序升级接口与中央处理器相连可对产品进行升级。以上设计对地下停车场的照明能起到有效的节约电能。

单片机在上述相关电路及软件的调度下，构成了高可靠、体积小、各种工作参数均能通过lcd显示屏方便查看的控制系统。

多功能智能节电装置既可以是单向的，也可以是三相的，三相电路具有三组结构基本相同的单相电路，三相独立控制，以保证在三相负载不平衡时各项能独立工作。

本发明的优点及效果

(1)通过对市电电压的检测，能自动判断市电电压是过压，或者欠压，或者正常电压来进行准确的调压；

(2)变压器为自耦合变压器，由多组绕组抽头连接可控硅形成的无触点控制单元构成先进的调压技术，连接和断开速度极快；在调压转换档位时电流无断流，电压无冲击电压，无机械运行损耗，具有可靠性高，使用寿命长等特点；

(3)变压器可以自动稳压；

(4)电压和电流采样，电路回路中都没有串联任何电阻或电感等限流元器件，不影响周边设备用电；

(5)在负载的电路回路中电流过流时，可控硅会瞬间关断变压器，保护设备；

(6)用户可以按实际情况设置具体节能时间段，已达到更有效的节能；

(7)通过对人体红外线的探测，使地下停车场的照明能在进入地下停车场时保持照明电压正常，照明电灯全亮，人离开地下停车场，地下停车场无人后，过几分钟，地下停车场的照明电压降到欠压模式和关断部分照明电灯；能达到非常人性化的、合理的节电效果；

(8)如果地下停车场出口处走出人之后里面还有其他人，这时可以通过声音信号采集单元放置在地下停车场周围声音探头检测是否有人活动的微弱声音，如果有人活动的迹象，继续正常照明；直至地下停车场无任何人员后，再输出欠压电压和关闭部分照明电灯达到节能目的；

(9)用户可以由按键对处理器输入数据，对过压、欠压和正常电压标准进行设定，同时通过液晶显示屏显示出来，并通过数据存储单元进行数据备份；达到友好的人机界面；

(10)可以由GPRS无线模块与中央处理器的串行控制接口连接通过计算机进行网络远程设置和控制；

(11)计算机可以与程序升级接口连接对产品进行升级；

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的电路原理方框图。

图2是实施例变压器与无触点开关连接的电路原理图。

图3是实施例中央处理器及相关单元的控制电路原理图。

图4是实施例检测单元的电路原理图。

图5是实施例按键的电路原理图。

具体实施方式

参看图1，中央处理器[2]分别与电流信号采集单元[3]、电压信号采集单元[4]、声音信号采集单元[5]、定时单元[6]、人体红外信号单元[7]、指示灯单元[8]、信号隔离驱动单元[9]、处理器[13]、串行控制接口[18]、程序升级接口[19]、声音探测单元[20]、数据存储单元[21]相互连接；按键[14]、液晶显示屏[16]分别与处理器[13]连接；无触点开关控制单元[10]分别与信号隔离驱动单元[9]、多级变压器[12]连接；无触点负载开关[11]分别与信号隔离驱动单元[9]和负载连接；多级变压器[12]与负载连接；GPRS无线模块[17]与串行控制接口[18]连接；系统电源[1]和LCD电源[15]为整个装置提供直流工作电压和电流，与相关的部分构成电器连接。中央处理器[2]在上述相关电路和软件的调度下，构成了多功能智能节电装置。

参看图2，与接口J4相连的是双向可控硅的控制端G1、G2、G3、G4；变压器T1的初级绕组由4个抽头与Q1、Q2、Q3、Q4连接组成无触点开关控制单元[10]，本实施例中采用双向可控硅作为无触点开关，通过对控制端G1、G2、G3、G4的控制，能使相应的双向可控硅实行开与关，从而使变压器T1调压，以达到节能的目的，F1、F2、F3、F4为保护双向可控硅的熔断器；压敏电阻RV1、RV2组成防浪涌保护，用于吸收外部雷击等因素造成的浪涌电压，保护双向可控硅；电容C42用于吸收市电中的高次谐波；

与接口J5相连的是双向可控硅Q5、Q6的控制端G5、G6；通过对G5、G6的开关控制，从而使串连在Q5、Q6上的照明电灯关闭与断开。

接口J10为照明电灯的负载连接接口。

参看图3，从接口J1输入交流市电，通过变压器、桥式镇流电路、三端稳压分别输出两路+5V直流稳压电源，一路VCC给相关电路供电，另一路LCDVCC给液晶显示屏供电。D1为VCC电源指示灯，D2为LCDVCC电源指示灯；

串行通讯接口[18]由接口J2与光电耦合器U6、U7、电阻R7-R10组成，与单片机U3电气连接。J2的3、4脚分别为数据的发送引脚和接收引脚，1、2脚为通讯用电源；单片机U3通过此接口与GPRS无线模块连接，以便通过计算机对本装置进行无线远程监控。

接口J3是单片机U3模块的编程接口，仅当软件需要更新或升级时，才使用此接口。

接口J4、接口J5与隔离驱动模块U11-U16、电阻R25-R30、R36构成信号隔离驱动单元，与中央处理器[3]构成电器连接，中央处理器[3]发出执行信号，信号隔离驱动单元将把信号隔离并放大，可送至无触点开关控制单元[10]，控制变压器的调压；也可以送至无触点负载开关，对照明电灯实行开与关。

接口J6与稳压二级管D8、D10、D13及二级管D9、D11、D12、D14、D15、电容C20-C25、电阻R31-R33分别构成声音信号检测、电压信号检测、电流信号检测电路。稳压二极管D8、D10、D13使电压降到VCC电压以下，D12、D15将交流信号变为直流信号，D9、D11、D14对信号起到稳定作用，电容C20-C25对干扰信号起到滤波的作用。

接口J7与处理器U17、液晶显示屏电气连接，构成人机交互的LCD液晶显示界面，电阻R17为可调电阻，调节可调电阻可对液晶显示屏的显示颜色深度进行调整。处理器U17与中央处理器U3电气连接相互交换数据。

按键接口J8使按键与处理器U17电气连接，用户可以由按键对处理器输入数据，对过压、欠压和正常电压标准和相关时间段等进行设定。

接口J9为人体红外线接口，接口J9、光耦隔离器U9、U10、电阻R4、R5、R13-R16形成成人体红外信号的光耦隔离接收系统。R4、R5、R13-R16为限流电阻。

指示灯D4为本节能装置的稳压输出指示灯，指示灯D5为欠压输出指示灯，指示灯D6为市电电流过流故障指示灯，指示灯D7为照明灯部分关闭指示灯，指示灯D16为旁路运行指示灯。

参看图4，接口J9为人体红外线接口，连接人体红外线探测模块。人体红外线探测模块将探测到的人体信号通过光耦隔离系统传到中央处理器进行分析处理，已便实施照明节能。

接口J6的1、2脚为+5V电源，J6的3脚与声音信号模块的信号端连接，声音信号模块可以是多个模块，多个声音信号模块的信号端并联在一起作为信号输出，当地下停车场有人员走动发出细微声音时，声音信号模块将发出电信号提供给中央处理器分析处理；J6的4脚与电压信号采集模块的信号输出端连接，电压信号采集模块由小型变压器T3构成，作用是将市电电压隔离与降压，其初级绕组与市电连接，次级绕组输出为最高5V的交流电压作为信号输出端输出给中央处理器分析处理；J6的5脚与电流信号采集模块的信号输出端连接；电流信号采集模块由交流互感器构成，交流互感器的作用是将市电的电流信号隔离采集并转换为电压信号，交流互感器的两端并联一个电阻R37，使交流互感器输出的交流电压信号在5V以下；电流信号采集模块的输出信号通过J6的5脚与中央处理器相连，中央处理器通过获得的电信号分析比较，再发出相关指令。

参看图5，为按键电路图，共有16个按键，按键接口与处理器U17相连，用户可通过按键设置相关数据并在本装置的液晶显示屏上显示出来。

图2、图3、图4、图5中接口编号相同的均构成电器连接。

Claims

1.多功能智能节电装置，通过电压信号检测单元和电流信号检测单元对交流电压和电流进行采样，并将交流信号转换为A/D使用的线性直流电压信号，由中央处理器将采样信号转换为数字信号并进行相关计算，并与用户设置的参数进行对比分析，判断出市电电压为过压或欠压或正常电压、电流过流或正常电流；电流过流时可以及时关断设备运行，对设备起到保护作用；通过对电压的准确判断，可以稳定的输出正常标准电压，和节能需要的标准欠压电压；用户通过按键对定时单元的时间设定，可以使在夜深人静的睡觉时间段，输出欠压电压和有选择性的关断部分电灯，以达到节约用电的目的；人体红外信号单元的探头分别放置在地下停车场的入口和出口处，可以探测到人体发出的红外线，并对中央处理器发出信号，中央处理器经过分析后，判断出是出口还是入口，如果是出口产生信号，并且是在夜深人静的睡觉时间段和地下停车场内再无其他人活动的声响，几分钟后输出欠压电压和关断部分电灯，达到节约用电的目的；如果是入口处产生的信号，会立即转换为正常电压和打开所有电灯，以提供正常的照明；如果地下停车场出口处走出人之后里面还有其他人，这时可以通过地下停车场周围放置的声音探头检测是否有人活动的微弱声音，如果有人活动的迹象，继续正常照明；直至地下停车场无任何人员后，再输出欠压电压和关闭部分照明电灯达到节能目的；用户可以通过按键，对过压、欠压和正常电压标准进行设定，同时通过液晶显示屏显示出来，也可以通过GPRS无线网络进行远程设置和控制。其特征是包括以下硬件电路：

系统电源[1]：为节能装置提供直流工作电源；

定时单元[6]：对时间进行定时；与中央处理器[2]相连接；

多级变压器[12]：变压器初级绕组有多组抽头并与无触点开关控制模块[10]中的可控硅相连接；通过接通不同的可控硅，对多级变压器[12]进行调压；变压器的次级绕组与负载连接；

处理器[13]：单片机，内含程序存储器、控制程序及相关输入输出控制端口；处理器[13]处理液晶显示屏的图形界面和按键信号；与按键[14]和液晶显示模块[17]相连接；与中央处理器[2]连接进行数据通讯；

按键[14]：用户的相关参数的输入；与处理器[13]相连接；

串行通讯接口[18]：内有光耦隔离集成块；将中央处理器[2]的相关信息通过GPRS无线模块[17]与外界互联；

2.根据权利要求1所述的多功能节能装置，其特征是人体红外信号单元[7]的人体红外探头可以是2个或多个布置于地下停车场的入口和出口处，或者易感应到人体进出地下停车场的地方。

3.根据权利要求1所述的多功能节能装置，其特征是声音信号采集单元[5]的拾音模块可以是多个布置于地下停车场的周围，以及易感应到人体进出地下停车场的地方。