CN105519164A - 能源管理系统 - Google Patents

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CN105519164A CN201480028014.2A CN201480028014A CN105519164A CN 105519164 A CN105519164 A CN 105519164A CN 201480028014 A CN201480028014 A CN 201480028014A CN 105519164 A CN105519164 A CN 105519164A
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Abstract

本发明提供一种能源管理系统，可以配置成通过检测备用状态中的主电器，自动对仆电器通电或关闭对仆电器的能源供应，即使这些电器位于一个房屋内相隔很远的地方，或者是在不同房屋内。本系统还能够检测电器是插入还是拔出，以方便简单高效地管理电器功耗，从而达到节能目的。此外，本发明还提供一种可拆卸、电池供电式无线子系统，支持双重工作模式，以提高本系统的无线覆盖率。

Description

能源管理系统
发明领域
本发明涉及一种用于自动化监测和控制电气设备以减少家庭、办公室和机构能源消耗并增大能源效率的系统。
发明背景
能源管理系统可以是智能电表、功率测量交流插座、遥控交流插座、智能电源板，或者是通过网络控制和监测的大型园社能源管理系统。
智能电表是一种家用电表，并且有一个通信子系统，对公用工程设施提供即时或每月计费和供应计划用途。它在公用工程与其用户之间创建一个动态双向对话。此对话旨在推动能源效率和需求响应。市场上一个可用例子是TENDRIL。电功率消耗是每户的累积总值。
功率测量交流插座通常是一种附加设备，可以插在一个普通交流插座与一个测量中的电器之间。该设备测量从普通交流插座到电器的电功率。测量结果通常显示在与设备相关联的显示器上。使用这些结果，用户可以了解某一特定电器在任何操作模式下消耗多少电。用户可以决定进一步使用计划，以促进节能。一个市场上的例子是Kill-A-Watt。
遥控交流插座通常是一种附加设备，可以插在一个普通交流插座与一个电器之间。该设备通常有一个开关，可以接通或关闭电器的主电源。该设备可以通过各种技术进行遥控，例如红外线、射频波、电源线信号等等。一些技术，比如调制解调器、路由器和互联网，允许将遥控范围扩展到远离安装此设备和电器的房屋的地方。因此，使用此设备，可以远程管理电器使用，以提高能源利用率。一个市场上的例子是WayneDalton。
智能电源板是交流插座的扩展，通常被划分为两种，即主插座和仆插座。可以监测主插座的电功率消耗。当插入主插座的电器消耗功率小于阈值(备用电源)时，那些仆插座将会自动关闭，以切断进一步功耗。反之，当主插座汲取功率高于阈值时(重新激活到正常)，那些仆插座将会自动接通。例如，一台计算机被插入主插座中，而其关联显示器、打印机、路由器、扬声器则插入仆插座中。一个市场上的例子是IntelliPanel和BuLogics。
智能家庭系统通常是一个家庭网络，包括电灯开关、交流插座、门锁、室温调节恒温器、遥控器等的设备。一个市场上的例子是HAI,EnergyHub和Energate。这些设备相互通信，形成一个网络，联网介质可以是射频、红外线或电源线。这些系统主要处理家庭控制的自动化。尽管一些设备包含功率测量功能，但是通常没有主动节能计划来让用户节能。
大型园社能源管理系统利用网络基础设施，连接整个园社内安装的各种子系统，例如功率测量交流插座和遥控交流插座，这些子系统通常被分成小面积集群，以方便管理和操作。一个控制中心可以审查能源使用，并单独或聚类控制电器，以更好地应用能源消耗。此系统的例子有Cisco’sEnergyWise和Agilewaves。
然而，所述每个能源管理设备都有其弱点。例如，智能电表仅报告每户的总用电量。无法知道哪个电器耗电更多。这使得能源管理困难且低效。功率测量交流插座告诉一个电器消耗多少电量，但是它不会主动帮助用户进行节能。类似地，遥控交流插座需要用户干预以关闭，从而节能。相反，智能电源板会主动帮助用户节能，因为它测量主电器，并自动关闭仆设备。唯一的弱点是，主电器及其仆设备必须插在同一个智能电源板上。大型园社能源管理系统是最完整、最自动化的解决方案，但是对于家庭用户来说，其实施复杂性、设备成本、维修工程都将压倒节能好处。
因此，需要一种便于操作的能源管理系统，提供灵活的功能，保持监测系统中所有能源的消耗，并在大距离范围内控制电器。
发明摘要
本发明提供一个系统，测量插入系统中的每个电器的功耗，并能够远程开关插入系统中的任何电器。在一个实施例中，软件应用可以的配置，根据一个或多个主电器的功耗，主动且自动管理一个或多个仆电器开关。这些主电器或仆电器没有必要插在同一个第一电源插座设备上。例如，可以设置一个配置，当所有计算机(书房和卧室内)只消耗备用电源时，自动关闭一个网络路由器(起居室内)和一个激光打印机(书房内)。此外，主电器和仆电器可以是相同电器，例如一个手机充电器。当充电完成并出现备用电源时，充电器可以自动关闭，以切断其自身备用电源。在另一个实施例中，当在多间房屋内实施多个系统时，主电器和仆电器甚至可以位于全世界任何物理位置上。例如，当关联计算机(区域销售办公室里)都处于待机或关闭状态时，一个视频存储网络共享硬盘驱动器(在一个公司总部里)可以自动开关。一个场景控制可以全部接通、关闭或者调暗一组多个电器。该系统支持一个基于位置的家庭自动化服务，当用户便携式设备正离开或返回系统安装房屋附近时，如家附近，可以自动接通/关闭多个电器。此接近度信息来自于便携式设备的GPS位置数据。
本发明还提供电器插拔检测，并通知用户。为了检测并控制系统中所有电器，正确识别每个电器是很重要的。所述检测和通知是为了识别加入系统的所有新电器，当一个电器从一个交流插座移到了系统中另一个交流插座，则需更新配置。在一个实施例中，插拔机制可以通过一个桥接电器电源插头的带电或中性叉的检测销进行电子检测。使用系统中插入交流插座的每个电器的指派名称，用户可以轻松找到此电器与哪一个交流插座相连。当要迁移一个电器时，所述检测和通知可以帮助正确、高效地识别插座。
可以使用多个时间表定义系统中的每个电器，从而让系统根据时间设置自动接通或关闭此电器。
功能旨在提供维持有效和高效节能所必需的最小用户努力和最少用户干预。
通常通过电涌放电器来保护灵敏且贵重的电器。在一个实施例中，本发明不仅为电器提供一个传统电涌放电器，还提供一个放电器故障检测方案。一旦检测到故障，一个推送通知将立即告知用户，例如通过一个随系统注册了多名用户的智能手机应用程式(APP)。这些用户可以立即采取行动，解决断电故障，以保证服务。
在一个实施例中，本发明的能源管理系统是家庭或办公室网络，包含一个含可拆卸式数据收发器的第二种电源插座设备，以及多个第一种电源插座设备。每个第一种电源插座设备都能够在多个家庭或办公室电器上进行遥控和能源测量，例如电视机、计算机、游戏机、烤箱、洗衣机、电灯等。每个第一种电源插座设备可以与第二种电源插座设备中的可拆卸式数据收发器进行无线通信，并且可与计算装置(例如电脑)及便携式装置，(例如智能手机或平板电脑)进行无线通信。计算机或便携式设备上运行的软件或应用程式(APP)，可以提供一个用户界面，管理能源测量数据并控制已连接的电器。通过调制解调器、路由器和互联网服务提供者，使用户不在电器所在位置时，可以远程实现测量和控制。
在一个实施例中，第一种电源插座设备起普通电源板的作用(参见图2a、2b及2c)。所述设备也有智能电源板的功能。第一种电源插座设备并不将其交流插座分类为主插座或仆插座。鉴于第一种电源插座设备上的每个交流插座都能够测量电源和遥控，因此可以通过诸如计算机之类的计算装置上的软件应用程序，或者智能手机或平板电脑上的应用程式(APP)，向交流插座中插入一个主电器或一个仆电器，具体取决于系统配置。因此，本发明扩展智能电源板的功能，不再局限于一个第一种电源插座设备，而可以横跨多个第一种电源插座设备。也就是说，主电器可以在一个第一种电源插座设备上，但是关联仆电器可以无线连接任何其它第一种电源插座设备上。
在一个实施例中，第一种电源插座设备和第二种电源插座设备结合成单个设备(参见图3a、3b及3c)，伴随一个可拆卸式数据收发器(参见图4a及5b)，有一个针对可拆卸式数据收发器的对接空间，还有一个针对可拆卸式数据收发器的电池充电电路。在一个实施例中，可拆卸式数据收发器包含一个工业标准Wi-Fi模块，可以转换收发自第二种电源插座或第一种电源插座的能源测量数据和遥控指示，并被支持Wi-Fi功能的计算机、智能手机和平板电脑接受，从而使电脑软件和应用程式(APP)可用于控制电器，并通过一个用户友好型交互界面来分析数据，而不是通过一个未来无法升级新功能的传统按钮驱动型遥控器。目前，一些家庭或办公室自动化系统也有类似的Wi-Fi转换，允许使用Wi-Fi启用计算机、智能手机或平板电脑来实现控制。然而，需要加入现有的Wi-Fi网络。相比之下，本发明可以确保在没有可用Wi-Fi网络时创建一个新的Wi-Fi网络。此外，本发明系统将提供一个Wi-Fi网络，覆盖诸如计算机、智能手机或平板电脑之类的计算装置所处位置上的一些盲点。在一个实施例中，可拆卸式数据收发器是由可充电电池供电的，因此它是便携的，可减少有Wi-Fi盲点的可能性。
在一个实施例中，能源管理系统进一步包含一个互联网服务器，提供往返自可拆卸式数据收发器的保密通信，以及互联网中的任何计算装置。在一个实施例中，服务器持有若干针对能源管理系统的数据库系统。在一个实施例中，所述数据库包含一个当前状态数据库，用于存储系统中所有注册电器的最新状态总结。在另一个实施例中，所述数据库包含一个电源测量数据库，用于存储所有电器的功耗历史。在又一个实施例中，所述服务器允许主电器和仆电器实际上位于分开一段距离的不同房屋中，例如全世界不同国家中。在一个实施例中，所述服务器有一个位置数据库，用户存储用户账户中注册移动设备的位置信息。在一个实施例中，这允许一种地理围栏(geo-fencing)功能，在此功能下，到达某个位置范围的移动设备将促使一组电器自动接通或关闭。在一个实施例中，所述服务器还通过充当中间人，这样任何计算装置都可以与互联网服务器对话，就像是直接与可拆卸式数据收发器对话，从而简化能源管理系统的整体联网设置；对于诸如路由器之类的元件，不要求任何高级设置，因而允许一般用户以最小努力享有来自能源管理系统的好处。
在另一个实施例中，为了进一步提高用户友好性，第一种电源插座设备中的每个交流插座都将有一个插拔检测功能。每当插入或拔出了一个电器时，将通过计算机软件或应用程式(APP)告知用户。因此，如果插头插入不稳定，或者插头拔出不正确，则用户将立即得到通知。这可以保护主要电器正常工作。
附图简要说明
附图被加入本说明书中，构成本说明书的一部分，阐释本发明的一个或多个实施例，并与详细说明书一起解释本发明的原理和实施。
图1a显示本能源管理系统一个实施例的连通性概览。
图1b显示多个房屋内安装的多个本能源管理系统一个实施例的连通性概览。
图2a显示能源测量设备即第一种电源插座设备的一个实施例，图2b和2c是另一个实施例。
图3a显示一个实施例，其中第一种电源插座设备和第二种电源插座设备结合成单个设备，图3b和3c是另一个实施例。
图4a显示可拆卸式数据收发器的一个实施例，图4b是另一个实施例。
图5a显示插座检测机制的一个实施例。
图5b显示一个插座检测机制实施例的示意图。
图6a显示一个可拆卸式数据收发器实施例的示意图。
图6b显示可拆卸式数据收发器软件状态图的一个实施例。
图7a显示一个第一种电源插座设备实施例的示意图。
图7b显示一个第一种电源插座设备软件状态图的实施例。
图8显示一个互联网服务器工作状态图的实施例。
图9显示一个本系统的实验设置。
图10a显示热冷蒸馏水饮水机的能源测量结果。
图10b显示三台台式电脑和一台笔记本电脑的能源测量结果。
图10c显示储藏室中一个饮水机和办公室中一台笔记本电脑的能源测量结果。它们都连接到系统，处于控制和监测下，但是彼此相隔很远，不共用同一个第二种电源插座/第一种电源插座设备。
图11a显示一个智能手机应用程式(APP)设计实施例的故事板。
图11b显示一个智能手机应用程式(APP)设计实施例的简化软件状态图。
发明的详细说明
本发明“能源管理系统”是一种用于家庭、办公室或机构的网络系统，包含一个可拆卸式数据收发器，以及多个电源测量设备。
本发明提供一种用户友好型能源管理系统，可提供灵活功能，保持跟踪系统中所有能源消耗，并控制远距离范围上的电器。在一个实施例中，所述能源管理系统包含：(a)第一种电源插座设备，由(1)一个插头、(2)一个或多个电源测量模块、(3)一个或多个交流插座(每个都结合一个交流开关)、(4)一个或多个通信模块、(5)一个定时模块、(6)一个微控制器(其中该微控制器控制交流开关)和(7)一个存储模块，其中所述存储模块存储用于控制交流插座的控制指示构成；(b)第二种电源插座设备，包含一个插头、一个对接空间和一个或多个可拆卸式数据收发器，所述可拆卸式数据收发器包含一个微控制器、一个或多个通信模块、充电电路和电池；(c)一个或多个计算装置，其中所述计算装置包含一个全球定位系统和一个软件，所述软件可分析能源消耗测量并提供控制交流插座能源消耗的控制指示；以及(d)一个互联网服务器，其中所述互联网服务器包含(1)一个定时模块、(2)一个软件用于分析能源消耗测量并提供控制交流插座能源消耗的控制指示，以及(3)一个用于防止未经认证接入本系统的软件，所述互联网服务器可以与上述计算装置和第二种电源插座内的通信模块进行通信，其中，第一种电源插座设备测量来自交流插座的能源消耗，并使用第二种电源插座设备的通信模块传送至互联网服务器或计算装置，其中所述来自计算装置的控制指示(1)通过第二种电源插座设备的通信模块传送至第一种电源插座设备的微控制器，或者(2)传送至互联网服务器。
在一个实施例中，第一种电源插座设备和第二种电源插座设备结合成单个设备。
在一个实施例中，交流插座朝向地面。
在一个实施例中，所述交流插座还包含一个结合电涌放电器故障检测方桉的电涌放电器，从而当电涌放电器失败或跳闸时，可以通知远程用户。
在一个实施例中，可拆卸式数据收发器从第二种电源插座设备上分离出来后，可以使用电池运行。
在一个实施例中，第二种电源插座设备的通信模块能够以基础设施或点对点模式在Wi-Fi下运行，与所述计算装置进行无线通信，其中在所述基础设施模式下，所述计算装置可以通过所述互联网服务器与来自全世界有互联网连接的任何地方的第二种电源插座设备通信模块进行通信。
在一个实施例中，所述第二种电源插座设备使用Z-Wave或ZigBee无线通信，与第一种电源插座设备进行无线通信。
在一个实施例中，所述计算装置选自智能手机、平板电脑、台式电脑或笔记本电脑。
在一个实施例中，所述来自每个交流插座的能源消耗测量被存储在一个或多个计算装置、第一种电源插座设备的存储器模块或互联网服务器中。
在一个实施例中，所述每个交流插座还包含一个电插头检测机制，所述机制包括一个检测销，可用于电气接触去桥接上述交流插座中的带电或中性叉，从而所述微控制器可以检测是否有电器已插入所述交流插座中，并通知用户。
在一个实施例中，所述第一种电源插座设备还包含一个指示灯，对来自计算装置的控制指示作出反应。
在一个实施例中，所述存储器模块是永久性存储器或非永久性存储器。
在一个实施例中，所述能源管理系统是本说明书中公布的元件或设备的任意组合，在操作上连接在一起，共同用于能源管理目的。
本发明也提供一种能源管理设备。在一个实施例中，所述能源管理设备的元件从以下中选择：(1)一个插头，(2)一个或多个功率测量模块，(3)一个或多个交流插座，每个交流插座都结合一个交流开关，(4)一个或多个通信模块，(5)一个定时模块，(6)一个微控制器，其中本微控制器控制交流开关，(7)一个存储器模块，其中所述存储器模块存储用于控制交流插座的控制指示，(8)一个对接空间，以及(9)一个或多个可拆卸式数据收发器，其中所述可拆卸式数据收发器包含一个微控制器、一个或多个通信模块、充电电路和电池。
在一个实施例中，所述能源管理设备是本说明书中公布的元件或设备的任意组合，并且在操作上连接在一起，共同用于能源管理目的。
本发明还提供使用本发明的能源管理系统进行能源管理的方法。在一个实施例中，所述能源管理方法，包括以下步骤：(i)将来自一个或多个本发明的能源管理系统的第一种电源插座设备和第二种电源插座设备，放置在预期位置上；(ii)将多个电器插入能源管理系统的交流插座中；(iii)无线连接第一种电源插座设备、第二种电源插座设备、互联网服务器和计算装置；以及(iv)配置控制指示，以管理插入交流插座中的电器的能源消耗。
在一个实施例中，第一种电源插座设备和第二种电源插座设备位于或不位于相同位置上。
在一个实施例中，所述控制指示包含指派每个电器作为主电器或仆电器，其中根据主电器能源消耗控制仆电器。在另一个实施例中，所述主电器和仆电器是或不是插入同一个第一种电源插座设备的交流插座中。在又一个实施例中，主电器和仆电器是或不是插入同一个能源管理系统的交流插座中。又在另一个实施例中，仆电器是：当一个主电器能源消耗低于其工作需要时，关闭对仆电器的能源供应；或者当一个主电器能源消耗处于其工作需要时，自动对仆电器通电。
在一个实施例中，所述控制指示根据以下信息，控制已有电器插入的交流插座：(i)当计算装置与交流插座成一个规定距离时，接通或关闭对交流插座的能源供应；(ii)拫据在所述计算装置、第一种电源插座设备或互联网服务器上的时间，接通或关闭对交流插座的能源供应；或(iii)拫据插入电器的能源消耗水平，接通或关闭对交流插座的能源供应。
在一个实施例中，所述控制已有电器插入的交流插座步骤(iii)还包含从第二种电源插座设备上拆下可拆卸式数据收发器，并将其放置在桥接无线连接的位置上。
在一个实施例中，本发明使用能源管理系统进行能源管理的方法包括以下任何一个步骤的组合或次序：(i)放置来自一个或多个权利要求书1中能源管理系统的第一种电源插座设备和第二种电源插座设备在预期位置上；(ii)插入多个电器至能源管理系统的交流插座中；(iii)无线连接第一种电源插座设备、第二种电源插座设备、互联网服务器和计算装置；以及(iv)配置控制指示，以管理插入交流插座中的电器的能源消耗，只要本方法允许本发明的能源管理系统实现能源管理的目的。
在一个实施例中，图2a所示的第一种电源插座设备，有一个与普通电源板相似的结构。图2b和2c显示另一个实施例。如图所示有一个交流插头来获得电功率，并可以设计成有多个交流插座，为插在上面的任何电器输送电流。每一个交流插座都关联一个测量电功率的电子电路，以及一个控制电源开关的电开关。功率测量数据将存储在存储器中一段时间，直到存储器满了。此外，功率测量设备中有一个无线通信模块，用于控制并与一个可拆卸式数据收发器进行数据信号交换。在一个实施例中，使用Z-Wave无线通信模块。也使用其他本领域通常已知的无线通讯协议，例如ZigBee。当无线连接至第二种电源插座设备的可拆卸式数据收发器时，数据可以传输至计算装置进行分析，例如计算机、便携式设备或互联网服务器。在一个实施例中，所述第一种电源插座设备包含一个定时模块，允许根据多个时间表接通或关闭每个交流插座上的电器。在另一个实施例中，当用户想为插入功率测量设备交流插座中的一个电器定义时间表时，用户可以通过计算装置提供控制指示，计算装置将发送控制指示至互联网服务器；一旦服务器将控制指示存入数据库中，服务器也将发送控制指示至可拆卸式数据收发器。最后，可拆卸式数据收发器将控制指示转送至第一种电源插座设备的微控制器。通过将控制指示中的预定时间与实时时钟进行比较，可以根据控制指示执行预定开关。在一个实施例中，第一种电源插座设备包含一个永久性存储器，例如EEPROM，存储控制指示。在另一个实施例中，當运行中断(例如停电)后不久，永久性存储器使得能源管理系统回复正常运行状态，仍然可以遵守规定的控制指示。在另一个实施例中，第一种电源插座设备中的定时模块，可以允许能源管理系统其它元件的无线通信因某种原因被中断时，仍会可靠遵守时间相关性控制指示。在一个实施例中，图8中显示互联网服务器的工作状态图。然而，应该注意的是，在没有第二种电源插座设备的情况下，第一种电源插座设备仍可以单独运行、测量和存储数据。在一个实施例中，图1a阐释家庭环境内第二种电源插座设备、第一种电源插座设备的安装连通性图，其中第二种电源插座设备的可拆卸式数据收发器是一个Wi-Fi无线网路接收器。可以控制和分析那些连接至第一种电源插座设备的电器。在本实施例中，用户家庭的Wi-Fi路由器和互联网路由器设施可以连接本发明的系统至互联网服务器。在一个实施例中，图7a和图7b分别阐释第一种电源插座设备的电路结构图和软件状态图。
在一个实施例中，第一种电源插座设备和第二种电源插座设备如图3a所示结合在单个设备中。图3b和3c显示另一个实施例。在此实施例中，此单个设备可以独立运行，不需要任何另外的第一种电源插座设备或第二种电源插座设备。
在一个实施例中，可拆卸式数据收发器，如图4a中所示，包括一个Z-Wave无线通信模块，以及一个工业标准Wi-Fi模块，转换收发自第二种电源插座或第一种电源插座设备发送的功率测量数据和遥控指示，并将被支持Wi-Fi功能的计算机、智能手机和平板电脑接受。图4b显示另一个实施例。有一个由内置的可充电电池供电的可拆卸式数据收发器。此外，有一个标准USB接口，允许通过USB总线与计算机进行直接通信。电池充电也是通过来自此USB连接的USB总线电源。图6a和图6b分别阐释可拆式卸数据收发器的电路结构图和软件状态图。
在一个实施例中，可拆卸式数据收发器支持通过Wi-Fi标准提供的两种工作模式，即点对点和基础设施模式。点对点模式是一种对等模式。点对点模式可以在可拆卸式数据收发器与计算装置(如计算机、智能手机或平板电脑)之间唯一、直接运行。与之相反，基础设施模式则涉及一个第三方无线路由器，作为一个中央枢纽，在可拆卸式数据收发器、计算装置以及允许从远离家的地方远程接入的互联网中路由数据通信。任何无线系统，包括Wi-Fi，都因远距离、墙壁衰减或干扰而引致覆盖范围问题或盲点。为了解决这个缺点，可以从第二种电源插座设备上拆下可拆卸式数据收发器(含一个Wi-Fi模块)。然后，电池供电的可拆卸式数据收发器可以靠近盲点，并切换成点对点(对等)模式，从而与计算机、智能手机或平板电脑直接通信，以解决覆盖范围问题。此外，如果家庭或办公室不存在Wi-Fi网络，则本系统能够使用点对点模式，创建一个新的Wi-Fi网络。另外，在使用基础设施模式之前，可以使用点对点模式来发送Wi-Fi认证信息，例如SSID和密码，传递给可拆卸式数据收发器。
在Wi-Fi认证之后，可拆卸式数据收发器上的Wi-Fi模块可以连接计算机、智能手机或平板电脑上的一个软件应用程序。当第二种电源插座或第一种电源插座设备被插入交流电源时，可以用无线通知可拆卸式数据收发器，然后可拆卸式数据收发器将通过Wi-Fi更新软件应用程序。软件应用程序将提示此第二种电源插座或第一种电源插座设备的位置(例如处方或卧室)。
在一个实施例中，有一个插拔检测机制，具体是通过电气、机械或光学方式，在第一种电源插座设备的每个交流插座实施，以检查此插座有一个交流插头。当一个电器插入了第一种电源插座设备时，一个类似的无线过程将通知软件应用程序，提示使用者建立此新加入电器的名字(例如电视机或计算机)。在一个实施例中，可以导电检测插拔机制(参见图5a和5b)。当一个电器电源插头的带电或中性叉被插入交流插座时，此叉将与检测销有一个电接触，然后将带电或中性叉桥接至检测销。微控制器将感知来自检测销的已整流及降电压之信号和/或50/60Hz交流频率，以判断插头是否插上。
在一个实施例中，使用一种互联网的专用计算机用作能源管理系统的互联网服务器。在一个实施例中，所述服务器提供收发自可拆卸式数据收发器以及计算装置的加密通信，例如一个工业标准HTTPS协议。在另一个实施例中，所述服务器包含用于用户认证登录过程的软件，从而维持一个较高的安全标准，防止入侵者发出非法命令或者修改正发送至用户家里的任何命令或数据的完整性。在一个实施例中，对于数据存储，本服务器容纳一个或多个针对能源管理系统的数据库系统。在另一个实施例中，所述数据库包含一个或多个当前状态数据库、功率测量数据库和移动设备位置数据库。在一个实施例中，在用户登录状态下，当前状态数据库存储系统中所有注册电器的最新状态总结。在另一个实施例中，所述电器状态包括名称、照片、位置、开关状态、近期功耗、时间表设置、分组设置等中的一个或多个信息。这一功能之重要性是当用户启动一个移动装置的应用程式(APP)时，服务器可以容易提供关于系统中所有电器近实时状态的快速、准确总结，而不是一个个请求系统中每个电器的耗时过程。类似地，每当系统中每个电器改变任意状态和/或设置时，更新的数据将立即发送给服务器，然后服务器将相应更新其数据库。在一个实施例中，所述功率测量数据库以一个常规时间间隔，存储每个电器过去的功率测量数据。在另一个实施例中，所述功率测量数据库向用户提供电器过去的功耗历史。在一个实施例中，服务器也可以消化、总结并比较功耗历史，生成自定义报告，帮助用户制定节能计划，并审查节能结果。在一个实施例中，可拆卸式数据收发器将收集来自每个电器的功率测量数据，然后发送给服务器存储起来。在一个实施例中，为了实现主-仆电器分组控制，服务器将比较所有主电器的最新功耗数据，然后确定它们是否低于相应的备用电源，如果低于，则服务器将发送控制指示，关闭相应的仆电器，以有效节省来自仆电器的功率。在一个实施例中，允许主电器和仆电器有效位于分开一段距离的不同房屋内，例如在全世界不同国家里。在一个实施例中，还有一个数据库，存储用户账号下注册计算装置的位置信息。在另一个实施例中，计算装置中的一个软件，例如安装在移动设备中的一个移动装置的应用程式(APP)，将监测由计算装置以固定时间间隔给出的位置信息(通常来自全球定位系统GPS，或者来自蜂窝网络信息，或者来自隣近Wi-Fi广播信息)，并将此位置信息发送给服务器，然后服务器将此信息存储在数据库中，并将其与此电器坐落的预定位置进行比较。在一个实施例中，当这两个位置位于一个预定距离内时，服务器将发送控制指示至可拆卸式数据收发器，从而那些电器可以相应切换成开/关状态。在另一个实施例中，当这两个位置相距很远时，将根据控制指示，将那些电器切换成另一个预定状态。在一个实施例中，这叫做“地理围栏”。在一个实施例中，当服务器收到来自可拆卸式数据收发器、关于能源管理系统状态的某些通知更新时，例如交流插座插入/拔出、或者电涌故障，服务器将向一个第三方推送通知服务器发起一个推送通知请求，从而在用户账户中注册的一个或多个计算装置(例如移动设备)中立即弹出一个通知。在一个实施例中，此服务器简化能源管理系统的整体联网设置。在传统家庭控制或监测场景中，对于一个来自互联网(家外部)的计算装置穿过一个家庭互联网路由器、到达家庭内联网中另一个计算装置(家内部)，存在某种要配置在家庭路由器中的先进联网技术，例如端口转发和网络地址变换。在本发明中，互联网服务器充当中间人，从而系统中所有设备都与互联网服务器对话，包括家庭外部设备(例如计算装置)和家庭内部设备(例如可拆卸式数据收发器)。在这种方式下，因为设备彼此并不直接对话，所以诸如路由器之类的元件不要求高级设置，因而允许一般用户以最小的努力享受来自能源管理系统的好处。
在许多环境中，电源板放在地板上，家具后面或底下。在低照明环境下，所有电源插头看上去很像。最糟糕的是，通常那些长电源线缠绕在一起。当用户拔出一个电器想换个地方时，找出相应电器的电源插头是非常困难的，通常会造成错误。可能会意外拔出一台台式电脑，丢失所有未保存的工作数据，甚至更糟糕的是，操作系统可能崩溃。因此，本发明的系统设计有一个查找插座功能。因为当插入后每个电器都提示有一个名字，所以其名字与相应交流插座一起映射在系统中。在一个实施例中，通过便携式设备上运行的应用程序，当用户调用针对此电器的查找插座功能时，本系统闪烁交流插座的电源指示灯，从而用户可以正确识别哪一个是此电器的交流插座，并无需任何猜测，安全拔出此插座。
灵敏且贵重的电器通常是由电涌放电器保护的。当有闪电时，放电器吸收过高的电压能量，以防止电器损坏。然而，当放电器所吸收能量大约其可承受能量时，放电器将会失效，然后通常保险丝将会跳闸，中断电器的电源，但是用户可能观察不到断电。在一个实施例中，本发明系统不仅提供一个传统电涌放电器，还提供一个包含故障检测方案的放电器。一旦检测到一个故障，第一种电源插座设备将立即通知无线连接(例如Wi-Fi)可拆卸式数据收发器的第二种电源插座设备，然后是互联网服务器。本服务器将发送一条消息至一个第三方推送通知服务器(例如，一个智能手机系统提供商)，然后一个推送通知将立即一个有多名注册用户的智能手机应用程式(APP)。那些用户可以采取立即行动，解决断电故障，以保证服务。
在一个实施例中，软件应用程序提供一个用户界面，显示系统中每个电器的功率测量和开/关状态。通过此软件应用程序，可以远程接通或关闭每个电器。对于每个电器，此软件应用程序还支持多个用户定义时间表。一旦启用了时间表，本系统将跟踪时间表，并将根据时间设置自动开关电器。也可以通过此软件应用程序，检索显示瞬时功率和过去的功耗历史。还可以进行分析，提供每分钟、每小时、每天、每周、每月或每年的功率使用图示，以审查某个电器的使用模式(参见图10a和图10b)。在另一个实施例中，可以得出根据位置的功率使用，例如起居室、处方或卧室。还可以整理根据类别的功率使用，例如计算机及外周设备、电视机及Hi-Fi。使用收集自大部分电器的用电信息，可以生成一份总结报告以供审查，包括使用模式、时间分布、根据区域(例如房间)以及类别。可以针对单个区域、类别或电器，最优化相应的目标节能计划。因而可以相应降低能源消耗。
因为每个电器都有其独特的标识名，所以多个电器可以组合成主电器，将监测主电器的功率。另外多个电器可以组合成仆电器，将根据来自主电器的测量功率，自动接通或关闭仆电器电源。不管是主电器还是仆电器，任何电器都可以单独插入第一种电源插座设备中，无论在家里或办公室里(参见图9)。例如，可以设置一种配置，当一间办公室里所有计算机都只消耗备用电源时，自动关闭热冷蒸馏水饮水机(茶水间中)(参见如图10c)。在另一个实施例中，通过移动设备上的应用程式(APP)，可以设置一种配置，当笔记本电脑只消耗备用电源时，自动关闭网络打印机和计算机扬声器。这是为了提供维持有效高效节能所必需的用户最小努力和最少干预。本系统支持一种特例：主电器和仆电器可以是相同电器，例如一个移动手机充电器。当充电完成并出现备用电源时，本系统确定充电器处于备用状态，并可以自动关闭充电器，以切断备用电源。第二天，当手机需要再次充电时，仅仅接通充电器所处的交流插座，然后当功耗高于备用阈值时，本系统就会允许充电器工作。这种实施是有用的，可以为类似电池充电器之类的电器节省功耗，这种电器工作几小时，然后进入备用状态一到两天。
一个基于位置的家庭自动化服务是指，用户可以定义多个电器，从而当用户的便携式设备离开系统安装房屋(例如家)附近时，这些电器可以自动关闭(例如照明)或接通(例如入室防盗报警器)。便携式设备向网络内系统服务器提供GPS位置数据，然后根据此数据更新接近性信息。当用户的便携式设备返回至所述房屋时，开/关过程将会反转。
所述场景控制服务是指，用户可以组合多个电器，从而当启用或禁用某个场景时，该组电器将会一起接通、关闭或调暗。在一个实施例中，场景可以设置为“睡眠”。当启用时，大多数电灯和电视机将会关闭，而走廊里的某些电灯将会调暗。
当拔出任一个已连接系统之电器时，拔出检测机制将被触发，通知软件应用程序。然后，将提示用户确认是否正確。这是为了避免不适当的插头插入和错误的插头拔出。
在一个实施例中，本发明提供一种能源管理系统，能够确定备用状态下的一个或多个主电器，然后自动关闭位于不同位置的不同第一种电源插座设备上的用户自定义仆电器。反过来，当主电器恢复工作时，那些仆电器将会自动接通。
当在多个房屋内实施多个系统时，假定主电器和仆电器都联网，则主电器和仆电器可以分布于全世界任何物理位置上。例如，当关联计算机(在区域销售办公室里)均处于备用或关机状态时，一个视频存储网络共享硬盘驱动器(在一家公司分部里)可以自动切换。图1b阐释另一个安装在三个不同地点的系统连通性例子。
在一个实施例中，一种诸如移动设备的应用程式(APP)之类的软件可用于实施能源管理系统的某些功能。图11中阐释一个移动设备的应用程式(APP)实施例的简化故事板。
在一个实施例中，提供一种能源管理系统，包含(a)一个或多个功率测量设备，每个设备都包含一个通信模块、一个微控制器和一个或多个交流插座，每个所述插座都连接一个功率测量模块；(b)一个或多个用于无线通信的可拆卸式数据收发器；以及(c)多个插入所述交流插座中的主电器和仆电器，其中通过功率测量设备测量所述电器的能源消耗，并通过可拆卸式数据收发器通信至一个计算机或便携式设备(例如一个智能手机或平板电脑等)，并且根据主电器的功耗，可以通过所述计算机或便携式设备上的软件，远程接通或关闭仆电器。在一个实施例中，此软件提供一个用户界面，管理能量测量数据并控制主电器和仆电器运作。在一个实施例中，主电器和仆电器位于相同位置上。在另一个实施例中，主电器和仆电器不位于相同位置上。
在一个实施例中，第一种电源插座设备的交流插座还包含一个插头检测功能，从而当插入所述插座或从插座上拔出一个电器时，将会通知用户。在另一个实施例中，交流插座还包含一个电涌放电器故障检测方案，从而当放电器保护失效或跳闸时，可以通知远程用户。
在一个实施例中，可拆卸式数据收发器并不连接一个第二种电源插座设备。在另一个实施例中，可拆卸式数据收发器可逆连接一个第二种电源插座设备，此设备包含针对所述可拆卸式数据收发器的一个对接空间和一个电池充电电路。
在一个实施例中，可拆卸式数据收发器使用Wi-Fi，与一个诸如计算机或便携设备的计算装置进行无线通信。例如，可拆卸式数据收发器能够在基础设施和点对点模式下工作。在另一个实施例中，可拆卸式数据收发器使用Z-Wave或ZigBee无线通信，与第一种电源插座设备进行无线通信。
在一个实施例中，本能源管理系统包含一个或多个组合第一种电源插座设备和第二种电源插座设备的装置。在另一个实施例中，本能源管理系统包含一个或多个第二种电源插座设备，以及一个或多个第一种电源插座设备。在另一个实施例中，一个第一种电源插座设备可以与不和第二种电源插座设备中其它元件一起工作的可拆卸式数据收发器进行直接通信，即本系统包含一个或多个第一种电源插座设备，以及一个或多个可拆卸式数据收发器。
在一个实施例中，当主电器位于备用状态时，仆电器自动关闭。在另一个实施例中，当主电器恢复工作时，仆电器自动接通。
尽管使用具体术语和设备，详细说明了本公布的一个首选实施例，但是那些熟悉本领域的人士将容易理解，具体例子仅用于说明目的，不宜限制本发明的范围，后文的权利要求书中定义了本发明范围。
在本申请书中，引用了各种参考文献和出版物。通过引用，将这些参考文献或出版物的公开全文加入本申请书中，以更充分地说明本发明相关的目前工艺发展水平。要注意的是，传统术语“包含”，与“包括”、“含有”或“特征是”是同义词，它是包含性或可扩充的，并不排除另外未列举的元素或方法步骤。

Claims (21)

1.一种能源管理系统，包含：
(a)第一种电源插座设备，包括(1)一个插头，(2)一个或多个功率测量模块，(3)一个或多个交流插座，其中所述每个交流插座都结合一个交流开关，(4)一个或多个通信模块，(5)一个定时模块，(6)一个微控制器，其中所述微控制器控制交流开关，以及(7)一个存储器模块，其中所述存储器模块存储用于控制交流插座的控制指示；
(b)第二种电源插座设备，包含一个插头、一个对接空间以及一个或多个可拆卸式数据收发器，其中所述可拆卸式数据收发器包含一个微控制器、一个或多个通信模块、充电电路和电池；
(c)一个或多个计算装置，其中所述计算装置包含一个全球定位系统和一个软件，所述软件可分析能源消耗测量并提供用于控制交流插座能源消耗的控制指示；以及
(d)一个互联网服务器，其中所述互联网服务器包含(1)一个定时模块、(2)一个软件用于分析能源消耗测量并提供控制交流插座能源消耗的控制指示，以及(3)一个用于防止未经认证接入本系统的软件，所述互联网服务器可以与上述计算装置和第二种电源插座内的通信模块进行通信，
其中，第一种电源插座设备测量来自交流插座的能源消耗，并使用第二种电源插座设备的通信模块传送至互联网服务器或计算装置，其中所述来自计算装置的控制指示(1)通过第二种电源插座设备的通信模块传送至第一种电源插座设备的微控制器，或者(2)传送至互联网服务器。
2.权利要求1所述的能源管理系统，其中所述第一种电源插座设备和第二种电源插座设备结合成单个设备。
3.权利要求1所述的能源管理系统，其中所述交流插座朝向地面。
4.权利要求1所述的能源管理系统，其中所述交流插座还包含一个结合电涌放电器故障检测方桉的电涌放电器，从而当电涌放电器失败或跳闸时，可以通知远程用户。
5.权利要求1所述的能源管理系统，其中所述可拆卸式数据收发器从第二种电源插座设备上分离出来后，可以使用电池运行。
6.权利要求1所述的能源管理系统，其中所述第二种电源插座设备的通信模块能够以基础设施或点对点模式在Wi-Fi下运行，与所述计算装置进行无线通信。
7.权利要求6所述的能源管理系统，其中在所述基础设施模式下，所述计算装置可以通过所述互联网服务器与来自全世界有互联网连接的任何地方的第二种电源插座设备通信模块进行通信。
8.权利要求1所述的能源管理系统，其中所述第二种电源插座设备使用Z-Wave或ZigBee无线通信，与第一种电源插座设备进行无线通信。
9.权利要求1所述的能源管理系统，其中所述计算装置选自智能手机、平板电脑、台式电脑或笔记本电脑。
10.权利要求1所述的能源管理系统，其中所述来自每个交流插座的能源消耗测量被存储在一个或多个计算装置、第一种电源插座设备的存储器模块或互联网服务器中。
11.权利要求1所述的能源管理系统，其中所述每个交流插座还包含一个电插头检测机制，所述机制包括一个检测销，可用于电气接触去桥接上述交流插座中的带电或中性叉，从而所述微控制器可以检测是否有电器已插入所述交流插座中，并通知用户。
12.权利要求1所述的能源管理系统，其中所述第一种电源插座设备还包含一个指示灯，对来自计算装置的控制指示作出反应。
13.权利要求1所述的能源管理系统，其中所述存储器模块是永久性存储器或非永久性存储器。
14.一种能源管理方法，包括以下步骤：
i.将来自一个或多个如权利要求1所述的能源管理系统的第一种电源插座设备和第二种电源插座设备，放置在预期位置上；
ii.将多个电器插入能源管理系统的交流插座中；
iii.无线连接第一种电源插座设备、第二种电源插座设备、互联网服务器和计算装置；
iv.配置控制指示，以管理插入交流插座中的电器的能源消耗。
15.权权利要求14所述的方法，其中所述第一种电源插座设备和第二种电源插座设备位于或不位于相同位置上。
16.权利要求14所述的方法，其中所述控制指示包含指派每个电器作为主电器或仆电器，其中根据主电器能源消耗控制仆电器。
17.权利要求16所述的方法，其中所述主电器和仆电器是或不是插入同一个第一种电源插座设备的交流插座中。
18.权利要求16所述的方法，其中主电器和仆电器是或不是插入相同能源管理系统的交流插座中。
19.权利要求16所述的方法，其中包括：
i.当一个主电器能源消耗低于其工作需要时，关闭对仆电器的能源供应；或者
ii.当一个主电器能源消耗处于其工作需要时，自动对仆电器通电。
20.权利要求14所述的方法，其中所述控制指示根据以下信息，控制已有电器插入的交流插座：
i.当计算装置与交流插座成一个规定距离时，接通或关闭对交流插座的能源供应；或者
ii.拫据在所述计算装置、第一种电源插座设备或互联网服务器上的时间，接通或关闭对交流插座的能源供应；或
iii.拫据插入电器的能源消耗水平，接通或关闭对交流插座的能源供应。
21.权利要求14所述的方法，其中步骤(iii)还包含从第二种电源插座设备上拆下可拆卸式数据收发器，并将其放置在桥接无线连接的位置上。
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