CN105627520A - 具备远程电量检测的空调及其电量无线检测系统 - Google Patents

具备远程电量检测的空调及其电量无线检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及空调运行参数监测技术，目的是为了解决现有的空调无法对电量进行远程检测的问题。本发明提供一种具备远程电量检测的空调，包括空调执行机构，还包括主控制模块、无线通信模块及电量检测模块，所述主控制模块分别与执行机构、无线通信模块及检测模块连接，无线通信模块与电量检测模块连接，所述主控制模块与无线通信模块通过UART接口连接，所述电量检测模块包括电压检测单元、电流检测单元、频率检测单元及功率检测单元；所述无线通信模块为WIFI无线通信模块。本发明适用于空调电量远程监控。

Description

具备远程电量检测的空调及其电量无线检测系统
技术领域
本发明涉及空调运行参数监测技术，特别涉及空调电量远程监测方法。
背景技术
以往的空调器，能够实现空调的实时有效功率检测，电量累积纪录，以及空调器的工作状态、运行参数等，只能通过在空调器上进行查询和显示，同时也不能实现远程检测。因此，空调上实现的电量检测功能，无论对用户还是对厂家，实质上的益处很受限制，产生的价值不大。
随着互联网技术的发展，若空调器完成在运转过程中的实时功率及用电量进行检测，并对检测的参数上传到远程，通过用户或厂家对检测的数据进行分析，实时检测空调器的运行状态是否正常，对用户的用电情况进行跟踪，一旦发现故障或异常，及时进行维修或停机，保证使用的安全性，杜绝空调因带病工作而导致多个故障的并发。远程控制和故障分析在降低维修成本的同时，也提高产品的使用寿命。
通过远程检测空调用电量的方式，对部分特殊用户(如学生宿舍、单身公寓等),针对用电量的多少和用电时段，收取不同的使用费用，杜绝过去无节制地使用空调，提倡节约用电，执行多用多付费的原则，达到对社会和用户都受益的目的。
为了实现空调检测的功率和电量实时上传，为了安装的方便，在空调上采用无线传送是最佳方案，目前家电或家居中，运用无线传输的主要有两种：
1、无线网络中，采用ZigBee协议的无线通信，因其特有的优势，在很多领域，越来越受到青睐。ZigBee无线通信，户外最大覆盖距离为400米，室内最大覆盖距离也在30米左右，传输数据可靠。其缺点同样明显，就是通信的速率低，传输的数据量小，需要大量的节点实现自组网，形成网状的通信方式才能实现远程数据传输及控制，这就造成了前期的投入及后期维护的沉重负担。
2、采用WiFi技术的应用领域广泛。优点是：传输的速率高，可达54Mbps的极高数据率，但覆盖范围有限，最大覆盖只能在100米左右。但是，使用在空调器上进行无线数据的收发，就不需要很大的覆盖面积，而且现在大部分家庭已经在使用WiFi，就不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合空调远程数据采集及控制的需要，并且由于发射信号功率低于100mw，低于手机发射功率，所以相对也是最安全健康的。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种通过WIFI进行空调电量远程检测的方法。
本发明提供的具备远程电量检测的空调，包括空调执行机构，其特征在于，还包括主控制模块、无线通信模块及电量检测模块，所述主控制模块分别与执行机构、无线通信模块及检测模块连接，无线通信模块与电量检测模块连接，所述主控制模块与无线通信模块通过UART接口连接，所述电量检测模块包括电压检测单元、电流检测单元、频率检测单元及功率检测单元；
所述电量检测模块用于完成空调器的电压、电流、有功功率、累计电量的检测，同时将检测数据传送到无线通信模块；
所述无线通信模块，包括接收部分及反射部分，接收部分用于接收电量检测模块发送的空调消耗的实时功率和累积电量的数据，发射部分用于将远程的控制信号通过UART发送给空调的主控制模块，将空调的运转状态和用电量信息通过发射到无线路由器。
进一步地，还包括运行参数检测模块及显示器，所述运行参数检测模块及显示器与主控制模块连接，包括室温传感器、蒸发器温度传感器、冷凝器温度传感器、外环境温度传感器及压缩机排气温度传感器。
进一步地，所述电量检测模块包括独立供电模块，用于为电量检测模块工作提供独立电源。
优选地，所述无线通信模块为2.4GHzWIFI无线通信模块。
在上述空调的基础上，进一步地，本发明还提供一种空调电量无线检测系统，包括若干上述的具备远程电量检测的空调，还包括无线路由器，所述无线路由器与所述具备远程电量检测的空调连接，所述无线路由器用于接收所述发送的电量检测信息并发送给控制端，同时用于接收控制端的控制信息并发送给空调。
具体地，所述具备远程电量检测的空调的数量为15至20台，所述无线路由器的数量为1台。
进一步地，还包括远程控制端，用于接收无线路由器发送的空调电量信息及运行参数信息，通过无线路由器向空调发送控制指令，所述远程控制端通过移动无线网络与无线路由器连接。
本发明的有益效果是：本发明提供的空调电量无线检测系统，通过在空调中内置独立的电量检测模块对空调运行电量进行实时检测并显示，若用户希望通过远程对空调运行时的电量进行检测，只需将空调连入互联网络即可。
附图说明
图1为本发明具备远程电量检测的空调的原理框图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本发明针对现有的空调无法对电量进行远程检测的问题，提供一种具备远程电量检测的空调，如图1所示，包括空调执行机构，还包括主控制模块、无线通信模块及电量检测模块，所述主控制模块分别与执行机构、无线通信模块及检测模块连接，无线通信模块与电量检测模块连接，所述主控制模块与无线通信模块通过UART接口连接，所述电量检测模块包括电压检测单元、电流检测单元、频率检测单元及功率检测单元；所述电量检测模块用于完成空调器的电压、电流、有功功率、累计电量的检测，同时将检测数据传送到无线通信模块；所述无线通信模块，包括接收部分及反射部分，接收部分用于接收电量检测模块发送的空调消耗的实时功率和累积电量的数据，发射部分用于将远程的控制信号通过UART发送给空调的主控制模块，将空调的运转状态和用电量信息通过发射到无线路由器。
实施例
以下对本发明的具备远程电量检测的空调及空调电量无线检测系统的组成及其工作原理作详细说明。
主控板的外围驱动及检测电路部分
该部分主要实现空调的控制和检测、主控电源和无线通信模块电源的提供、与无线通信模块的UART通信，以及电量检测模块的强电输入电源的提供。
主控板上的控制和检测部分主要由一块8位(或16位)的单片机(MCU)完成。包括有处理模块及空调运行参数检测模块，输入信号有：室温传感器、蒸发器温度传感器、冷凝器温度传感器、外环境温度传感器、压缩机排气温度传感器，以上五种信号从主控板的A/D(IN)口输入。空调运转状态及运行参数在显示屏上显示，由主控板发出驱动信号进行显示。主控板的交流电源输入从L、N端输入，输入交流电压值为220V。主控板输出控制信号有：压缩机、风机、四通阀及步进电机。
主控板与无线通信模块之间连接的端口有：UART口、提供给无线通信模块的直流电压+12V和地端。MCU将检测到所有的参数(室温、蒸发器温度等)和空调运转状态(制冷、制热、风速大小等)从主控板的TX1端口，通过UART，发送至无线通信模块中的RX3端口，由无线通信模块调制后，通过2.4GHz天线1，发送到家庭中的无线路由器，由无线路由器通过互联网，传送至远方，实现空调的远程监控。同时，也将无线通信模块接收到远程的控制信号(空调的开关信号、风速的大小等)从无线通信模块的TX3端口，通过UART，传输给主控板的RX1端口发送给MCU，由MCU完成空调的模式设置、温度设定、风速和风向等参数设定，实现空调的远程控制。
主控板与电量检测模块之间连接的端口有：交流信号的火线从主控板上L1输出，输入到电量检测模块的Lin端口。同时，交流信号的零线也从主控板输出，输入到电量检测模块的N端口。交流信号的火线从无线通信模块的Lin端口输入后，经过电量检测模块的电流检测电路后，从无线通信模块的Lout输出，输入到主控板上L2端口。空调器中所有的电源负载都必须来自L2端口。即该部分的电流流向为：交流电压的火线从主控板的L进入，在主控板上，不经过任何负载，从L1端口流出，输入到电量检测模块的端口Lin,Lin经过电流检测电路后，从电量检测模块的Lout端口输出，输入到主控板上的L2端口，所有主控板上的电源均来自L2端口。
无线通信模块
无线接收和发射部分(简称无线通信模块)，采用的具有WiFi无线方式的上网模块(WM-N-BM-30)实现。该模块是带有WiFi功能的射频收发器的无线通信模块。WiFi协议标准不但定义了无线通信中的物理层(PHY)和媒体访问控制层(MAC)，而且对以上内容进行了有效的扩展，覆盖了协议的网络层和安全层。保证了不同供应商之间的互操作性。工作在2.4GHz频段，为全世界开放的免费频段，用户使用的费用低，便于推广和普及。该模块附带2.4G外置天线，采用2.4GHz发射频率的频段为54Mbps。其发送数据速率比大多数其它无线标准都要高，足够满足运用在空调器上对运行状态的监控和控制。2.4GHz无线通信使用直接序列扩频技术(DSSS)和偏移正交相移键控(O-QPSK)。保证了数据收发的准确性和安全性。
无线通信模块与主控板之间连接的端口有：UART端口、无线通信模块的直流电压+12V和地端(GND)。再根据不同模块的要求将+12V转换为需要的电压。整个无线通信模块的电源由主控板提供。无线通信模块通过2.4GHz天线1，接收到无线路由器的远程控制信号(空调的开关机信号、风速的大小、运转模式等)，解码后从无线通信模块的TX3端口，通过UART，发送到主控板的RX1端口，由主控板上的MCU完成空调的相关控制，实现空调的远程控制。同时，MCU将检测到空调器所有的参数(室温、蒸发器温度等)和空调运转状态(制冷、制热、风速大小等)等信息，从主控板的TX1端口，通过UART，发送至无线通信模块中的RX3端口，由无线通信模块调制后，通过2.4GHz天线1，发送到家庭中的无线路由器，由路由器通过互联网，传送至远方，实现空调的远程监控。
无线通信模块与电量检测模块之间连接的端口只有一个。电量检测模块的输出信号(包括电压、电流、频率、功率(有功、无功，视在功率)、功率因数和电量)，经电量检测模块的TX2端口，通过TX，发送至无线通信模块中RX2端口，由无线通信模块调制后，通过2.4GHz天线1，发送到家庭中的无线路由器，由路由器通过互联网，传送至远方，实现远程监控空调的实时功率和用电量等参数。
电量检测模块部分
该模块主要实现空调的用电量检测。本方案中采用RN7102C专用集成电路。其性能与技术指标完全符合《智能电能表技术规范条文》中的单相电能表技术要求，可同时测量一路电压、一路电流、频率、功率(包括有功、无功，视在功率)和功率因数等，其电量采用默认的脉冲常数(3200imp/KWh)计量有功电能，掉电自动保存电量信息。
该模块中需要的直流电源，独立于其他模块(主控板和无线通信模块)。它将强电220VAC电压，通过RC降压后再稳压，作为电量检测模块电路中的直流电源。电源的地端就是零线N，因此，该直流电源为非隔离的电源。为了主控板和无线通信模块的安全性，电量检测模块与无线通信模块之间的通信采用光耦隔离的方式进行串口数据通信，以固定的格式实时向无线通信模块发送空调在使用过程中的电压、电流、频率、功率(包括有功、无功，视在功率)、功率因数和电量等信息，该信息从电量检测模块的TX2端口，通过TX，发送至无线通信模块中RX2端口，由无线通信模块调制后，通过2.4GHz天线1，发送到家庭中的无线路由器，由路由器通过互联网，传送至远方，实现远程监控空调运转过程中的电压、电流、频率、功率(包括有功、无功，视在功率)、功率因数和电量等信息。
无线路由器
无线路由器可以看作一个转发器，将家中墙上接出的宽带网络信号通过天线转发给附近的无线网络设备，也可以将具有WiFi功能的设备发出的信息接收过来，通过网络发送到远方，通过此功能进行远程监控和控制。
本发明中，实现空调远程控制流程为：用户(或厂商)在远程，通过internet网，光纤接入无线路由器，路由器中将空调的远程控制信号(空调的开关机、制冷、制热、风速、风向等)发送给WiFi模块，远程控制信号经过调制后，通过无线路由器的天线2，将控制信号发送至图1中的天线1，实现控制信号的远程发送。
远程实现空调运转参数监控流程为：空调主控芯片检测到的工作环境(室温)、运转状态(制冷、制热、风速、风向、蒸发器温度、冷凝器温度、排气温度等)通过图1中的WiFi模块和天线1，发送至无线路由器的天线2，由WiFi模块解码后，发送给路由器，由路由器将空调器的工作环境和运转状态，通过互联网，发送至远程，实现空调运转参数的远程监控。
远程实现空调用电量监控流程为：由电量检测模块检测到空调的电压、电流、频率、功率(包括有功、无功，视在功率)、功率因数和电量等信息，由电量检测模块发送给图1中的WiFi组件模块和天线1，无线发送至无线路由器的天线2，由路由器的WiFi组件模块接收后，发送给路由器，由路由器将空调器的功率和用电量等参数，通过互联网，发送至远程，实现远程实时监控空调的功率和用电量情况。

Claims (7)

1.具备远程电量检测的空调，包括空调执行机构，其特征在于，还包括主控制模块、无线通信模块及电量检测模块，所述主控制模块分别与执行机构、无线通信模块及检测模块连接，无线通信模块与电量检测模块连接，所述主控制模块与无线通信模块通过UART接口连接，所述电量检测模块包括电压检测单元、电流检测单元、频率检测单元及功率检测单元；
所述电量检测模块用于完成空调器的电压、电流、有功功率、累计电量的检测，同时将检测数据传送到无线通信模块；
所述无线通信模块，包括接收部分及反射部分，接收部分用于接收电量检测模块发送的空调消耗的实时功率和累积电量的数据，发射部分用于将远程的控制信号通过UART发送给空调的主控制模块，将空调的运转状态和用电量信息通过发射到无线路由器。
2.如权利要求1所述的具备远程电量检测的空调，其特征在于，还包括运行参数检测模块及显示器，所述运行参数检测模块及显示器与主控制模块连接，包括室温传感器、蒸发器温度传感器、冷凝器温度传感器、外环境温度传感器及压缩机排气温度传感器。
3.如权利要求1或2所述的具备远程电量检测的空调，其特征在于，所述电量检测模块包括独立供电模块，用于为电量检测模块工作提供独立电源。
4.如权利要求1或2所述的具备远程电量检测的空调，其特征在于，所述无线通信模块为2.4GHzWIFI无线通信模块。
5.空调电量无线检测系统，其特征在于，包括若干如权利要求1至4任意一项所述的具备远程电量检测的空调，还包括无线路由器，所述无线路由器与所述具备远程电量检测的空调连接，所述无线路由器用于接收所述发送的电量检测信息并发送给控制端，同时用于接收控制端的控制信息并发送给空调。
6.如权利要求5所述的空调电量无线检测系统，其特征在于，所述具备远程电量检测的空调的数量为15至20台，所述无线路由器的数量为1台。
7.如权利要求5或6所述的空调电量无线检测系统，其特征在于，还包括远程控制端，用于接收无线路由器发送的空调电量信息及运行参数信息，通过无线路由器向空调发送控制指令，所述远程控制端通过移动无线网络与无线路由器连接。
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