CN107248658A - 一种基于带计量及远程控制的电源线插头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于带计量及远程控制的电源线插头，控制器包括主控单片机、能耗统计模块、远程通讯模块、温湿度传感器、时钟模块、红外遥控模块、继电器电源控制模块以及液晶显示模块，能耗统计模块、程通讯模块、温湿度传感器、时钟模块、红外遥控模块、继电器电源控制模块以及液晶显示模块均与主控单片机连接。本发明能够统计分析空调等家用电器的能耗、状态，并能够支顶节能管理方案，能够实施节能策略；能够与多种传感器和遥控器联动使用。

Description

一种基于带计量及远程控制的电源线插头

技术领域

本发明涉及空调等家用电器控制技术领域，具体的说，是涉及一种基于带计量及远程控制的电源线插头。

背景技术

随着生活水平提高，空调的普及率逐步提高。在很多公共场所，如学校公寓、机关事业单位、酒店等，都安装了电器，极大的提高了舒适度。以空调为例，传统的空调安装方法是直接接入市电电源，或通过空气开关，接通空调电源，但是空调的管理使用需要专人负责。

现有技术的空调控制器存在以下缺陷：没有专门针对空调的能耗统计，不知道空调待机时长、待机功耗、小时平均能耗等，不知道哪些空调本身能耗过高需要更换，也不清楚电费中空调能耗占比；没有专门针对空调的运行监控，不能远程监控空调，无法得知空调开关状态，不能及时发现并处理故障空调；能源紧张时无法错峰用电，节能管理无从下手。

现有市场的空调控制器通常安装是替换原有86型电源插座，而空调插头很容易被人恶意拔掉而失去监控功能；现有空调自身不带漏电保护功能，室外机长期外挂墙面，日晒雨淋容易线路老化而造成外壳漏电等其他安全隐患。

综上所述，现有技术的用电器只处于初级使用阶段，需要有专门的管理手段来知其状况，控其使用，节其能耗。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本发明提供一一种基于带计量及远程控制的电源线插头。

本发明技术方案如下所述：

一种基于带计量及远程控制的电源线插头，其特征在于，电源线插头内设有主控单片机、能耗统计模块、远程通讯模块、温湿度传感器、时钟模块、红外遥控模块、继电器电源控制模块、漏电开关以及液晶显示模块，所述能耗统计模块、所述远程通讯模块、所述温湿度传感器、所述时钟模块、所述红外遥控模块、所述继电器电源控制模块、漏电开关以及所述液晶显示模块均与所述主控单片机连接；

所述远程通信模块通过连接数据采集网关与后台控制系统对接，所述远程通讯模块为无线通讯，

所述能耗统计模块通过电能计量芯片计算空调负载的电能使用情况，并根据功率大小判断用电器状态；所述电能计量芯片根据用电指纹信息，分析所述用电器老化状况；所述能耗统计模块自动识别用电负载，所述能耗统计模块对所述用电器的每天、每月的用电信息生成相应的冻结数据；

所述温湿度传感器对所述用电器进行调控，当环境温度低于设定启动最低温度，则所述电源线插头会通过继电器切断电源，不允许用电器使用；

所述时钟模块通过时钟计时和断电供电回路在停电状态下保证时钟的走时准确，同时进行系统的校时，

所述红外遥控模块对所述用电器进行红外遥控；

所述液晶显示模块显示所述电源线插头的状态，并且具备双色背光，正常情况一种颜色，报警异常另一种颜色。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述电能计量芯片采集线路的电压和电流信息，转化为数字信号送到所述主控单片机进行计算；当所述用电器在用电时，所述主控单片机根据采集到的数字信号进行电量的统计。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述电源线插头通过学习所述用电器工作状态的电网参数信息自动识别所述用电器的负载。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述用电器待机状态下的电网参数信息包括待机功率和待机时功耗波动值。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述红外遥控模块的红外编码的步骤如下：

1)所述电源线插头按照下述顺序学习遥控器具体的功能按键，存储到所述红外遥控模块中；

2)存储成功后，当所述电源线插头接收到所述红外遥控模块的空调操作命令时，读取存储器的编码命令，再根据编码的方式通过红外发射出去，从而控制所述用电器。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述红外遥控模块的红外控制包括开、关以及温度调节的过程，其中：

开：所述电源线插头接到开启指令后，所述红外遥控米宽发送指令给所述用电器，所述电源线插头通过所述电能计量芯片延时自动采集负载功率数据，并判断开机是否成功，若开机失败进行重发操作，重发3次失败，记录操作失败；

关：所述红外遥控模块收到关闭指令后，所述红外遥控模块发射红外指令给所述用电器，所述电能计量芯片延时自动采集负载功率数据，并判断关机是否成功，若关机失败进行重发操作，重发3次失败，记录操作失败。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述电源线插头的节能管理包括定温、定时控制，其中：

定温：设置所述电源线插头温度使用下限为26℃，当开启所述用电器后，所述温湿度传感器会自动比较当前温度是否降低到了26℃，会自动设置所述用电器回26℃或者关闭所述用电器；

定时：所述电源线插头设有时钟模块，通过所述时钟模块进行控制所述用电器允许使用的时段和允许时段内的某时刻自动开关机。

进一步的，所述电源线插头通过用能单价和用能量进行预付费管理，充值操作由系统端发起，当余额充足的时候所述用电器正常使用，当余额接近设定的报警金额的时候，通过双色背光预报警，当余额为0时，通过所述继电器电源控制模块跳闸禁止使用。

更进一步的，所述预付费管理包括充值、扣费以及退费，其中：

充值：充值操作由系统端发起，系统会发出带有密钥加密的充值信息，通过网关传递给所述电源线插头，所述电源线插头进行解码分析，得出正确充值信息，进行金额充值，并记录各次充值信息以便查询；

扣费：通过系统设置所述用电器的扣费费率，单价设为RMB/kWh；

退费：扣费或充值错误，可以由系统发起退费信息，退费金额不大于最后一笔充值金额，控制器收到退费信息会进行比较核对，然后进行金额的更改，并应答系统。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述电源线插头内带远程通讯模块，所述远程通讯模块之间形成一个网络，逐级数据传递，最终将数据通到家庭网关，最后传递到后台系统，

所述远程通讯模块在上电后，与所述主控单片机通讯，获得ID地址，并将所述ID地址作为通讯的唯一标识；

所述远程通讯模块的数据通过其他电源线插头进行传递中继信号，并最终传到家庭网关端，中继的选择是根据相邻信号强度等条件选择，当某个中继节点故障异常时，能自动维护，选择周围节点，产生新的中继路径传递数据；

所述远程通讯模块设有多个工作频段，能够自主选择没被占用频道或者干扰最弱频道。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述远程通讯模块为子节点，网关为主节点，所述远程通讯模块的入网流程包括以下步骤：

1)用所述子节点地址EUI申请入网；

2)所述主节点收到所述子节点申请入网请求MSG，寻找是否有空间保存所述子节点的信息，有则下发请求命名；

3)所述子节点收到所述主节点下发的命令后，将入网标识设置为TRUE，如果已读到控制器地址，则上传所述电源线插头地址到所述主节点；

4)所述子节点广播发送数据，所述主节点收到该数据时，如果心跳包计时大于20，则设置为20即5s后发心跳包；

5)所述子节点收到所述主节点下发的心跳包，随机延时1-5s等待响应，响应的心跳包包含所述控制器地址；

6)所述主节点收到所述子节点响应的心跳包，如果档案管理模式为档案核对，则核对所述子节点的地址，如果档案中没有该子节点的档案，则远程退网所述子节点，否则有所述子节点的档案，刷新所述子节点计时；

7)如果所述子节点收到所述主节点远程退网，则将对应的所述主节点的保存，以便下次不进行申请入网，并模块退网。

根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明带电能计量，能够统计分析空调等家用电器的能耗、状态，并能够根据不同信息做不同的反馈；具备远传通讯，拥有自组网技术，能够保证网关内节点都能互联互通；带节能管理方案，能够实施节能策略；能够与多种传感器和遥控器联动使用。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明插头的结构示意图。

图3为本发明插头的结构分解图。

图4为本发明漏电开关保护结构简图原理图。

图5为本发明应用实施例的结构示意图。

在图中，1、电源线插头；2、电路板。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：

如图1-3所示，一种基于带计量及远程控制的电源线插头，电源线插头1内设有主控单片机、能耗统计模块、远程通讯模块、温湿度传感器、时钟模块、红外遥控模块、继电器电源控制模块、漏电开关以及液晶显示模块，能耗统计模块、远程通讯模块、温湿度传感器、时钟模块、红外遥控模块、继电器电源控制模块、漏电开关以及液晶显示模块均与主控单片机连接，上述各个模块均集成在电源线插头1内的电路板2上。

1、远程通信模块通过连接数据采集网关与后台控制系统对接，远程通讯模块为无线通讯模块。

2、能耗统计模块通过电能计量芯片计算空调负载的电能使用情况，并根据功率大小判断用电器状态；电能计量芯片根据用电指纹信息，分析用电器老化状况；能耗统计模块自动识别用电负载，能耗统计模块对用电器的每天、每月的用电信息生成相应的冻结数据。

电能计量芯片采集线路的电压和电流信息，转化为数字信号送到主控单片机进行计算；当用电器在用电时，主控单片机根据采集到的数字信号进行电量的统计。

电源线插头1通过学习用电器工作状态的电网参数信息自动识别用电器的负载。用电器待机状态下的电网参数信息包括待机功率和待机时功耗波动值。

电源线插头1的节能管理包括定温、定时控制，其中：

定温：设置电源线插头1温度使用下限为26℃，当开启用电器后，温湿度传感器会自动比较当前温度是否降低到了26℃，会自动设置用电器回26℃或者关闭用电器；

定时：电源线插头1设有时钟模块，通过时钟模块进行控制用电器允许使用的时段和允许时段内的某时刻自动开关机。

3、温湿度传感器对用电器进行调控，当环境温度低于设定启动最低温度，则电源线插头 1会通过继电器切断电源，不允许用电器使用。

4、时钟模块通过时钟计时和断电供电回路在停电状态下保证时钟的走时准确，同时进行系统的校时。

5、红外遥控模块对用电器进行红外遥控。红外遥控模块的红外编码的步骤如下：

1)电源线插头1按照下述顺序学习遥控器具体的功能按键，存储到红外遥控模块中；

2)存储成功后，当电源线插头1接收到红外遥控模块的空调操作命令时，读取存储器的编码命令，再根据编码的方式通过红外发射出去，从而控制用电器。

红外遥控模块的红外控制包括开、关以及温度调节的过程，其中：

开：电源线插头1接到开启指令后，红外遥控米宽发送指令给用电器，电源线插头1通过电能计量芯片延时自动采集负载功率数据，并判断开机是否成功，若开机失败进行重发操作，重发3次失败，记录操作失败；

关：红外遥控模块收到关闭指令后，红外遥控模块发射红外指令给用电器，电能计量芯片延时自动采集负载功率数据，并判断关机是否成功，若关机失败进行重发操作，重发3次失败，记录操作失败。

6、液晶显示模块显示电源线插头1的状态，并且具备双色背光，正常情况一种颜色，报警异常另一种颜色。

电源线插头1通过用能单价和用能量进行预付费管理，充值操作由系统端发起，当余额充足的时候用电器正常使用，当余额接近设定的报警金额的时候，通过双色背光预报警，当余额为0时，通过继电器电源控制模块跳闸禁止使用。

预付费管理包括充值、扣费以及退费，其中：

充值：充值操作由系统端发起，系统会发出带有密钥加密的充值信息，通过网关传递给电源线插头1，电源线插头1进行解码分析，得出正确充值信息，进行金额充值，并记录各次充值信息以便查询；

扣费：通过系统设置用电器的扣费费率，单价设为RMB/kWh；

退费：扣费或充值错误，可以由系统发起退费信息，退费金额不大于最后一笔充值金额，控制器收到退费信息会进行比较核对，然后进行金额的更改，并应答系统。

如图4所示，当空调漏电时，相线(火线)的电流导入大地，造成相线和零线之间电流不平衡。通过零序互感器检测相线和零线之间电流的差值判断是否有漏电(触电)发生，从而快速关断空调电源。

图4主要器件零序互感器原理：基于基尔霍夫电流定律，流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零，在线路与电气设备正常的情况下，各相电流的矢量和等于零，因此，零序互感器的二级侧绕组无信号输出，执行元件(脱扣器)不动作，当发生接地故障时电流矢量和不为零，故障电流使零序互感器的环形铁芯中生产磁通，零序电流互感器的二次侧感应电压使执行元件动作，带开关脱扣机构迅速切断电源，起到保护作用。

如图5所示，电源线插头1内带远程通讯模块，远程通讯模块之间形成一个网络，逐级数据传递，最终将数据通到家庭网关，最后传递到后台系统。

远程通讯模块在上电后，与主控单片机通讯，获得ID地址，并将ID地址作为通讯的唯一标识；远程通讯模块的数据通过其他电源线插头1进行传递中继信号，并最终传到家庭网关端，中继的选择是根据相邻信号强度等条件选择，当某个中继节点故障异常时，能自动维护，选择周围节点，产生新的中继路径传递数据；远程通讯模块设有多个工作频段，能够自主选择没被占用频道或者干扰最弱频道。

远程通讯模块为子节点，网关为主节点，远程通讯模块的入网流程包括以下步骤：

1)用子节点地址EUI申请入网；

2)主节点收到子节点申请入网请求MSG，寻找是否有空间保存子节点的信息，有则下发请求命名；

3)子节点收到主节点下发的命令后，将入网标识设置为TRUE，如果已读到控制器地址，则上传电源线插头1地址到主节点；

4)子节点广播发送数据，主节点收到该数据时，如果心跳包计时大于20，则设置为20 即5s后发心跳包；

5)子节点收到主节点下发的心跳包，随机延时1-5s等待响应，响应的心跳包包含控制器地址；

6)主节点收到子节点响应的心跳包，如果档案管理模式为档案核对，则核对子节点的地址，如果档案中没有该子节点的档案，则远程退网子节点，否则有子节点的档案，刷新子节点计时；

7)如果子节点收到主节点远程退网，则将对应的主节点的保存，以便下次不进行申请入网，并模块退网。

本发明具有以下特点：

1、漏电开关保护，主要原理是空调等用电器漏电时，相线(火线)的电流导入大地，造成相线和零线之间电流不平衡。通过零序互感器检测相线和零线之间电流的差值判断是否有漏电(触电)发生，从而快速并切断空调电源。

2、用电器插头一体化设计，避免现场人为拔掉插头另接其他电源。

3、预留有线RS485通讯接口，可直接与用电器有线通讯，读取相关参数。

4、远程通讯接口灵活，可支持载波/无线或双模，更适应复杂的现场环境，提高通讯成功率。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于带计量及远程控制的电源线插头，其特征在于，电源线插头内设有主控单片机、能耗统计模块、远程通讯模块、温湿度传感器、时钟模块、红外遥控模块、继电器电源控制模块、漏电开关以及液晶显示模块，所述能耗统计模块、所述远程通讯模块、所述温湿度传感器、所述时钟模块、所述红外遥控模块、所述继电器电源控制模块、漏电开关以及所述液晶显示模块均与所述主控单片机连接；

所述远程通信模块通过连接数据采集网关与后台控制系统对接；

所述能耗统计模块通过电能计量芯片计算空调负载的电能使用情况，并根据功率大小判断用电器状态；所述电能计量芯片根据用电指纹信息，分析所述用电器老化状况；所述能耗统计模块自动识别用电负载，所述能耗统计模块对所述用电器的每天、每月的用电信息生成相应的冻结数据；

所述温湿度传感器对所述用电器进行调控，当环境温度低于设定启动最低温度，则所述电源线插头会通过继电器切断电源，不允许用电器使用；

所述时钟模块通过时钟计时和断电供电回路在停电状态下保证时钟的走时准确，同时进行系统的校时；

所述红外遥控模块对所述用电器进行红外遥控；

所述液晶显示模块显示所述电源线插头的状态。

2.根据权利要求1所述的基于带计量及远程控制的电源线插头，其特征在于，所述电能计量芯片采集线路的电压和电流信息，转化为数字信号送到所述主控单片机进行计算；当所述用电器在用电时，所述主控单片机根据采集到的数字信号进行电量的统计。

3.根据权利要求1所述的基于带计量及远程控制的电源线插头，其特征在于，所述电源线插头通过学习所述用电器工作状态的电网参数信息自动识别所述用电器的负载。

4.根据权利要求1所述的基于带计量及远程控制的电源线插头，其特征在于，所述红外遥控模块的红外编码的步骤如下：

1）所述电源线插头按照下述顺序学习遥控器具体的功能按键，存储到所述红外遥控模块中；

2）存储成功后，当所述电源线插头接收到所述红外遥控模块的空调操作命令时，读取存储器的编码命令，再根据编码的方式通过红外发射出去，从而控制所述用电器。

5.根据权利要求1所述的基于带计量及远程控制的电源线插头，其特征在于，所述红外遥控模块的红外控制包括开、关以及温度调节的过程，其中：

开：所述电源线插头接到开启指令后，所述红外遥控米宽发送指令给所述用电器，所述电源线插头通过所述电能计量芯片延时自动采集负载功率数据，并判断开机是否成功，若开机失败进行重发操作，重发3次失败，记录操作失败；

关：所述红外遥控模块收到关闭指令后，所述红外遥控模块发射红外指令给所述用电器，所述电能计量芯片延时自动采集负载功率数据，并判断关机是否成功，若关机失败进行重发操作，重发3次失败，记录操作失败。

6.根据权利要求1所述的基于带计量及远程控制的电源线插头，其特征在于，所述电源线插头的节能管理包括定温、定时控制，其中：

定温：设置所述电源线插头温度使用下限为26℃，当开启所述用电器后，所述温湿度传感器会自动比较当前温度是否降低到了26℃，会自动设置所述用电器回26℃或者关闭所述用电器；

定时：所述电源线插头设有时钟模块，通过所述时钟模块进行控制所述用电器允许使用的时段和允许时段内的某时刻自动开关机。

7.根据权利要求6所述的基于带计量及远程控制的电源线插头，其特征在于，所述电源线插头通过用能单价和用能量进行预付费管理，充值操作由系统端发起，当余额充足的时候所述用电器正常使用，当余额接近设定的报警金额的时候，通过双色背光预报警，当余额为0时，通过所述继电器电源控制模块跳闸禁止使用。

8.根据权利要求7所述的基于带计量及远程控制的电源线插头，其特征在于，所述预付费管理包括充值、扣费以及退费，其中：

充值：充值操作由系统端发起，系统会发出带有密钥加密的充值信息，通过网关传递给所述电源线插头，所述电源线插头进行解码分析，得出正确充值信息，进行金额充值，并记录各次充值信息以便查询；

扣费：通过系统设置所述用电器的扣费费率，单价设为RMB/kWh；

退费：扣费或充值错误，可以由系统发起退费信息，退费金额不大于最后一笔充值金额，控制器收到退费信息会进行比较核对，然后进行金额的更改，并应答系统。

9.根据权利要求1所述的基于带计量及远程控制的电源线插头，其特征在于，所述电源线插头内带远程通讯模块，所述远程通讯模块之间形成一个网络，逐级数据传递，最终将数据通到家庭网关，最后传递到后台系统，

所述远程通讯模块在上电后，与所述主控单片机通讯，获得ID地址，并将所述ID地址作为通讯的唯一标识；

所述远程通讯模块的数据通过其他电源线插头进行传递中继信号，并最终传到家庭网关端，中继的选择是根据相邻信号强度等条件选择，当某个中继节点故障异常时，能自动维护，选择周围节点，产生新的中继路径传递数据；

所述远程通讯模块设有多个工作频段，能够自主选择没被占用频道或者干扰最弱频道。

10.根据权利要求1所述的基于带计量及远程控制的电源线插头，其特征在于，所述远程通讯模块为子节点，网关为主节点，所述远程通讯模块的入网流程包括以下步骤：

1）用所述子节点地址EUI申请入网；

2）所述主节点收到所述子节点申请入网请求MSG，寻找是否有空间保存所述子节点的信息，有则下发请求命名；

3）所述子节点收到所述主节点下发的命令后，将入网标识设置为TRUE，如果已读到控制器地址，则上传所述电源线插头地址到所述主节点；

4）所述子节点广播发送数据，所述主节点收到该数据时，如果心跳包计时大于20，则设置为20即5s后发心跳包；

5）所述子节点收到所述主节点下发的心跳包，随机延时1-5s等待响应，响应的心跳包包含所述控制器地址；

6）所述主节点收到所述子节点响应的心跳包，如果档案管理模式为档案核对，则核对所述子节点的地址，如果档案中没有该子节点的档案，则远程退网所述子节点，否则有所述子节点的档案，刷新所述子节点计时；

7）如果所述子节点收到所述主节点远程退网，则将对应的所述主节点的保存，以便下次不进行申请入网，并模块退网。