CN109254186A - 一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置，其特点是：它包括单片机电路、红黄白绿指示灯电路、电源电路、载波模块电路、存储器电路、按键电路，所述的单片机电路分别与红黄白绿指示灯电路、电源电路、载波模块电路、存储器电路、按键电路相连接。其优点是，安装在用户室内，即插即用，不需要布线，直接使用电力线作为通讯信道，不需要设置，就能通过透明上盖的发光颜色改变来提示当前阶梯电价信息：通过不同的发光颜色直观的指示阶梯电价信息，指导用户用电。这样用户足不出户就能直观的知道当前的阶梯电价信息，可以轻松的规划用电。使用本装置，用户能节省电费开支，大大的节约能源，是一种积极的需求侧管理方式。
Description
技术领域
本发明属于智能电网领域，是一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置。
背景技术
根据国家电网公司历年招标数据统计，国内已经安装智能电能表超过4亿只，而其中80%的智能电能表内置载波模块，使用电力线载波通讯方式实现集中抄表功能，因为智能电能表有各种丰富的冻结数据，集抄系统每天只在0:00-4:00内的某个固定时间抄读一次即可，使得智能电能表的载波模块大多数时间都处于空闲状态。另外随着智能电能表的广泛普及，阶梯电价也随之在全国许多地方开始执行，通过实行居民阶梯电价政策，可以发挥价格的杠杆作用，引导用户特别是用电量多的居民用户调整用电行为，促进科学、节约用电。但是在实际应用中智能电能表都是户外安装，导致居民用户不方便实时查看当前用电在哪个阶梯了。大多数居民用户还是按照固有的用电习惯，没有合理规划用电，导致第一阶梯的低价格电量很快浪费用完，而后期生活必备的用电都用在价格昂贵的第二阶梯，甚至更高阶梯，最终本月的电费开支大增，严重影响了居民的生活节奏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够在户内实时指示当前阶梯电价信息的装置,这种装置使用方便，利用电力线作为通讯信道实时在线，用户在户内能够直接根据本装置透明上盖的发光颜色，就能知道当前的阶梯电价性质：发红色光表示当前是第四阶梯及以上电价，价格极贵；发黄色光表示当前是第三阶梯电价，价格昂贵；发白色光表示当前是第二阶梯电价，价格较贵；发绿色光表示当前是第一阶梯电价，价格正常。本装置内置国家电网公司标准的电力线载波模块，同智能电能表内置的电力线载波模块一致，这样本装置能通过电力线载波通讯方式同智能电能表实时通讯，获得智能电能表的当前阶梯电价信息，然后控制四种颜色的发光二极管分别点亮，用户能直观的根据装置透明上盖的红、黄、白、绿四种发光颜色改变情况，轻易得知当前的阶梯电价信息，来灵活合理的规划用电，这样使用户电费支出能得到有效控制，实现了科学节约用电的目的。
解决其技术问题采用的技术方案是，一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置，其特征是：它包括单片机电路、红黄白绿指示灯电路、电源电路、载波模块电路、存储器电路、按键电路，所述的单片机电路分别与红黄白绿指示灯电路、电源电路、载波模块电路、存储器电路、按键电路相连接。
所述的单片机电路包括芯片U1与晶振X1相连接。
所述的按键电路包括电阻R12、R13，电容C6，按键KEY相连接。
所述的红黄白绿指示灯电路包括电阻R1、R2、R3、R4，发光二极管LED1、LED2、LED3、LED4相连接。
所述的电源电路包括压敏电阻RV1，热敏电阻RT1，变压器T1，稳压器U2、U3，电容C1、C2、C3、C4、C5，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7相连接。
所述的载波模块电路包括载波模块U4，电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11相连接，载波模块电路端口TX3、RX3、PLC_SET、PLC_RST、PLC_STA与单片机电路的芯片U1相连接。
所述的存储器包括存储器芯片U5，电阻R14、R15，电容C7，所述的存储器芯片U5，电阻R14、R15，电容C7相连接，存储器芯片U5的端口SCL、SDA与单片机电路的芯片U1相连接。
所述单片机电路的芯片U1型号为FM3318。
本发明的一种户内实时指示当前阶梯电价的装置，是一种安装在用户室内，即插即用，不需要布线，直接使用电力线作为通讯信道，不需要设置，就能通过透明上盖的发光颜色改变来提示当前阶梯电价信息：发红色光表示当前是第四阶梯及以上电价，价格极贵；发黄色光表示当前是第三阶梯电价，价格昂贵；发白色光表示当前是第二阶梯电价，价格较贵；发绿色光表示当前是第一阶梯电价，价格正常。通过不同的发光颜色直观的指示阶梯电价信息，指导用户用电。这样用户足不出户就能直观的知道当前的阶梯电价信息，可以轻松的规划用电。使用本装置，用户能节省电费开支，大大的节约能源，是一种积极的需求侧管理方法。
附图说明
图1为一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置的外观示意图；
图2为一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置的电路原理框图；
图3为图2中单片机电路、按键电路、红黄白绿指示灯电路的原理图；
图4为图2中电源电路原理图；
图5为图2中载波模块电路原理图；
图6为图2中存储器电路原理图；
图7为图2中单片机程序流程图。
图1中：1壳底，2插头，3按键，4壳体，5 透明上盖。
具体实施方式
下面利用附图和实施例对本发明的一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置作出详细说明。
参照图1，本发明的一种能够在户内实时指示当前费率电价的装置具有壳体4、壳底1，在壳底1上置有插头2、按键3，在壳体4上置有透明上盖5。
参照图1-图7，本发明的一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置，在壳体4内置有控制电路，控制电路包括单片机电路分别与红黄白绿指示灯电路、电源电路、载波模块电路、存储器电路、按键电路相连接。所述的单片机电路包括芯片U1，晶振X1相连接, 晶振X1接于芯片U1的60脚与61脚之间。所述的按键电路包括电阻R12、R13，电容C6，按键KEY相连接，电阻R12接于芯片U1的41脚。所述的红黄白绿指示灯电路包括电阻R1、R2、R3、R4，发光二极管LED1、LED2、LED3、LED4相连接，电阻R1接于芯片U1的73脚，电阻R2接于芯片U1的1脚，电阻R3接于芯片U1的44脚，电阻R4接于芯片U1的72脚。所述的电源电路包括压敏电阻RV1，热敏电阻RT1，变压器T1，稳压器U2、U3，电容C1、C2、C3、C4、C5，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7相连接。所述的载波模块接口电路包括载波模块U4，电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11相连接，TX3端口接到单片机电路的芯片U1的14脚，RX3端口接到单片机电路的芯片U1的13脚，PLC_SET 端口接到单片机电路的芯片U1的24脚，PLC_RST 端口接到单片机电路的芯片U1的22脚，PLC_STA端口接到单片机电路的芯片U1的26脚。其中载波模块U4是国家电网公司单相智能电能表上使用的标准电力线载波模块。所述的存储器包括存储器芯片U5，电阻R14、R15，电容C7相连接，SCL端口接到单片机电路的芯片U1的19脚，SDA端口接到单片机电路的芯片U1的20脚。所述单片机电路的芯片U1型号为FM3318。
参照图3，单片机电路的芯片U1采用上海复旦微电子的FM3318，当把本装置插入插座供电后开始工作，先从存储器中加载智能电能表的通讯地址，后校对寄存器及喂狗，后在整分时刻通过载波模块接口电路发送抄读智能电能表当前阶梯电价信息和时间报文，经由电力线发送到智能电能表，后接收智能电能表应答报文得到当前的阶梯电价信息和时间，然后根据阶梯电价信息控制红色、黄色、白色、绿色四个发光二极管点亮或熄灭，透过装置的透明上盖形成不同颜色的发光效果，通过发光颜色的改变来提示用户：发红色光表示当前是第四阶梯及以上电价，价格极贵；发黄色光表示当前是第三阶梯电价，价格昂贵；发白色光表示当前是第二阶梯电价，价格较贵；发绿色光表示当前是第一阶梯电价，价格正常。单片机电路芯片U1内部程序控制整个装置的运行，其运行流程参见图7。
参照图4，电源电路在接入220V电源后，经过压敏电阻RV1和热敏电阻RT1组成的保护电路，后经由变压器T1变压，经由二极管D1、D2、D3、D4整流滤波，经过稳压器U2稳压，输出到+12V电源，给载波模块接口电路使用。经过稳压器U3稳压，经过二极管D6隔离后输出到VDD端口，给数字电路供电；经过二极管D7隔离输出到VCC端口，给载波模块的数字电路供电。
参照图5，当单片机电路的芯片U1发送抄读智能电能表阶梯电价信息命令时，芯片U1将发送的报文送到端口TX3上，后经由电阻R8送到载波模块接收端，载波模块将接收的信号调制后经由端口AGND和N将信号耦合到电力线上，完成载波命令的发送工作。当智能电能表响应请求命令时，载波模块监测电力线上的载波信号耦合接口AGND和N的信号，一旦收到数据应答载波信号，则将信号输入到载波模块，后将解调后的应答数据由载波模块的端口8经由电阻R10发送到单片机U1的端口RX3，传递给单片机电路的U1，完成应答数据的接收工作。
参照图6，存储器采用AT24C02，通过端口SCL、SDA同单片机电路的U1连接。本装置在在出厂或现场安装应用时，触动按键一下，后5分钟之内，使用供电局或厂家标配的电力线载波通用抄控器，将自家智能电能表的12位通讯地址设置到本装置的存储器内，此后只要供电部门不更换智能电能表，就不需要设置了。
整个装置的工作流程如下：
本发明的一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置，由图4的电源电路供电，图3的单片机电路芯片U1，控制整个装置完成预定功能。
本发明的一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置的工作流程如图7所示，其工作流程包括如下步骤：
T1. 关中断，500ms消抖延时等待供电稳定。使用延时方式消除供电电源切换导致的抖动，如图7中的框101所示。
T2. 单片机初始化，抄表延时清零。初始化配置各个内部功能寄存器、I/O口等，抄表延时清零，系统刚启动后立刻准备启动一次抄表。如图7中的框102所示。
T3. 从存储器读取智能电能表通讯地址。如图7中的框103所示。
T4. 校对寄存器及喂狗。如图7中的框104所示。
T5. 有无按键操作，扫描按键判断有无按键按下发生。没有按键动作跳转到T13，有按键动作执行下一步。如图7中的框105所示。
T6. 置位允许设置标志，启动5分钟延时。如图7中的框106所示。
T7. 等待接收载波模块接口发来的设置命令报文。如图7中的框107所示。
T8. 5分钟延时是否结束，判断5分钟延时是否结束。不到5分钟则执行下一步，到了5分钟则跳转到T12。如图7中的框108所示。
T9. 是否接收到设置命令报文，按照智能电能表通讯协议《DL/T 645-2007多功能电能表通信协议》的要求，判断是否接收到了设置智能电能表通讯地址报文，没有则跳转到T7，收到了执行下一步。如图7中的框109所示。
T10.解析命令报文，提取智能电能表通讯地址，保存到存储器。如图7中的框110所示。
T11.点亮绿色LED 5秒钟提示设置成功。如图7中的框111所示。
T12.清除允许设置标志关闭5分钟延时。后跳转到T4开始循环。如图7中的框112所示。
T13.抄表延时是否到了，判断是否启动新一轮的抄表工作。抄表延时时间未到则跳转到T4，到了抄表时间则执行下一步。如图7中的框113所示。
T14.按照智能电能表协议，组织抄读当前阶梯电价信息和时间报文。使用保存的智能电能表通讯地址，按照智能电能表通讯协议《DL/T 645-2007多功能电能表通信协议》要求，组织抄读当前阶梯电价信息和电表时间报文。如图7中的框114所示。
T15.通过载波模块，发送报文。通过装置的载波模块将报文发送到电力线上，如图7中的框115所示。
T16. 抄读是否成功，按照智能电能表通讯协议《DL/T 645-2007多功能电能表通信协议》要求判断是否抄读成功。如未收到，或者接收到的报文有错，则执行下一步，如果接收报文正确，则执行T18。如图7中的框116所示。
T17. 重试>是否3次，判断重试次数是否超过3次。如重试次数超过3次则跳转到T4，否则跳转到T15。如图7中的框117所示。
T18.解析接收报文，提取实时阶梯电价信息和时间。如图7中的框118所示。
T19.计算当前所处的阶梯位置，计算下一次的抄表延时时间。根据阶梯电价信息数据计算得到当前的阶梯位置；根据当前用电量和下一阶梯限值，计算下一次抄表的延时时间：距离阶梯切换的剩余电量越多时，抄表延时时间越长；剩余电量少的时候，抄表就要就要频繁一些。抄表延时时间最短为10分钟，抄表延时时间最长为60分钟。抄读的数据量小，占用网络时间少，尽量让电力线载波通讯网络处于空闲状态，不影响集中抄表系统的运行。如图7中的框119所示。
T20.根据当前所处阶梯位置，控制对应的发光二极管点亮。根据当前的阶梯位置，控制对应的不同颜色的发光二极管点亮：第一阶梯位置时控制绿色发光二极管点亮；第二阶梯位置时控制白色发光二极管点亮；第三阶梯位置时控制黄色发光二极管点亮；第四阶梯位置及以上时控制红色发光二极管点亮。这样透过装置的透明上盖就能形成不同的发光效果。如图7中的框120所示。
T21.判断时间是否处在23:00-5:00区间。时间不在该区间则则跳转到T4，时间在该区间内则执行下一步。如图7中的框121所示。
T22.喂狗延时等待，软件计时时间到5:00。喂狗延时等待，等待时间过了5:00后跳转到T4。智能电能表的集中抄表系统工作时间在0:00-4:00内的某一时刻，本装置在此期间不刷新阶梯电价信息，避免影响集中抄表系统。如图7中的框122所示。
本发明的一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置所有电子元器件均为市售产品。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置，其特征是：它包括单片机电路、红黄白绿指示灯电路、电源电路、载波模块电路、存储器电路、按键电路，所述的单片机电路分别与红黄白绿指示灯电路、电源电路、载波模块电路、存储器电路、按键电路相连接。
2.根据权利要求1所述的一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置，其特征是：所述的单片机电路包括芯片U1与晶振X1相连接。
3.根据权利要求1所述的一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置，其特征是：所述的按键电路包括电阻R12、R13，电容C6，按键KEY相连接。
4.根据权利要求1所述的一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置，其特征是：所述的红黄白绿指示灯电路包括电阻R1、R2、R3、R4，发光二极管LED1、LED2、LED3、LED4相连接。
5.根据权利要求1所述的一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置，其特征是：所述的电源电路包括压敏电阻RV1，热敏电阻RT1，变压器T1，稳压器U2、U3，电容C1、C2、C3、C4、C5，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7相连接。
6.根据权利要求1所述的一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置，其特征是：所述的载波模块电路包括载波模块U4，电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11相连接，载波模块电路端口TX3、RX3、PLC_SET、PLC_RST、PLC_STA与单片机电路的芯片U1相连接。
7.根据权利要求1所述的一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置，其特征是：所述的存储器包括存储器芯片U5，电阻R14、R15，电容C7，所述的存储器芯片U5，电阻R14、R15，电容C7相连接，存储器芯片U5的端口SCL、SDA与单片机电路的芯片U1相连接。
8.根据权利要求1所述的一种能够在户内实时指示当前阶梯电价的装置，其特征是：所述单片机电路的芯片U1型号为FM3318。
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Non-Patent Citations (1)
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