CN109298641A - 一种家庭用电监测控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能家居设备技术领域，涉及一种家庭用电监测控制装置，主体结构包括手持终端设备、移动网络、主智能插座、微功率无线和从智能插座，采用可靠地移动网络和微功率无线组网的通信机制，通过主智能插座和从智能插座获取家用设备的用电数据，主智能插座和从智能插座除了具有计量功能外，还具备控制和通信功能，并通过微功率无线通信连接组成家庭通信网络，主智能插座和从智能插座的控制模块和计量模块与通讯模块实行分层设计，在尽量小的体积下，保证了安全可靠性，主智能插座和从智能插座的插头选取根据标准的规格，保证了安全性和匹配性；其整体结构和装配方式简单，经济实用，使用环境友好，为用户提供家庭用电情况。

Description

一种家庭用电监测控制装置

技术领域：

本发明属于智能家居设备技术领域，涉及一种家庭用电监测控制装置，基于微功率无线通讯，为用户提供家庭用电情况，使其自主管理用电，从而达到节约能源和安全用电的目的。

背景技术：

家庭监控是利用网络技术将安装在家内的视频、音频、报警等监控系统连接起来，通过中控电脑的处理将有用信息保存并发送到其他数据终端，如手机，笔记本，110报警中心等。随着人们的安全意识逐日提高，越来越多的人，尤其是经常出差的人开始考虑安装家庭监控系统，其中就包括家庭用电监控系统，因为，随着生活水平的提高，家庭用电设备越来越多，特别是实行阶梯电价之后，很多家庭的用电支出非常多，用户只能看到每个月的用电账单，但是却不清楚各个用电设备的用电情况，对电力部门的抄表数据是否正确也没有判别依据，用电量较大的设备比如电暖气片，热水器等长时间运行，不仅浪费电，还会造成安全隐患。

中国专利201710681814.X公开的一种家庭用电智能监测系统，包括用电监测装置、低压配电室监测装置以及家庭电网后台监控服务器；所述用电监测装置的输入端连接用户进线端，输出端连接所述家庭电网后台监控服务器；所述低压配电室监测装置的一端连接变压器低压出线首端，另一端连接所述家庭电网后台监控服务器；所述用电监测装置将实时采集到的所述用户进线端的家庭用电信息传输给所述家庭电网后台监控服务器；所述低压配电室监测装置将采集到的所述变压器低压出线的首端状态信息传输给所述家庭电网后台监控服务器；所述首端状态信息包括出线首端电压值和出线首端电流值；所述家庭电网后台监控服务器对家庭用电信息、首端状态信息进行分析处理，得到家庭电网的当前运行状态信息；中国专利201410740890.X公开的家庭用电设备监测方法，包括有以下步骤：(1)将家庭用电设备接入智能电源插座，智能电源插座采集用电设备的开关状态和用电信息；(2)智能电源插座将用电设备的开关状态和用电信息传输给给家庭用电监控机；(3)家庭用电监控机将接收到的用电信息根据电价梯度进行记录，当电价为第一梯度的电价时，根据第一梯度进行计价，并定时将电费信息发给用户手持的移动终端，提醒用户用电量并及时缴纳电费；(4)当电价升为第二或三梯度的电价时，家庭用电监控机会根据第二或三梯度计价，并同时将电费信息和电价升档信息传输给用户手持的移动终端，指导用户用电行为；中国专利201420350950.2公开的一种家庭用电监测与控制系统，包括智能插座、无线网关、服务器、用户终端，所述的家庭用电监测与控制系统，智能插座，包括插座壳体、通信单元、处理器单元、存储单元、测量单元、开关单元、控制电源单元，在插座壳体内部，通信单元、存储单元、测量单元、开关单元、控制电源单元分别与处理器单元连接；无线网关，用于实现无线网与以太网的转换，并具有路由功能，所述的无线网关与智能插座以无线方式连接，所述的无线网关与服务器通过以太网相连；用户终端，通过网络与服务器连接；中国专利201210390281.7公开的一种基于单点感知的家庭用电智能监测方法，包括如下步骤：1、基于单点感知的家庭用电智能监测设备初始化：所述的初始化就是基于单点感知的家庭用电智能监测设备获取在没有任何家用电器工作时电力线中的信号；2、基于单点感知的家庭用电智能监测设备对家用电器开关动作进行侦测：所述的对家用电器开关动作进行侦测就是基于单点感知的家庭用电智能监测设备对电力线中的电磁干扰信号进行采集；3、基于单点感知的家庭用电智能监测设备从大量存储的数据中提取每种家用电器的电磁干扰特征判断是何种家用电器正在使用；4、基于单点感知的家庭用电智能监测设备将电力线上家用电器的电磁干扰数据和正在被使用的家用电器的类型及用电信息写入电脑存储；5、基于单点感知的家庭用电智能监测设备退出监测；中国专利201310362229.5公开的一种家庭用电的监测系统，由光伏组件、具有无线功能的光伏逆变器、储能装置，交流电网、具有无线功能的电流检出装置，负载组成；电流检出装置检出从电网的情况时，通过无线方式与逆变器实现数据交换，逆变器智能的判定，当负载的使用功率大于光伏组件的输出功率与储能装置的输出功率和时差额部分从交流电网取电，当负载的使用功率小于光伏组件的输出功率时，差额功率存入储能装置；中国专利201110450550.X一种基于无线传感器网络的家庭用电监测系统，包括无线通信中继器、用电状况检测系统和用电状况管理系统，用电状况检测系统包括微处理器模块以及接在微处理器模块输入端的信号调理电路模块、视频处理模块和电能表，信号调理电路模块的输入端接有温度传感器和湿度传感器，视频处理模块的输入端接有摄像头；无线通信中继器包括与微处理器模块相接的通信控制器模块和与通信控制器模块相接的第一无线收发模块；用电状况管理系统包括控制中心计算机以及与控制中心计算机相接的第二无线收发模块和异常报警器；中国专利201020230228.7公开的一种家庭用电实时监测和保护装置的技术方案，保护装置包括一微处理器，与微处理器连接的继电器驱动模块、显示模块，有一电流互感器通过放大模块与峰值检测模块连接，所述的峰值检测模块通过一模数转换模块与所述的微处理器连接，还有一气体传感器与微处理器连接；上述专利产品构造复杂，在实际使用中受到各种约束，导致难以推广应用，因此，研发设计一种结构简单和实用性强的家庭用电监测控制装置，用户能够实时地监测家庭用电设备的运行和耗电情况，在必要时进行远程开关控制，以实现良好的社会价值和经济效益。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计一种家庭用电监测控制装置，使用户清楚地了解家庭用电情况，并对用电设备进行控制，实现节约用电和安全用电的目的。

为了实现上述目的，本发明涉及的家庭用电监测控制装置的主体结构包括手持终端设备、移动网络、主智能插座、微功率无线和从智能插座；手持终端设备通过移动网络与主智能插座连接，主智能插座通过N根微功率无线与N个从智能插座连接，从智能插座与用电设备连接，对微功率无线和从智能插座进行编号。

本发明涉及的手持终端设备包括智能手机、掌上电脑和平板电脑；手持终端设备包括三个功能模块：参数设置、数据任务和数据分析；参数设置包括档案录入设置、过载断开门限设置、电流报警门限设置和电压报警门限设置；数据任务包括数据抄读控制和定制化数据抄读；数据分析包括用电情况分析、用电曲线绘制、用电报告输出和报警信息推送；手持终端设备对用电设备进行用电数据抄收和控制，同时对上传的用电数据进行分析和展示，能够进行定制化的任务监测，定制监测的间隔和周期，能够设置用电设备的电压、电流和功率的门限值报警，并控制过载断开，能够根据当前的用电情况进行用电预估，并绘制用电曲线，输出每日、每月和每年的用电报告。

本发明涉及的移动网络包括2G网络、3G网络和4G网络；移动网络取消SIM卡，使用无卡的应用号段固化在移动网络中，避免插拔主智能插座和从智能插座导致的SIM卡卡接触不良的问题。

本发明涉及的主智能插座和从智能插座的主体结构相同，均包括继电器、控制模块、计量模块和通讯模块，控制模块和计量模块与通讯模块分层设置，其中；从智能插座具备控制、计量和通讯功能，主智能插座具备控制、计量和通讯功能的同时，下行能够收集从智能插座的用电数据，上行能够通过移动网络把用电数据传输给手持终端设备；主智能插座和从智能插座的插头选取根据标准的规格，10A的主智能插座和从智能插座插头与32A的主智能插座和从智能插座插头大小不一样，允许的功率不一样。

本发明涉及的微功率无线组网时采用433MHz或470MHz的免费频段，为避免同频干扰的问题，根据从智能插座的编号进行自动信道分配，信道间具有中继功能。

本发明涉及的家庭用电监测控制装置采用移动网络和微功率无线组网的通信机制，没有采用Wifi、Zigbee或PLC通讯方式的理由有三：一是与Wifi和Zigbee相比，微功率无线组网成本更低；二是PLC电力载波技术通讯速率较慢，容易受到电力谐波干扰，特别是在负荷大的时候，使通讯严重失真；三是wifi依靠的家庭宽带会出现路由器不稳定和断网的不可靠情况，虽然wifi能够免去移动网络的流量费用，但是由于通信数据不大，年流量费用不超过50元。

本发明涉及的家庭用电监测控制装置使用时，从智能插座通过微功率无线将用电数据上传到主智能插座，主智能插座收集所有从智能插座单元的用电数据并通过移动网络上传到手持终端设备，手持终端设备根据设定值对各个用电设备进行定时的任务数据刷新、分析和本地用电控制，并根据预设置的报警和控制门限值对用户进行异常报警提示。

本发明与现有技术相比，采用可靠地移动网络和微功率无线组网的通信机制，通过主智能插座和从智能插座获取家用设备的用电数据，主智能插座和从智能插座除了具有计量功能外，还具备控制和通信功能，并通过微功率无线通信连接组成家庭通信网络，主智能插座和从智能插座的控制模块和计量模块与通讯模块实行分层设计，在尽量小的体积下，保证了安全可靠性，主智能插座和从智能插座的插头选取根据标准的规格，保证了安全性和匹配性；其整体结构和装配方式简单，经济实用，使用环境友好。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意框图。

图2为本发明涉及的手持终端设备的功能模块示意框图。

图3为本发明实施例2涉及的家庭用电监测控制装置在实际使用中的流程示意框图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步描述。

实施例：

本实施例涉及的家庭用电监测控制装置的主体结构包括手持终端设备1、移动网络2、主智能插座3、微功率无线4和从智能插座5；手持终端设备1通过移动网络2与主智能插座3连接，主智能插座3通过N(N为大于等于1的整数)根微功率无线4与N(N为大于等于1的整数)个从智能插座5连接，从智能插座5与用电设备连接，对微功率无线4和从智能插座5进行编号。

本实施例涉及的手持终端设备1包括智能手机、掌上电脑和平板电脑；手持终端设备1包括三个功能模块：参数设置、数据任务和数据分析；参数设置包括档案录入设置、过载断开门限设置、电流报警门限设置和电压报警门限设置；数据任务包括数据抄读控制和定制化数据抄读；数据分析包括用电情况分析、用电曲线绘制、用电报告输出和报警信息推送；手持终端设备1对用电设备进行用电数据(日用电电量、小时用电量、月用电量、温度、电压、电流、功率和功率因数)抄收和控制，同时对上传的用电数据进行分析和展示，能够进行定制化的任务监测，定制监测的间隔和周期，能够设置用电设备的电压、电流和功率的门限值报警，并控制过载断开，能够根据当前的用电情况进行用电预估，并绘制用电曲线，输出每日、每月和每年的用电报告。

本实施例涉及的移动网络2包括2G网络、3G网络和4G网络；移动网络2取消SIM卡，使用无卡的应用号段固化在移动网络2中，避免插拔主智能插座3和从智能插座5导致的SIM卡卡接触不良的问题。

本实施例涉及的主智能插座3和从智能插座5的主体结构相同，均包括继电器、控制模块、计量模块和通讯模块，控制模块和计量模块与通讯模块分层设置，其中；从智能插座5具备控制、计量和通讯功能，主智能插座3具备控制、计量和通讯功能的同时，下行能够收集从智能插座5的用电数据，上行能够通过移动网络2把用电数据传输给手持终端设备1；主智能插座3和从智能插座5的插头选取根据标准的规格，10A的主智能插座3和从智能插座5插头与32A的主智能插座3和从智能插座5插头大小不一样，允许的功率不一样。

本实施例涉及的微功率无线4组网时采用433MHz或470MHz的免费频段，为避免同频干扰的问题，根据从智能插座5的编号进行自动信道分配，信道间具有中继功能。

本实施例涉及的家庭用电监测控制装置采用移动网络2和微功率无线4组网的通信机制，没有采用Wifi、Zigbee或PLC通讯方式的理由有三：一是与Wifi和Zigbee相比，微功率无线4组网成本更低；二是PLC电力载波技术通讯速率较慢，容易受到电力谐波干扰，特别是在负荷大的时候，使通讯严重失真；三是wifi依靠的家庭宽带会出现路由器不稳定和断网的不可靠情况，虽然wifi能够免去移动网络2的流量费用，但是由于通信数据不大，年流量费用不超过50元。

本实施例涉及的家庭用电监测控制装置使用时，从智能插座5通过微功率无线4将用电数据上传到主智能插座3，主智能插座3收集所有从智能插座5单元的用电数据并通过移动网络2上传到手持设备终端1，手持设备终端1根据设定值对各个用电设备进行定时的任务数据刷新、分析和本地用电控制，并根据预设置的报警和控制门限值对用户进行异常报警提示。

实施例2：

本实施例涉及的家庭用电监测控制装置在实际使用时，选取的家庭用电设备包括功率为200W的抽油烟机、功率为1500W的热水器、功率为1500W的电热水壶、功率为150W的电冰箱、功率为500W的饮水机、功率为1000W室内空调1和室内空调2，不包括功率小和无安全隐患的纯照明设备，根据用电设备的额定功率大小，选择最大电流为10A和功率为2500W的主智能插座3和从智能插座5；根据房屋空间布局，2居室及以下选用20mW的微功率无线4，3居室及以上选用50mW的微功率无线4，通讯速率为9.6kb/s，20mW的微功率无线4的空旷通讯距离为500-600米，50mW的微功率无线4的空旷通讯距离为1000-1200米，满足穿墙和吸收的使用要求；主智能插座3插设在离地面较高的插座上，从智能插座5布局完成后进行编号，在手机上下载智能APP并绑定从智能插座3的编号，绑定完成后，在主智能插座3的设置页面，输入从智能插座3的编号，完成从智能插座3的用电设备档案录入；启动组网功能进行组网，同时APP主动完成与移动网络2连接；用户能够实时在APP端查看用电设备的在线状态，并设置用电设备的门限值，比如设置电热水壶的过载断开继电器的功率为1700W,当电热水壶功率大于1700W时，电热水壶的从智能插座5断开，通过远程命令，能够控制电热水壶的从智能插座5再次闭合；实现了用户在APP端实时查看用电设备的用电数据和远程控制用电设备的开闭。

Claims (7)

1.一种家庭用电监测控制装置，其特征在于主体结构包括手持终端设备、移动网络、主智能插座、微功率无线和从智能插座；手持终端设备通过移动网络与主智能插座连接，主智能插座通过N根微功率无线与N个从智能插座连接，从智能插座与用电设备连接，对微功率无线和从智能插座进行编号。

2.根据权利要求1所述的家庭用电监测控制装置，其特征在于手持终端设备包括智能手机、掌上电脑和平板电脑；手持终端设备包括三个功能模块：参数设置、数据任务和数据分析；参数设置包括档案录入设置、过载断开门限设置、电流报警门限设置和电压报警门限设置；数据任务包括数据抄读控制和定制化数据抄读；数据分析包括用电情况分析、用电曲线绘制、用电报告输出和报警信息推送；手持终端设备对用电设备进行用电数据抄收和控制，同时对上传的用电数据进行分析和展示，能够进行定制化的任务监测，定制监测的间隔和周期，能够设置用电设备的电压、电流和功率的门限值报警，并控制过载断开，能够根据当前的用电情况进行用电预估，并绘制用电曲线，输出每日、每月和每年的用电报告。

3.根据权利要求1所述的家庭用电监测控制装置，其特征在于移动网络包括2G网络、3G网络和4G网络；移动网络取消SIM卡，使用无卡的应用号段固化在移动网络中，避免插拔主智能插座和从智能插座导致的SIM卡卡接触不良的问题。

4.根据权利要求1所述的家庭用电监测控制装置，其特征在于主智能插座和从智能插座的主体结构相同，均包括继电器、控制模块、计量模块和通讯模块，控制模块和计量模块与通讯模块分层设置，其中；从智能插座具备控制、计量和通讯功能，主智能插座具备控制、计量和通讯功能的同时，下行能够收集从智能插座的用电数据，上行能够通过移动网络把用电数据传输给手持终端设备；主智能插座和从智能插座的插头选取根据标准的规格，10A的主智能插座和从智能插座插头与32A的主智能插座和从智能插座插头大小不一样，允许的功率不一样。

5.根据权利要求1所述的家庭用电监测控制装置，其特征在于微功率无线组网时采用433MHz或470MHz的免费频段，为避免同频干扰的问题，根据从智能插座的编号进行自动信道分配，信道间具有中继功能。

6.根据权利要求1所述的家庭用电监测控制装置，其特征在于采用移动网络和微功率无线组网的通信机制，没有采用Wifi、Zigbee或PLC通讯方式的理由有三：一是与Wifi和Zigbee相比，微功率无线组网成本更低；二是PLC电力载波技术通讯速率较慢，容易受到电力谐波干扰，特别是在负荷大的时候，使通讯严重失真；三是wifi依靠的家庭宽带会出现路由器不稳定和断网的不可靠情况，虽然wifi能够免去移动网络的流量费用，但是由于通信数据不大，年流量费用不超过50元。

7.根据权利要求1所述的家庭用电监测控制装置，其特征在于使用时，从智能插座通过微功率无线将用电数据上传到主智能插座，主智能插座收集所有从智能插座单元的用电数据并通过移动网络上传到手持终端设备，手持终端设备根据设定值对各个用电设备进行定时的任务数据刷新、分析和本地用电控制，并根据预设置的报警和控制门限值对用户进行异常报警提示。