CN109412264A - 基于无线路由的家用能耗监控配电箱 - Google Patents

基于无线路由的家用能耗监控配电箱 Download PDF

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Abstract

本发明是一种基于无线路由的家用能耗监控配电箱，包括壳体，壳体内设有电源模块、总控模块、信号采集模块和继电器组，总控模块包括MCU和与MCU相连的A/D转换器，信号采集模块包括设于市电输入总线处的电压互感器和电流互感器、在各电器电源回路中还设有电流互感器，用于采集电器的能耗信息，并且电流互感器将检测的信号通过A/D转换器转换后上传到MCU；MCU的网络端通过网络协议将MCU连接到家庭计算机的本地服务器上，该本地服务器接收MCU处理后的能耗信息并对该能耗信息进行解析，同时将实时数据发送给远程显示终端。本发明提供的能耗监控配电箱，能对家庭电器的实时功率信息、电量信息、电费信息和供电状态信息进行检测，同时构建远程访问网页，实现本地监控和远程监控。

Description

基于无线路由的家用能耗监控配电箱
技术领域
本发明涉及配电与智能家电能耗管理一体化集成技术领域，特别是涉及一种基于无线路由的家用能耗监控配电箱。
背景技术
随着经济的迅速发展，各种家用电器进入人们的家庭，然而，电力服务中上涨的能源成本和节能减排的意识又促使用户在用电时更加谨慎。当用户在电费账单上无法了解更多关于“什么时间、什么电器、用多少”能量消耗的信息时，对于其如何有步骤有效率进行节能的计划变得不那么乐观。因此，如何在家电使用过程中，越多知晓详细信息，其对能耗的控制才变得可能。
家用配电箱作为家庭必配设备与各电器相连，考虑到其具有家电配电系统一体化的优点，对配电箱改进使其具备能耗监控的技术方法是可行且已经得到应用的，如公开号为CN202034726U的专利公开了一种具有能耗监控功能的低压配电箱，包括有壳体，在壳体内设有嵌入式软件的主控单元，以及与主控单元连接的多路AD采样电路、多路继电器控制电路、电压互感器、通讯接口、LCD显示电路、语音报警单元，在多路AD采样电路上连接有电流互感器，该产品将低压配电装置与多路智能电力监控装置融为一体，形成一体化产品并实现末端用能的精确管理。然而该配电箱无法远程随时随地的查看家电用器的运行情况，也无法直观的观察到家电用器的实时运行数据。
上述简单的功能并不能满足现今用户对家电能耗监控的要求，亟待开发一些实时监控能耗的配电箱以满足用户能本地或远程实时查看家电运行情况。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明目的在于提供一种基于无线路由的家用能耗监控配电箱，具有无线路由功能、远程电能耗监控、家庭配电故障的控制与保护，实现整个家居的智能化、安全化控制。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于无线路由的家用能耗监控配电箱，包括电源模块、中央处理模块、信号采集模块和无线路由模块；电源模块用于给配电箱中的中央处理模块、信号采集模块和无线路由模块提供电源；中央处理模块包括MCU和与MCU相连的信号调理电路，信号调理电路将检测的信号调整后上传到MCU进行A/D转换、算法处理；信号采集模块设置在市电输入总线和用电器电源回路上，且与中央处理模块相连，信号采集模块包括设于电力总线处的电压互感器和在各支路电源回路中的电流互感器，用于采集电路的电压信息以及各支路电流信息；配电箱还设有与中央处理模块连接的无线路由模块，用于宽带网络接入、室内无线网络信号覆盖及与其他通讯终端通信的无线路由模块。
进一步地，无线路由模块包括网络通信芯片、wifi射频芯片、一个WAN口以及至少两个LAN口。
WAN口用于接入以太网线，提供上网通路，其中一个所述LAN口与所述中央处理模块连接，用于将中央处理模块处理后的能耗信息数据传送到互联网服务器，该互联网服务器用于汇集各用电器的能耗信息，通过软件对数据汇总和分析，并存储在本地后台数据库，构建远程访问网页，实现远程终端监控用电器能耗。
进一步地，各支路的用电器的控制回路还设有继电器驱动电路，中央处理器的信号输出端与该继电器驱动电路连接，输出的信号控制对应的继电器开关导通或断开。
进一步地，配电箱还设有用于室内电力线载波通信的第一PLC通信模块，第一PLC通信模块分别于所述中央处理模块和电力线相连。
支路用电器的控制回路设有与第一PLC通信模块进行反向处理的第二PLC通信模块、贮能电路、信号调理电路和MCU，贮能电路与MCU相连，使外电断电后若干秒内MCU仍能正常通电；信号调理电路与MCU相连，用于将电压互感器及各支路电路互感器的输出数据调理送进MCU中，MCU将该数据与存储的设定值进行比较，当接收的数据超过设定值时，其I/O接口发出信号驱动继电器开关断开；PLC通信模块与MCU连接，将MCU处理后的输出的该支路的用电量情况及短路故障检测情况以及相应地继电器驱动信号，发送到所述第一PLC通信模块。
进一步地，第一PLC通信模块包括第一电力载波芯片和相应信号的第一调制解调电路，用于将来自中央处理模块的数据耦合到电力线上，或将来自电力线上的数据信号调制解调并传输到中央处理模块；第二PLC通信模块包括第二电力载波芯片和相应信号的第二调制解调电路，与配电箱的第一PLC通信模块进行反向的调制解调和处理。
进一步地，配电箱还设有GPRS通信模块，用于无线路由断开时将中央处理器的能耗信息上传到互联网服务器。
进一步地，中央处理模块设有与其MCU连接的存储芯片，用于记录当前能耗信息防止断电数据丢失。
进一步地，基于无线路由的家用能耗监控配电箱，中央处理模块连接有触摸屏显示器，可以显示能耗实时信息且用户在显示器上可下达对用电监控开启或停止的指令。
更进一步地，中央处理模块还连接有指示灯，在中央处理模块的MCU上设定一个数值，将该设定数值以下、临近设定数值和超过设定数值的情况标识为安全电量、临近设定电量以及超过设定电量，当该MCU接收的电量信息处于不同情况时，所述指示灯以不同颜色显示。
相较于现有技术，本发明至少具有以下优点：
1、本发明实现配电箱与家庭路由一体化，降低空间使用的浪费，实现通过远程网络随时随地直观地查看和控制家庭用电器的运行情况。
2、在不需要重新架设网络的同时，通过电力线进行数据传递，降低了在各用电器上架设网路的成本。
3、配电箱与路由器、用电器终端的统一安装，实现了整个家居的智能化、安全化控制。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明基于无线路由的家用能耗监控配电箱的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1所示，一种基于无线路由的家用能耗监控配电箱，包括电源模块、中央处理模块、信号采集模块和无线路由模块。电源模块包括电源转换电路，用于将市电变换成配电箱中的中央处理模块、信号采集模块和无线路由模块需要的电源。
中央处理模块包括MCU和与该MCU相连的信号调理电路，信号调理电路将检测的信号调整后上传到MCU进行A/D转换、经过算法处理，再进行下一步上传工作。信号采集模块设置在电力总线和各支路的用电器电源回路上，且与中央处理模块相连，信号采集模块包括设于电力总线处的电压互感器和在各支路电源回路中的电流互感器，用于采集电路的电压信息以及各支路电流信息。
配电箱还设有与中央处理模块连接的无线路由模块，用于宽带网络接入、室内无线网络信号覆盖及与其他通讯终端通信的无线路由模块。
无线路由模块包括网络通信芯片、wifi射频芯片、一个WAN口、至少两个LAN口以及外围电路。无线路由模块将家庭户外的宽带网络通过家庭局域网进行交互，通过以太网协议与中央处理模块的MCU进行通信。WAN口用于接入以太网线，提供上网通路；而其中一个LAN口通过以太网线与中央处理模块连接，数据的交互遵循TCP/IP协议。该路径将中央处理模块处理后的能耗信息数据传送到互联网服务器，该互联网服务器汇集各个用电器的能耗信息，在通过软件对数据汇总和分析，并存储在本地后台数据库，通过软件对这些数据进行处理分析，并以图表显示不同时间不同电器的能耗变化情况；还可以通过对电费的设定，将各个阶段各电器的电费情况直观表示出来。互联网服务器构建远程访问网页，提供远程终端监视用电器能耗和控制用电器。
用户的远程终端和中央处理模块通过无线路由模块接入互联网，无线路由模块通过TCP/IP协议接收数据中心从互联网下载的各种控制采集指令，并进一步发往中央处理模块，在由中央处理模块的MCU驱动下一步的控制采集操作。远程终端包括有平板、笔记本电脑或智能手机，远程终端可以通过远程访问服务器网页对家电能耗信息进行监视，也可以通过能耗检测软件实时收到家电能耗信息的情况。本发明配电箱的无线路由模块的wifi信号覆盖整个家庭区域，同时作为家庭的智能终端设备的上网路径。
各支路的用电器的控制回路还设有继电器驱动电路，中央处理器的信号输出端与该继电器驱动电路连接，输出的信号使对应的继电器开关导通或断开。
作为本方案的一个优选方案，配电箱还通过铺设电力线载波通信来实现对各电器的安全保护和信息输送。例如用于室内电力线载波通信的第一PLC通信模块，第一PLC通信模块分别于所述中央处理模块和电力线相连。第一PLC通信模块包括第一电力载波芯片和相应信号的第一调制解调电路，用于将来自中央处理模块的数据通过耦合线圈，将信号耦合到电力线上，或将来自电力线上的数据信号调制解调并传输到中央处理模块。
支路用电器的控制回路设有与第一PLC通信模块进行反向处理的第二PLC通信模块、贮能电路、信号调理电路和MCU，第二PLC通信模块包括第二电力载波芯片和相应信号的第二调制解调电路，与配电箱的第一PLC通信模块进行反向的调制解调和处理。贮能电路与MCU相连，使外电断电后若干秒内MCU仍能正常通电；信号调理电路与MCU相连，用于将电压互感器及各支路电路互感器的输出数据调理送进MCU中，MCU将该数据与存储的设定值进行比较，当接收的数据超过设定值时，其I/O接口发出信号驱动继电器开关断开，实现自动保护功能。此外，该PLC通信模块与MCU连接，将MCU处理后的输出的该支路的用电量情况及短路故障检测情况以及相应地继电器驱动信号，发送到所述第一PLC通信模块。
中央处理模块的MCU还连接有显示器和指示灯，显示器采用触摸屏显示器，显示器将各个用电器工作的电压、电流、漏电流、运行时间等信息实时显示，并且用户在显示器上可以直接下达对用电器电源的开或关的指令。在中央处理模块的MCU设定某个用电数值，并将在该标准数值以下、临近设定数值和超过设定数值的情况标识为安全电量、临近设定电量以及超过设定电量，当中央处理模块的MCU检测的实际用电数值与在设定数值以下时，指示灯以绿色显示；当实际用电数值临近设定数值时，指示灯以黄色显示；而当实际用电数值超过设定数值时，指示灯以红色警示。
以下说明配电箱监控能耗的具体工作流程：首先，采集电压电流互感器及各支路电流互感器的信号，将各信号经过信号调整电路调整后进入中央处理模块的MCU中进行A/D转换，并经计算，对各种数据分析与处理。中央处理模块的MCU的网络端通过RS485协议与无线路由器相连，该MCU按设定的周期上传能耗信息到互联网服务器，在服务器的软件平台上进行汇总分析，将数字信息转化为变化的图表；然后将该图表信息上传到远程访问网页，并实时发送给远程显示终端。
本发明实现配电箱与家庭路由一体化，降低空间使用的浪费，实现通过远程网络随时随地直观地查看和控制家庭用电器的运行情况；在不需要重新架设网络的同时，通过电力线进行数据传递，降低了在各用电器上架设网路的成本。配电箱与路由器、用电器终端的统一安装，实现了整个家居的智能化、安全化控制。
以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于无线路由的家用能耗监控配电箱，其特征在于，包括电源模块、中央处理模块、信号采集模块和无线路由模块；
所述电源模块用于给配电箱中的中央处理模块和无线路由模块提供电源；
所述中央处理模块包括MCU和与所述MCU相连的信号调理电路，所述信号调理电路将检测的信号调整后上传到所述MCU进行A/D转换、算法处理；
所述信号采集模块设置在电力总线和用电器电源回路上，且与所述的中央处理模块相连，所述信号采集模块包括设于电力总线处的电压互感器和在各支路电源回路中的电流互感器，用于采集电路的电压信息以及各支路电流信息；
所述配电箱还设有与中央处理模块连接的无线路由模块，用于宽带网络接入、室内无线网络信号覆盖及与其他通讯终端通信的无线路由模块。
2.根据权利要求1所述的基于无线路由的家用能耗监控配电箱，其特征在于，所述无线路由模块包括网络通信芯片、wifi射频芯片、一个WAN口以及至少两个LAN口；
所述WAN口用于接入以太网线，提供上网通路，其中一个所述LAN口与所述中央处理模块连接，用于将中央处理模块处理后的能耗信息数据传送到互联网服务器，该互联网服务器用于汇集各用电器的能耗信息，通过软件对数据汇总和分析，并存储在本地后台数据库，通过构建远程访问网页实现远程终端监控用电器能耗。
3.根据权利要求2所述的基于无线路由的家用能耗监控配电箱，其特征在于，所述各支路的用电器的控制回路还设有继电器驱动电路，所述中央处理器的信号输出端与该继电器驱动电路连接，输出的信号控制对应的继电器开关导通或断开。
4.根据权利要求3所述的基于无线路由的家用能耗监控配电箱，其特征在于，所述配电箱还设有用于室内电力线载波通信的第一PLC通信模块，所述第一PLC通信模块分别于所述中央处理模块和电力线相连；
所述支路用电器的控制回路设有与第一PLC通信模块进行反向处理的第二PLC通信模块、贮能电路、信号调理电路和MCU，所述贮能电路与所述MCU相连，使外电断电后若干秒内所述MCU仍能正常通电，所述信号调理电路与所述MCU相连，用于将电压互感器及各支路电路互感器的输出数据调理送进MCU中，所述MCU将该数据与存储的设定值进行比较，当接收的数据超过设定值时，MCU的I/O接口发出信号驱动继电器开关断开，所述PLC通信模块与所述MCU连接，将MCU处理后的输出的该支路的用电量情况及短路故障检测情况以及相应地继电器驱动信号，发送到所述第一PLC通信模块。
5.根据权利要求4所述的基于无线路由的家用能耗监控配电箱，其特征在于，所述第一PLC通信模块包括第一电力载波芯片和相应信号的第一调制解调电路，用于将来自中央处理模块的数据耦合到电力线上，或将来自电力线上的数据信号调制解调并传输到中央处理模块；所述第二PLC通信模块包括第二电力载波芯片和相应信号的第二调制解调电路，与所述配电箱的第一PLC通信模块进行反向的调制解调和处理。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的基于无线路由的家用能耗监控配电箱，其特征在于，所述配电箱还设有GPRS通信模块，用于无线路由模块断开时将中央处理器的能耗信息上传到互联网服务器。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的基于无线路由的家用能耗监控配电箱，其特征在于，所述中央处理模块设有与其MCU连接的存储芯片，用于记录当前能耗信息防止断电数据丢失。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的基于无线路由的家用能耗监控配电箱，其特征在于，所述中央处理模块连接有触摸屏显示器，可以显示能耗实时信息且用户在显示器上可下达对用电监控开启或停止的指令。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的基于无线路由的家用能耗监控配电箱，其特征在于，所述中央处理模块还连接有指示灯，在所述中央处理模块的MCU上设定一个数值，将该设定数值以下、临近设定数值和超过设定数值的情况标识为安全电量、临近设定电量以及超过设定电量，当该MCU接收的电量信息处于不同情况时，所述指示灯以不同颜色显示。
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