CN1421979A - 基于x－10协议的智能电力载波监控系统及应用 - Google Patents

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Abstract

一种基于X－10协议的智能电力载波监控系统及应用，属于信息自动化、电子信息、智能控制等技术领域。其特征在于通过X－10协议模块，在电力网的任意方便的位置接入对网络实施监控的智能监控器，同时通过远程应答器，对网络实施无线监控，整体构成一个资源共享、交叉控制的综合网络。本发明基于X－10协议的智能电力载波监控系统及应用集软件功能、智能控制、系统监视、短距离无线控制于一体，充分利用了电力载波控制系统的控制功能和资源优势，扩展了电力载波控制系统的监控功能，使基于X－10协议的智能电力载波监控系统适用于较大的复杂电力供应系统。

Description

基于X-10协议的智能电力载波监控系统及应用
技术领域
本发明基于X-10协议的智能电力载波监控系统及应用属于信息自动化、电子信息、智能控制等技术领域。
技术背景
X-10协议是一种国际标准的电力载波通讯协议。主要优点是利用电力网络做载体传输控制信号，实现网络化控制。X-10协议最多可支持256个地址，即256个用电设备。电力线将电能传送到家庭及众多企事业用电单位的同时，也将所有的用电器件连成网。电力载波控制系统无需额外布线，可随意接入用电元件，新接入的用电元件只需通过一种支持X-10协议的网络开关，进行简单的地址设置，便可加入控制系统。X-10协议是一个开放的系统，系统没有主机、中心控制台的概念，控制开关与用电器件通过地址编码实现对用电器的寻址，任意一个控制开关通过不同的地址设置控制网络中的任意其他用电器，突破了传统意义上开关对电器的控制方式，可方便的实现资源共享、交叉控制，形成功能强大的网络控制系统。但是由于采用了原始或者说简单的控制方式极大的限制了这个网络的控制能力，这个致命的弱点限制了基于X-10协议的电力载波控制系统在复杂供电系统中的应用。
发明内容
本发明基于X-10协议的智能电力载波监控系统及应用，目的在于是克服电力载波控制系统中控制操作功能的缺陷，集软件功能、智能控制、系统监视、短距离无线控制于一体，充分发挥电力载波控制系统的功能和优势，并适用于较大的复杂电力供应系统。从而公开一种智能电力载波控制系统的技术方案。
本发明基于X-10协议的智能电力载波监控系统，其特征在于由用电器件群I、网络开关群II、控制群III、电力网IV四部分组成，其中用电器件群I任选用电器件1、2、3、4、5组成，网络开关群II由R型网络开关6和7、T型网络开关8组成，控制群III由8位控制器9、16位控制器10、射频接收器11、无线遥控器12、智能监控器13和远程应答器14组成；智能监控器13由X-10协议模块15、E2PROM模块17、输入模块18、编程模块19、CPU20、液晶显示模块21、定时器22、射频发射接收模块23组成；远程应答器14由射频发射接收模块24和X-10协议模块16组成；智能监控器13中的X-10协议模块15通过电力网IV与网络开关群II中的R型网络开关6和7、T型网络开关8连接传递监控信息，智能监控器13只占用X-10协议的一个物理地址，X-10协议共有256个地址，其余255个用电器件的地址信息存储在E2PROM模块17中；远程应答器14中的射频发射接收模块24接受智能监控器13的监控指令，并通过X-10协议模块16与网络开关群II中的R型网络开关6和7、T型网络开关8连接传递监控信息；智能监控器13和远程应答器14在本系统中可以在任意位置接入电力网IV；用电器件群I中的用电器件、网络开关群II中的网络开关、控制群III中的监控器件的数量和种类可依据实际应用的需求选择。
上述的基于X-10协议的智能电力载波监控系统的应用，其特征在于，智能监控器13从输入模块18输入的指令，通过CPU20的协作处理，从E2PROM模块17中取出对应用电器件的控制指令，传给X-10协议模块15，智能监控器13的一个X-10物理地址转换为动态地址，这一动态地址通过X-10协议与其余255个用电器件的网络开关交换信息，对255个用电器件进行控制；CPU20从E2PROM模块17中取出控制指令传给X-10协议模块15的同时，将相应的控制指令通过液晶显示模块21显示出来，实现对用电器件的监视；CPU20也可将E2PROM模块17中取出的控制指令，通过射频发射接收模块23发射到远程应答器14，远程应答器14由射频发射接收模块24接收响应的控制指令，并通过X-10协议模块16与网络开关群II中的R型网络开关6和7、T型网络开关8传递监控信息，对用电器件实施有线监控；CPU20在输入模块18、编程模块19以及定时器22的支持下进行编程，能够完成任务处理、条件控制、逻辑控制、定时控制的编程指令，CPU20可依照开发人员或操作人员设定的程序，将此类编程指令按照X-10协议要求打包执行任务，通过X-10协议模块15、远程应答器14完成对用电网络的智能控制过程；网络开关群II中的R型网络开关6和7、T型网络开关8将用电器状态信息发回给智能监控器13，这些信息经CPU20处理，在液晶显示器21上显示出来，液晶显示器21用于显示所有信息，包括系统菜单、键盘操作命令、系统信息；智能监控器13和远程应答器14，具备电力载波网络控制器和网络开关的基本功能，它们之间通过X-10协议传递监控指令，整体构成一个资源共享、交叉控制的综合网络。
上述的基于X-10协议的智能电力载波监控系统的应用，其特征在于，所述的智能监控器13不与电力网IV连接时，直接通过远程应答器14对电力网IV实施无线监控。
上述的基于X-10协议的智能电力载波监控系统及应用集软件功能、智能控制、系统监视、短距离无线控制于一体，充分利用了电力载波控制系统的控制功能和资源优势，扩展了电力载波控制系统的监控功能，不但使基于X-10协议的智能电力载波监控系统适用于较大的复杂电力供应系统，还具有如下的特点：
1.优化系统资源扩展网络功能
上述的基于X-10协议的智能电力载波监控系统及应用的控制信息，是CPU20根据操作员的键盘指令或经过思维而独立发出的。被控用电器件的地址可以动态产生，而不是通过硬件电路完成。这样，系统就最大程度地利用了资源，当用电器数量很大时，比如200个，就不用安装200个按扭了，只用现在的元器件就足够了。最大程度地利用了X-10协议。
2.菜单式操作直观明了
上述的基于X-10协议的智能电力载波监控系统及应用的另一个重要特征是菜单式操作，系统中设计了专用液晶显示模块21。控制指令由输入模块18输入，通过操作系统发给被控用电器件的同时，也通过液晶显示模块21显示出来。显示方式为菜单式结构，可按电器分类显示，也可按照电器放置的区域显示，相应的操作系统具备单键翻屏选择功能，在选定控制器件之后，通过确认按键将指令传给操作系统并执行相应的操作。通过少数按键的复合操作完成指令输入，输入的指令又显示在屏幕上，操作简单、明了、直观。更重要的是充分利用按键的复合操作功能，将整个系统高度集成在便于手持的体积内，使用起来方便、灵活。这样一个操作简单、功能强大的智能操作系统，充分利用X-10协议和现有的电力网络，必将会得到广泛的普及和应用。
3.可视化监视安全可靠
上述的基于X-10协议的智能电力载波监控系统及应用不但可向网络中其它用电器发出控制命令，也可以查询并接受来自这些用电器的返回信息。当智能监控器13控制命令中包含查询命令时，网络开关群II中接收到指令的网络开关把自己当前的工作状态发送给智能监控器13，智能监控器13接收到该状态信息，经处理在液晶显示模块21显示出来，如果未接收到应答信息，则液晶显示模块21给出相应提示，如“不工作”。
利用这一功能，可以有几种方式了解用电器的工作状态。第一种方式是直接显示在液晶显示模块21的控制菜单中，比如在控制菜单中选择电视，按下确认键，下面应有“开启”、“关闭”和“不工作”三个状态，亮条所在的状态是电器目前的工作状态。第二种方式是在液晶显示模块21的主菜单中设立一个“状态检查”的子菜单，“状态检查”的子菜单中有“开启”、“关闭”、“不工作”三个选项，选择“开启”选项可列出目前正在工作的所有电器，并且可以直接改变某个用电器的当前状态，无须返回主菜单中再执行控制命令，依次类推。第三种方式也在液晶显示模块21的一个子菜单中实现，这个子菜单我们称之“监控矩阵”，为此我们专门开发了一个软件模块，16×16个矩阵方框对应网络用电器的256个地址，亮的方框对应正在工作的电器的地址，这样当系统中的用电器件较多时，操作者可以对系统的工作状态有一个直观的了解。三种方式可依据操作者意图随意选择，为其提供最简单、明了的监控方式。
系统的监视功能还可为控制操作安全的操作保障，比如高档的音响系统或家庭影院中，一般都有一个先关闭功放然后关闭碟机的操作要求，如操作者冒然的去关碟机的话，系统会给出“请先关闭功放”的提示，因此，在碟机的选项可以直接完成先关闭功放后关闭碟机的操作，如此一来，可以对一些有特殊操作要求的高档电器起到安全保护的作用。
4.软件功能智能化控制
上述的基于X-10协议的智能电力载波监控系统及应用中，智能监控器13在CPU20、输入模块18、编程模块19以及定时器22的支持下进行编程，能够完成任务处理、条件控制、逻辑控制、定时控制的编程指令，CPU20可依照开发人员或操作人员设定的程序，将此类编程指令按照X-10协议要求打包执行任务，通过X-10协议模块15、远程应答器14完成对用电网络的智能控制过程。
任务处理  用户可以把经常使用的一系列固定操作定义为一个“任务”，比如任务“休息”就意味着需要关门、关灯、关闭其他用点设备、启动定时唤醒装置等等，任何一个操作者只要执行任务“休息”，就可以准确无误地执行以上一系列操作。又比如全开、全关，可由开发人员直接设定在系统中，为操作人员提供更加便利的操作。
条件控制  用户可以为某些操作设定一些条件，禁止一些非法操作。前面提到的碟机和功放的控制就是一个典型的条件控制过程。
逻辑控制有些用电器的操作需要其它用电器的配合，如用户“打开空调”时，系统将建议用户“目前窗户未关，请检查”，这样可以保证电器系统的合理工作。
定时控制  系统中设有定时器22，可以按用户的需要定时启动或关闭一些用电设备。
所有这些智能操作，需要用户预先进行简单的设置，由于有系统提供的编程模块5的支持，这项工作非常简单，几乎不需要学习。
另外，X-10协议是建立在电力载波网上的通讯协议，只要在局域用电网络的入口处安装阻波器，就可以有效的避免外界信号与网内信号的相互干扰。所以，将电力载波监控系统应用于电器数量较多、环境相对复杂用电系统中，网络的安全性是有保障的。
5.短距离无线遥控使用灵活方便
上述的基于X-10协议的智能电力载波监控系统及应用中，智能监控器13在射频发射接收模块23支持下，可通过电磁波传送和接收监控指令，远程应答器14在射频发射接收器24的支持下，同样可通过电磁波传送和接收监控指令，只要在电力网的任何位置接入远程应答器14，智能监控器13无须接入电力网也可通过远程应答器14以无线遥控的方式与网络其他用电器交换信息并完成前述中所有的监控操作，操作人员也可随身携带智能监控器13，在无线电磁波发射功率容许的范围内完成对系统的监控操作。
6.用途广泛潜力巨大
上述的基于X-10协议的智能电力载波监控系统及应用中监视功能还可随着X-10产品的开发逐步完善，比如目前各国都致力于电力载波抄表系统的开发，如果这样的产品达到成熟应用的程度，智能电力载波监控系统也可升级到对网络用电电流或用电功率的实时监测，为网络的安全运行提供更高的保障。
上述的基于X-10协议的智能电力载波监控系统及应用中可以轻松支持多达255台的网络用电器，它就可以轻易突破电力载波控制系统仅仅在智能家居这样一些简单用电系统中的应用，使其广泛地适用相对复杂的用电系统，比如舞台演出、多功能会议室、歌舞厅、汽车、写字楼、小型工厂等各种局域电力网络。
附图说明
图-1为基于X-10协议的智能电力载波监控系统及应用示意图，其中I为用电器件群、II为网络开关群、III控制群、IV电力网；用电器件群I中1、2、3、4、5为任选的用电器件，网络开关群II中6和7为R型网络开关、8为T型网络开关，控制群III中9为8位控制器、10为16位控制器、11为射频接收器、12为无线遥控器、13为智能监控器、14为远程应答器。
图-2是电力载波智能监控系统结构图，其中13为智能监控器、14为远程应答器；智能监控器13中15为X-10协议模块、17为E2PROM模块、18为输入模块、19编程模块、20为CPU、21为液晶显示模块、22为定时器、23为射频发射接收模块；远程应答器(14)中，16为X-10协议模块、24为由射频发射接收模块。
具体实施方式
实施方式1：
步骤1：智能监控器13中的CPU20、编程模块19和定时器22选取Philip集成模块P87LPC767，输入模块18选取Intel的8279键盘控制器，E2PROM模块17选取与P87LPC767接口简单、具有I2C总线功能的串行E2PROM×24C64，液晶显示模块21取240*120点阵的可显示六行汉字的液晶显示模块TPLCM240128T；X-10协议模块15用标准的X-10模块，射频发射接收模块23选取调制与发射接收集为一体的无线发射接收模块RF-2000；远程应答器14的设计中射频发射接收模块24取调制与发射接收集为一体的无线发射接收模块RF-2000，X-10协议模块16用标准的X-10模块，依据各模块的功能并按照附图2所示的连接关系，经软硬件调试，将其集成；
步骤2：用电器件群I中选取5个用电器件，网络开关群II中选取2个R型开关和1个T型开关，将控制群III中的并有步骤1集成好的智能监控器13和远程应答器14接入处于相同空间场所的电力网IV；
步骤3：将步骤2的基于X-10协议的智能电力载波监控系统应用于一个多媒体教室，上述5个用电器件分别为灯光组、投影仪、电动屏幕、电动窗帘和空调，用一个R型网络开关控制灯光组，用另一个R型网络开关控制空调，用T型网络开关控制投影仪、电动屏幕和电动窗帘，这样开关即可各自控制相应电器，然后将远程应答器14接入电力网IV，智能监控器13发出的监控指令，传给远程应答器14，远程应答器14再将指令传给R型网络开关和T型网络开关，R型网络开关和T型网络开关接收到相应的指令将灯光组、投影仪、电动屏幕、电动窗帘和空调打开或者关闭，智能监控器13就可通过远程应答器14对多媒体教室用电网络进行统一的无线监控。
以下实施方式2、3、4的其它内容同实施方式1。
实施方式2：亦可将智能监控器13直接接入电力网IV，智能监控器13发出的监控指令，直接传给R型网络开关和T型网络开关，对实施方式1的多媒体教室用电网络进行统一的有线监控。
实施方式3：用电器件群I中选取18个用电器件，网络开关群II中选取12个R型开关和2个T型开关，将控制群III中的智能监控器13和远程应答器14接入处于不同空间场所的电力网IV。
实施方式4：用电器件群I中选取200个用电器件，网络开关群II中选取50个R型开关和50个T型开关，将控制群III中的智能监控器13和远程应答器14接入处于不同空间场所的电力网IV。

Claims (3)

1.一种基于X-10协议的智能电力载波监控系统，其特征在于由用电器件群(I)、网络开关群(II)、控制群(III)、电力网(IV)四部分组成，其中用电器件群(I)任选用电器件(1)、(2)、(3)、(4)、(5)组成，网络开关群(II)由R型网络开关(6)和(7)、T型网络开关(8)组成，控制群(III)由8位控制器(9)、16位控制器(10)、射频接收器(11)、无线遥控器(12)、智能监控器(13)和远程应答器(14)组成；智能监控器(13)由X-10协议模块(15)、E2PROM模块(17)、输入模块(18)、编程模块(19)、CPU(20)、液晶显示模块(21)、定时器(22)、射频发射接收模块(23)组成；远程应答器(14)由射频发射接收模块(24)和X-10协议模块(16)组成；智能监控器(13)中的X-10协议模块(15)通过电力网(IV)与网络开关群(II)中的R型网络开关(6)和(7)、T型网络开关(8)连接传递监控信息，智能监控器(13)只占用X-10协议的一个物理地址，X-10协议共有256个地址，其余255个用电器件的地址信息存储在E2PROM模块(17)中；远程应答器(14)中的射频发射接收模块(24)接受智能监控器(13)的监控指令，并通过X-10协议模块(16)与网络开关群(II)中的R型网络开关(6)和(7)、T型网络开关(8)连接传递监控信息；智能监控器(13)和远程应答器(14)在本系统中可以在任意位置接入电力网(IV)；用电器件群(I)中的用电器件、网络开关群(II)中的网络开关、控制群(III)中的监控器件的数量和种类可依据实际应用的需求选择。
2.按照权利要求1所述的基于X-10协议的智能电力载波监控系统的应用，其特征在于，智能监控器(13)从输入模块(18)输入的指令，通过CPU(20)的协作处理，从E2PROM模块(17)中取出对应用电器件的控制指令，传给X-10协议模块(15)，智能监控器(13)的一个X-10物理地址转换为动态地址，这一动态地址通过X-10协议与其余255个用电器件的网络开关交换信息，对255个用电器件进行控制；CPU(20)从E2PROM模块(17)中取出控制指令传给X-10协议模块(15)的同时，将相应的控制指令通过液晶显示模块(21)显示出来，实现对用电器件的监视；CPU(20)也可将E2PROM模块(17)中取出的控制指令，通过射频发射接收模块(23)发射到远程应答器(14)，远程应答器(14)由射频发射接收模块(24)接收响应的控制指令，并通过X-10协议模块(16)与网络开关群(II)中的R型网络开关(6)和(7)、T型网络开关(8)传递监控信息，对用电器件实施有线监控；CPU(20)在输入模块(18)、编程模块(19)以及定时器(22)的支持下进行编程，能够完成任务处理、条件控制、逻辑控制、定时控制的编程指令，CPU(20)可依照开发人员或操作人员设定的程序，将此类编程指令按照X-10协议要求打包执行任务，通过X-10协议模块(15)、远程应答器(14)完成对用电网络的智能控制过程；网络开关群II中的R型网络开关(6)和(7)、T型网络开关(8)将用电器状态信息发回给智能监控器(13)，这些信息经CPU(20)处理，在液晶显示模块(21)上显示出来，液晶显示模块(21)用于显示所有信息，包括系统菜单、键盘操作命令、系统信息；智能监控器(13)和远程应答器(14)，具备电力载波网络控制器和网络开关的基本功能，它们之间通过X-10协议传递监控指令，整体构成一个资源共享、交叉控制的综合网络。
3.按照权利要求1所述的基于X-10协议的智能电力载波监控系统的应用，其特征在于，所述的智能监控器(13)不与电力网(IV)连接时，直接通过远程应答器(14)对电力网(IV)实施无线监控。
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