CN202339377U - 一种用于网络家电的电能计量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于网络家电的电能计量装置，所述装置包括电能计量单元、上行通讯单元、主控单元、电源管理单元，其中：电能计量单元，分别与主控单元和网络家电相连，用于向网络家电供电，测量并保存网络家电的电能计量信息；上行通讯单元，与主控单元相连，用于与家庭网络进行通讯；电源管理单元，用于获取市电电源输入并转换为用于网络家电的电能计量装置所需的直流电源，然后分别对电能计量单元、上行通讯单元和主控单元进行供电；主控单元，管理电能计量单元和上行通讯单元，控制上行通讯单元从家庭网络获取查询网络家电的用电信息的指令并将网络家电的电能计量信息反馈给该家庭网络。本实用新型可以实现对网络家电耗能情况进行监测。

Description

一种用于网络家电的电能计量装置

技术领域

本实用新型涉及网络家电技术领域，尤其涉及一种用于网络家电的电能计量装置。 

背景技术

国家发展和改革委员会于2006年12月17日发布了网络家电行业标准：QB/T 2836-2006，网络家电正式进入百姓家庭。所谓网络家电是指：在家庭网络环境下实现信息互联互通或互操作的家用电器产品。网络家电必须运行在家庭网络环境中，与家庭网络一起组成网络家电系统。网络家电与家庭网络的连接可采用以下三种形式，分别如图1、图2、图3所示。其中图1所示结构在具有较大数据流量的网络家电中使用，例如网络电视；对于主要通过家庭网络进行远程查询和控制的网络家电，主要采用图2或图3所示的结构，例如网络空调、冰箱、洗衣机等。不管采用图2还是图3所示的连接模式，通讯模块与家电内的电气控制主板都是两个独立模块，采用相同的通讯协议，只是通讯模块相对于家电内电气控制主板之间的物理位置不同而已。 

通讯模块与家电侧的接口形式在QB/T 2836-2006中已经明确为四线制异步串行通讯方式；通讯模块与家庭网络间的通讯可以采用多种方式，如电力线载波、微功率无线、Zigbee等方式。 

基于现有通讯模块的网络家电系统，实现了对家用电器的远程状监控，但只是监控形式的变化，并没有拓宽监控的内容。比如，不能实现家用电器的分类电能计量，消费者不能分析电能消耗分布，也就不能有针对性地调整用电习惯；不能查询网络家电的实时耗能情况，也就无法制定有针对性的电能使用策略；现有通讯模块本身也不具备控制功能，也不能对家用电器实施闭环用电控制。 

随着低碳节能意识的深入，消费者对于精细用电、合理用电的要求越来越强烈。聪明的消费者除了要知道家庭的总用电量以外，还要知道所用电能的时间分布和用途分布，以调整用电习惯，在不降低用电质量的前提下节约用电；电能生产和调度企业，也希望通过引导消费者合理用电，尽量提高用电负荷率，以更少的电能产量满足同样质量的社会生产和生活用电需求，提高国家的能源利用率。达到以上目的前提是对电能的精细计量，不知 道电能的使用情况，就无法制定合理的节能策略，更无法衡量节约了多少。 

结合目前国家电网普遍性电力紧张的现状及网络家电的理念，对网络家电耗能情况进行监测并将监测结果实时传递至对应管理中心，作为制定用电管理策略的依据，是必要且可行的。 

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种用于网络家电的电能计量装置，以实现对网络家电耗能情况进行监测，其能耗计量结果可供查询并作为家庭和电能管理部门制定用电管理策略的依据。 

一方面，本实用新型实施例提供了一种用于网络家电的电能计量装置，所述用于网络家电的电能计量装置，包括电能计量单元、上行通讯单元、主控单元、电源管理单元，其中：所述电能计量单元，分别与所述主控单元和网络家电相连，用于向所述网络家电供电，测量并保存所述网络家电的电能计量信息；所述上行通讯单元，与所述主控单元相连，用于与家庭网络进行通讯；所述电源管理单元，用于获取市电电源输入并转换为所述用于网络家电的电能计量装置所需的直流电源，然后分别对所述电能计量单元、所述上行通讯单元和所述主控单元进行供电；所述主控单元，用于管理所述电能计量单元和所述上行通讯单元，控制所述上行通讯单元从家庭网络获取查询所述网络家电的用电信息的指令并将所述网络家电的电能计量信息反馈给该家庭网络。 

可选的，在本实用新型的一实施例中，所述用于网络家电的电能计量装置还包括下行通讯单元，所述下行通讯单元，与所述主控单元相连，用于与所述网络家电进行通讯；所述主控单元，还用于管理所述下行通讯单元，接收所述家庭网络的指令并进行判断，如果应由所述网络家电进行处理，则通过所述下行通讯单元转发，并将所述网络家电的处理结果转发至所述家庭网络。 

可选的，在本实用新型的一实施例中，所述下行通讯单元用于采用四线制通讯信号与所述网络家电进行通讯。 

可选的，在本实用新型的一实施例中，所述主控单元、所述电能计量单元和所述下行通讯单元通过微处理器PM-8000实现。 

可选的，在本实用新型的一实施例中，所述电源管理单元直接采用所述网络家电的控制主板上已有的12V直流电源，或者通过变压器将220V市电降压后再经过整流、滤波稳压得到12V直流电源。 

可选的，在本实用新型的一实施例中，所述上行通讯单元用于通过微功率无线通讯、或紫蜂Zigbee、或电力线载波与所述家庭网络进行通讯。 

可选的，在本实用新型的一实施例中，所述电能计量单元分别测量所述网络家电的工作电压和电流，然后计算并保存所述网络家电的电能计量信息包括：实时工作电压、电流、功率，日耗电量、月耗电量、季度耗电量和年耗电量。 

上述技术方案具有如下有益效果：本实用新型实施例将网络家电的电能计量与通讯功能整合在一起，远程监控中心通过家庭网关对每一台联网的家用电器，除了可进行原有的工作状态查询与操作控制外，还可实时查询家用电器的电能计量信息，包括：实时工作电压、电流、功率、功率因数，日耗电量、月耗电量、季度耗电量和年耗电量等，而扩充这些功能并不需要网络家电本身软件和硬件做任何修改。本实用新型实施例还能通过家庭网关接收控制指令并对网络家电实施能耗控制，电能管理部门可依赖该电能计量装置实施网络家电能源管理政策，为合理安排电能生产与调度提供信息支持和实施手段。 

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1是网络家电一体化结构示意图； 

图2是网络家电内置通讯模块式结构示意图； 

图3是网络家电外置通讯模块式结构示意图； 

图4为本实用新型实施例一种用于网络家电的电能计量装置结构示意图； 

图5为本实用新型第一应用实例用于网络家电的电能计量装置结构示意图； 

图6为本实用新型第二应用实例用于网络家电的电能计量装置结构示意图。 

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。 

如图4所示，为本实用新型实施例一种用于网络家电的电能计量装置结构示意图，所述用于网络家电的电能计量装置41，包括电能计量单元411、上行通讯单元412、主控单元413、电源管理单元414，其中：所述电能计量单元411，分别与所述主控单元413和网络家电相连，用于向所述网络家电供电，测量并保存所述网络家电的电能计量信息；所述上行通讯单元412，与所述主控单元413相连，用于与家庭网络进行通讯；所述电源管理单元414，用于获取市电电源输入并转换为所述用于网络家电的电能计量装置所需的直流电源，然后分别对所述电能计量单元411、所述上行通讯单元412和所述主控单元413进行供电；所述主控单元413，用于管理所述电能计量单元411和所述上行通讯单元412，控制所述上行通讯单元412从家庭网络获取查询所述网络家电的用电信息的指令并将所述网络家电的电能计量信息反馈给该家庭网络。 

如图5所示，为本实用新型第一应用实例用于网络家电的电能计量装置结构示意图，该装置51包括电能计量单元511、上行通讯单元512、主控单元513、电源管理单元514、下行通讯单元515；如图6所示，为本实用新型第二应用实例用于网络家电的电能计量装置结构示意图，该装置61包括电能计量单元611、上行通讯单元612、主控单元613、电源管理单元614、下行通讯单元615。优选的，所述用于网络家电的电能计量装置还包括下行通讯单元(参见图5中的515及图6中的615)，所述下行通讯单元，与所述主控单元相连，用于与所述网络家电进行通讯；所述主控单元，还用于管理所述下行通讯单元，接收所述家庭网络的指令并进行判断，如果应由所述网络家电进行处理，则通过所述下行通讯单元转发，并将所述网络家电的处理结果转发至所述家庭网络。如图5所示，所述下行通讯单元515用于采用四线制通讯信号与所述网络家电进行通讯。可选的，如图5所示，所述电源管理单元514通过变压器将220V市电降压后再经过整流、滤波稳压得到12V直流电源，或者如图6所示，所述电源管理单元614直接采用所述网络家电的控制主板上已有的12V直流电源。可选的，所述主控单元、所述电能计量单元和所述下行通讯单元通过微处理器PM-8000实现。可选的，如图5所示，所述上行通讯单元用于通过微功率无线通讯、或紫蜂Zigbee与所述家庭网络进行通讯；如图6所示，所述上行通讯单元用于通过电力线载波与所述家庭网络进行通讯。可选的，所述电能计量单元分别测量所述网络家电的工作电压和电流，然后计算并保存所述网络家电的电能计量信息包括：实时工作电压、电流、功率，日耗电量、月耗电量、季度耗电量和年耗电量。 

对应于上述装置实施例，本实用新型实施例还提供了一种用于网络家电的电能计量方 法，所述方法应用于上述网络家电的电能计量装置，该装置包括电能计量单元、上行通讯单元、主控单元、电源管理单元，所述方法包括：利用所述电源管理单元获取市电电源输入并转换为所述用于网络家电的电能计量装置所需的直流电源，然后分别对所述电能计量单元、所述上行通讯单元所述主控单元进行供电；利用所述电能计量单元测量并保存所述网络家电的电能计量信息；利用所述上行通讯单元与家庭网络进行通讯；利用所述主控单元管理所述电能计量单元和所述上行通讯单元，控制所述上行通讯单元从家庭网络获取查询所述网络家电的用电信息的指令并将所述网络家电的电能计量信息反馈给该家庭网络。 

可选的，在本实用新型的一实施例中，所述用于网络家电的电能计量装置还包括下行通讯单元，所述方法还包括：利用所述下行通讯单元与所述网络家电进行通讯；利用所述主控单元管理所述下行通讯单元，接收所述家庭网络的指令并进行判断，如果应由所述网络家电进行处理，则通过所述下行通讯单元转发，并将所述网络家电的处理结果转发至所述家庭网络。 

可选的，在本实用新型的一实施例中，所述利用所述上行通讯单元与家庭网络进行通讯，包括：利用所述下行通讯单元用于采用四线制通讯信号与所述网络家电进行通讯。 

可选的，在本实用新型的一实施例中，所述主控单元、所述电能计量单元和所述下行通讯单元通过微处理器PM-8000实现。 

可选的，在本实用新型的一实施例中，利用所述电源管理单元直接采用所述网络家电的控制主板上已有的12V直流电源，或者通过变压器将220V市电降压后再经过整流、滤波稳压得到12V直流电源。 

可选的，在本实用新型的一实施例中，所述利用所述上行通讯单元与家庭网络进行通讯，包括：利用所述上行通讯单元用于通过微功率无线通讯、或紫蜂Zigbee、或电力线载波与所述家庭网络进行通讯。 

可选的，在本实用新型的一实施例中，所述利用所述电能计量单元测量并保存所述网络家电的电能计量信息，包括：利用所述电能计量单元分别测量所述网络家电的工作电压和电流，然后计算并保存所述网络家电的电能计量信息包括：实时工作电压、电流、功率，日耗电量、月耗电量、季度耗电量和年耗电量。 

本实用新型应用实例可以采用最新SOC(System on a Chip，系统级芯片)技术，选用集成电能计量应用的微处理器PM-8000作为主控内核，在单处理器内实现了主控单元、电能计量单元和下行通讯单元的功能。芯片的深度集成，使得在现有模块的尺寸范围内实现电能计量等功能成为可能。 

电能计量单元分别测量家电的工作电压和电流，然后计算其实际耗电功率。由于工作电压相对稳定(220V)，经过电压互感器输出的信号动态范围窄，16bit A/D通道直接采集电压信号即可满足计量精度要求；相对于电压计量通道，电流计量通道的信号动态范围更大，采用PM-8000自动增益模拟量输入通道，可明显提高信噪比。 

下行通用单元直接利用PM-8000自带的通用异步串行接口，为了提高电能计量装置的安全性，在通讯链路中增加了光电耦合隔离电路。 

上行通讯单元可根据家庭网关下行接口所采用的协议选择组件，本方案可满足的协议包括：微功率无线通讯、Zigbee(紫蜂)、电力线载波等。 

本实用新型应用实例可以采用12V直流电源供电，总耗电电流小于100mA。电源管理单元可采取两种方案：一种是直接采用家电主控板已有的12V电源，可降低电能计量装置成本；另一种是通过变压器将220V市电降压后再经过整流、滤波稳压得到12V直流电源，这种方案适合于家电主控电路板无12V直流电源输出，或具备12V输出但不能再增加负载的情况。 

下面以本实用新型应用实例在网络空调中的应用为例，说明其工作过程。 

第一步，空调上电，按照网络家电组网协议自动完成设备注册，使空调可接受家庭网关的管理； 

第二步，电能计量单元开始工作，计算并保存实时工作电压、电流、功率，日耗电量、月耗电量、季度耗电量和年耗电量等用电信息； 

第三步，通过家庭网关面板或远程终端对空调状进行状态查询与工作模式设定。本实用新型应用实例首先判断指令内容，如果应该由空调进行处理，本实用新型应用实例直接将指令转发空调主板控制器；如果是查询空调的用电信息，本实用新型应用实例直接向家庭网关返回对应的所需的结果。如果本空调是与供电部门签约的受控补贴空调，且本实用新型应用实例收到的指令为空调负荷限制指令，则强制将空调的运行状态限制在供电部门限制的运行状态以内(比如设定温度不低于26摄氏度)，直到收到解除限制指令为止； 

本实用新型应用实例技术方案带来的有益效果：本实用新型应用实例将网络家电的电能计量与通讯功能整合在一起，远程监控中心通过家庭网关对每一台联网的家用电器，除了可进行原有的工作状态查询与操作控制外，还可带来以下有益效果： 

1.实现了家用电器独立实时用电计量，为家庭合理用电提供了决策和评估依据。采用本实用新型应用实例后，用户可查询到网络家电的用电信息包括：实时工作电压、电流、功率，日耗电量、月耗电量、季度耗电量和年耗电量等；用户根据以上信息，可分析出能 够实现节约用电的关键环节。 

2.可依赖本实用新型应用实例实施网络家电能源管理政策，为电能管理部门合理安排电能生产与调度提供信息支持和实施手段。利用联网家电的电能计量信息，电能管理部门可采取措施引导消费者合理用电，使电能生产和消费更加和谐，例如：实施实时峰谷电价，实时结算电能消费量，引导消费者错峰用电；实施网络家电分类电价，对生活必须的照明系统实施低电价，对空调、采暖等奢侈用电系统实施高电价，这种电价策略尤其可向宾馆、酒店等能源浪费严重的场所推广；实施家电受控补贴计划，在区域内用电尖峰时刻，允许供电企业通过远程控制限制签约家电使用，以提高区域电能负荷率，降低废电量，实现节能减排。 

本领域技术人员还可以了解到本实用新型实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrative components)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本实用新型实施例保护的范围。 

本实用新型实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。 

本实用新型实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。 

在一个或多个示例性的设计中，本实用新型实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电脑、双绞线、数字用户线(DSL)或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片(disk)和磁盘(disc)包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。 

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种用于网络家电的电能计量装置，其特征在于，所述用于网络家电的电能计量装置，包括电能计量单元、上行通讯单元、主控单元、电源管理单元，其中：

所述电能计量单元，分别与所述主控单元和网络家电相连，用于向所述网络家电供电，测量并保存所述网络家电的电能计量信息；

所述上行通讯单元，与所述主控单元相连，用于与家庭网络进行通讯；

所述电源管理单元，用于获取市电电源输入并转换为所述用于网络家电的电能计量装置所需的直流电源，然后分别对所述电能计量单元、所述上行通讯单元和所述主控单元进行供电；

所述主控单元，用于管理所述电能计量单元和所述上行通讯单元，控制所述上行通讯单元从家庭网络获取查询所述网络家电的用电信息的指令并将所述网络家电的电能计量信息反馈给该家庭网络。

2.如权利要求1所述用于网络家电的电能计量装置，其特征在于，所述用于网络家电的电能计量装置还包括下行通讯单元，

所述下行通讯单元，与所述主控单元相连，用于与所述网络家电进行通讯；

所述主控单元，还用于管理所述下行通讯单元，接收所述家庭网络的指令并进行判断，如果应由所述网络家电进行处理，则通过所述下行通讯单元转发，并将所述网络家电的处理结果转发至所述家庭网络。

3.如权利要求2所述用于网络家电的电能计量装置，其特征在于，所述下行通讯单元用于采用四线制通讯信号与所述网络家电进行通讯。

4.如权利要求2所述用于网络家电的电能计量装置，其特征在于，所述主控单元、所述电能计量单元和所述下行通讯单元通过微处理器PM-8000实现。

5.如权利要求1所述用于网络家电的电能计量装置，其特征在于，所述电源管理单元直接采用所述网络家电的控制主板上已有的12V直流电源，或者通过变压器将220V市电降压后再经过整流、滤波稳压得到12V直流电源。

6.如权利要求1所述用于网络家电的电能计量装置，其特征在于，所述上行通讯单元用于通过微功率无线通讯、或紫蜂Zigbee、或电力线载波与所述家庭网络进行通讯。 

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