CN202339499U - 家庭用电智能控制系统和控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于单片机应用技术和电能计量领域，公开了一种实现家庭用电智能控制的控制系统及控制器，所述的控制系统由检测单元、执行单元、输入单元、显示单元、控制单元等组成，该控制系统通过在各用电线路中分别设置检测并向控制单元输出用电线路状态信息的检测单元和根据控制单元指令控制用电线路通断的执行单元，进而实现控制单元根据用电线路状态信息，结合控制单元默认设置及用户预设用电规划，对各用电通道进行智能化控制。该控制系统在硬件的基础上结合软件，实现用户户内用电的智能控制，结构合理、功能强大、智能化程度高。

Description

家庭用电智能控制系统和控制器

技术领域

本实用新型属于单片机应用技术和电能计量领域，涉及实现家庭用电智能控制的控制系统，本实用新型的推广应用，有利于节约能源，提高用户用电的科学性和安全性。 

背景技术

从闸刀开关加保险丝到自动空气断路器全面推广应用，是家庭用电控制的一大进步。随着人民生活水平的不断提高，家用电器种类迅速增加，家庭用电量也随之快速攀升。在倡导节能和精确控制的今天，智能化是家庭用电控制的必然追求。 

多数家用电器待机时内部仍有部分线路在工作，待机耗电可能浪费掉电器用电的10％以上。电热水器等的大功率电器使用在城市家庭中已十分普遍，错峰用电对减小电网负荷、节约家庭用电开支非常有利；预约控制对改变长时间保温耗电有特殊意义。要求不同时期的全部电器都配备智能控制装置是不现实的，在家庭供电集中布线普遍推行的今天，设计智能化的家庭用电控制系统，不仅可以弥补各个电器在预约控制、精确控制、计划用电方面的不足，还可明显提升家庭节能用电控制水平，给人们带来更多的方便和更安全的保护。 

我国目前主流的家庭用电智能终端产品主要包括家庭安全防范和报警功能、短信息接收功能、简单的开关(遥控)控制功能、脉冲表具自动读取功能，个别产品还集成了网络集线器(HUB)、楼宇对讲系统等。家庭用电管理主要包括电能计量和用电控制。以往电能计量功能主要由电能表实现，其功能单一，不具备控制功能；用电控制器一般仅仅实现了分时用电、限额(功率)用电及断路器功能，智能化程度不高；用户户内家用电器的控制只是针对特定对象的单一性控制，过于分散，不利于用户对户内用电的合理调度和管理。 

因此，提出一种家庭用电智能控制方法及其控制系统，对于室内用电精细化控制、智能化检测、合理计划用电等，实现节约用电、计划用电、安全用电，推进室内用电控制低压电器的更新换代，具有明显实用价值和现实意义。 

发明内容

本实用新型的目的是针对现有家庭用电管理分散、功能单一、控制智能化水 平较低等问题，提供了一种家庭用电智能控制系统， 

实现上述目的所采用的技术方案是：一种家庭用电智能控制系统，其特征在于，包括： 

检测单元，包括电流检测部件，设置在用电线路中，即时检测用电线路的用电状态，并将用电状态信号输出至控制单元； 

执行单元，包括通断执行部件，设置在用电线路中，接收控制单元的执行信号，并根据控制单元的执行信号执行接通或断开用电线路的操作； 

输入单元，包括输入设备，向控制单元传送用户输入的信息数据，所述输入设备包括信号触发器件、输入信号处理电路、信号输出接口； 

显示单元，包括显示设备，接收控制单元的显示信号，并根据控制单元的显示信号在显示设备的屏幕上显示相应的文字或界面信息； 

控制单元，执行控制程序，接收并处理检测单元和输入单元输出的信号，向存储单元读取或写入数据，根据用户指令输出数据到显示单元，根据程序指令向执行单元输出执行脉冲。 

所述检测单元包括分别设置在各用电线路中的多个电流检测部件，所述电流检测部件的输出端接所述控制单元对应的电流检测信号输入端口。所述电流检测部件可以选择宽量程电流传感器或互感器。 

所述执行单元包括分别设置在各用电线路中的多个通断执行部件，所述通断执行部件的触发控制端接所述控制单元对应的执行信号输出端口。具体的说，所述通断执行部件应该包括串连在用电线路中的开关机构、开关机构的操作机构，所述开关机构的操作机构信号输入端即为触发控制端，接所述控制单元对应的信号输出接口。所述开关机构的操作机构可以选择双稳态电磁吸合机构或带机械自锁结构的电磁吸合机构。 

作为改进，所述电流检测部件和通断执行部件可以集成在一个检测执行模块。如实用新型ZL201020120138.2所公开的模块。不仅便于安装，更节能环保、可靠。 

所述显示设备包括信号输入接口、显示信号处理电路、显示屏。 

所述控制单元包括控制器和控制程序。 

所述控制器，包括控制核心和外围辅助电路。 

所述控制核心包括： 

存储器，用于存储控制程序、程序数据及用户数据； 

处理器，用于执行控制程序，并根据程序指令读取相应数字接口的数据或向指定数字接口发送数字信号； 

接口扩展电路，包括多个具有处理器可识别的独立地址的数字接口。 

所述外围辅助电路包括： 

电流检测处理模块，其输入端接电流检测部件的电流信号输出端，输出端通过数字接口与处理器连接，用于接收检测单元的电流信号并对其进行处理后输出给处理器； 

通断控制模块，其输入端通过数字接口与处理器连接，输出端接通断执行部件的执行信号输入端，用于接收并处理处理器发出的控制信号并向指定的设置在用电线路中的通断执行部件发送执行脉冲； 

以及，电源模块，向控制器各模块或电路提供工作电压。 

所述电流检测处理模块包括N个电流处理电路，每个电流处理电路输入端接一个电流检测部件的电流信号输出端。 

由于电流检测部件输出的电流信号一般为较小的模拟信号，为使处理器可识别，一般需将其放大并转换为数字信号，因此，所述电流处理电路至少应包括运放电路和模数转换电路。另外，为了实现控制系统即可以检测待机状态下的小电流，又可以检测短路状态下的大电流，本实用新型还特别在电流处理电路中设计了增益调节电路，所述增益调节电路包括两个由处理器控制的开关切换电路，分别连接在运放电路前后，其中第一开关切换电路的输入端接设置于用电线路中的电流检测器件电流输出端，所述第一开关切换电路的输出端接运放电路输入端，所述运放电路输出端接第二开关切换电路的输入端，所述第二开关切换电路的输出端接模数转换电路输入端，所述模数转换电路的输出端通过数字接口与处理器连接。所述两个开关切换电路的开关器件控制端由处理器通过数字端口控制。 

所述通断控制模块包括数量与所述电流处理电路相等的执行脉冲输出电路，所述执行脉冲输出电路的输入端通过数字接口与处理器连接，每个执行脉冲输出电路的输出端接一个通断执行部件的控制信号输入端。 

作为改进，所述控制器还可以包括一家庭用电总体参数测量模块，以实现电网电压检测、各用电线路电能计量等目的。所述总体参数测量模块至少应包括一电流采样电路、一电压采样电路、及一电能计量控制芯片。 

作为改进，所述控制器还包括声光报警模块、计算机通信接口、网络连接接口。 

此外，也可以将所述显示设备、输入设备和存储器集成在控制器上作为控制器的一部分，为了便于操作并减少显示和输入设备占用空间，所述显示设备优选触摸屏，而所述输入设备则为所述触摸屏的触摸板。 

所述控制程序包括： 

初始化模块，开机默认启动，初始化控制器的基本寄存器默认配置、系统实时时钟默认设置、系统参数默认设置、各通道参数默认设置、用户用电信息默认设置； 

数据采样模块，由主程序启动，巡回采样各电流检测部件对应的数字接口的数字信号供数据处理模块使用； 

数据处理模块，由数据采样模块启动，调取数据采样模块获得的数字信号进行运算和处理； 

显示信号输出模块，由其它模块调用启动，根据调用模块输出的指令向显示设备输出相应的文字或界面信息数据； 

输入接口采样模块，开机默认启动，巡回扫描输入设备接口，判断和识别用户输入信号，根据用户输入信号，启动相应的模块，或将用户输入信号发送给请求该信号的模块； 

数据存储模块，由数据处理模块调用启动，保存数据处理模块得出的重要用电信息，以备后续步骤和用户的需要。用户可以根据需要选择查看这些信息，或者通过计算机通信接口、网络连接接口传输到计算机中； 

通断执行模块，由其它模块调用启动，指示处理器向特定通断执行部件发出执行脉冲，启动通断执行部件。 

所述数据处理模块包括电流有效值计算、短路判断、用电判断、电流电压相位差计算、智能提示等子模块。 

所述电流有效值计算子模块。对数据采样模块获得的数字信号进行计算，得出电流有效值，对应得出线路实际工作电流的大小，为其它判断子模块提供数据。 

所述短路判断子模块，由电流有效值计算子模块启动，将电流有效值计算子模块得出工作电流有效值与短路状态参考进行比较，判断线路是否处于短路状态，若是，则调用启动通断执行模块，若否，则启动用电判断子模块。 

所述用电判断子模块。将电流有效值计算子模块得出工作电流有效值依次与峰谷电参考值、待机用电参考值、用电极限参考值、计划用电参考值进行比较，并根据比较结果启动数据存储模块或通断执行模块。 

所述电流电压相位差计算子模块。用于计算电流与电压之间的相位差，为智能提示子模块提供数据依据。 

所述智能提示子模块，利用电流有效值计算子模块得出工作电流有效值和所述电流电压相位差计算子模块计算得到的数据对用电线路的质量做出提示，主包括以下四个子模块：工作状态提示子模块，劣质电器提示子模块，无功功率提示子模块和大功率连续工作提示子模块。其中，工作状态提示子模块用于判断当前用电线路的工作状态，包括关机状态、待机工作状态、额定工作状态、长期工作状态、超负荷工作状态，通过绿色、黄色指示灯和设置相应的参数对用户做出提示；劣质电器提示子模块根据当前用电线路的品质因素判断该线路中是否有劣质电器在工作，通过绿色、红色指示灯和设置相应的参数对用户做出提示；无功功率提示子模块通过计算得出用电线路的无功功率，在超出一定限度时调用显示模块，通过显示设备将其显示出来用以提醒用户；大功率连续工作提示子模块通过对用电线路工作电流的一定时段内的检测，判断该用电线路是否有大功率器件在长期工作，通过红色指示灯和相关参数的LCD显示提醒用户。 

作为改进，为了提高系统的安全性，还可以在控制程序中增加安全控制模块。 

所述安全控制模块，由输入接口采样模块启动，调用显示信号输出模块，提示用户输入操作密码； 

作为改进，为提高系统的实用性，增加系统可定制性，优化系统性能，也可以在控制程序中增加用户功能模块。 

所述用户功能模块，由输入接口采样模块启动，提示用户选择相应功能并进行可行的操作； 

所述用户功能模块包括：参数显示、参数设置、控制操作和联机通信四个子模块。其中，参数显示子模块用于显示重要参数信息，包括用电器工作状态、工作时间、消耗能量等；参数设置子模块用于用户设置参数，如密码设置、实时时间设置、计划用电设置、阈值门限设置等；控制操作子模块用于控制操作，用户可直接选择控制系统的工作模式、选择开通或者关断用电线路、消除报警等；联机通信子模块用于实现控制系统和计算机的通信，包括数据的传输和程序的下 载。 

作为改进，还可以在控制程序中增加报警模块。由数据处理模块启动，用于在用电线路工作异常(如短路或者某些指标超出规定限度)的情况下发出警报，提醒用户注意用电安全。 

作为改进，所述检测单元还包括一设置在进户线干路上的泄漏电流检测部件，如剩余电流互感器。所述控制器还包括漏电检测模块，所述漏电检测模块接收设置在进户线干路上的剩余电流互感器泄漏电流信号，经放大处理和模数转换后发送至处理器。处理器采样到漏电检测模块的泄漏电流信号后，向所有通断执行部件发出断开线路的指令，断开所有用电线路。 

另外，也可以同时，所述执行单元还包括一设置在进户线干路上的总控通断执行部件。处理器采样到漏电检测模块的泄漏电流信号后，向设置在进户线干路上的总通断执行部件发出断开线路的指令，总控通断执行部件执行指令断开主干路。 

作为另一种改进，在本实用新型的控制系统中，漏电检测功能还可以通过另一种方式实现，即所述检测单元包括与所述电流检测部件一一配伍的多个泄漏电流检测部件，如剩余电流互感器。同时改进控制器电流检测处理模块，在其中增加与所述电流处理电路数量相同的泄漏电流处理电路。所述泄漏电流处理电路至少应包括放大电路和模数转换电路，其中放大电路输入端接泄漏电流检测部件输出端，输出端接模数转换电路输入端，模数转换电路输出端通过数字接口接处理器。 

基于上述任一种方式实现漏电检测功能，都还需要改进控制程序，一方面改进数据采样模块，使处理器巡回采样各电流检测部件对应的数字接口的同时或之后或交替采样泄漏电流检测部件对应的数字接口的数字信号。另一方面改进数据处理模块，增加漏电判断子模块，根据数据采样模块从泄漏电流检测部件对应的数字接口采样获得的数字信号判断主干路或泄漏电流检测部件所在用电线路是否存在泄漏电流，当结果为“是”时，指示处理器向总控通断执行部件或相应用电线路中的通断执行部件发出执行脉冲，启动通断执行部件。 

上述两种实现漏电检测功能的方式各有优劣，第一种方式通过一个泄漏电流检测部件检测整个户内电网的任一处发生泄漏电流，线路结构简单，元器件数量少，当户内用电线路较多时，可明显节省成本。但是智能化程度低，不能够识别 漏电所在用电线路，不利于锁定漏电位置进行故障排除。第二种方式通过在用电线路中设置独立的泄漏电流检测部件，配合各用电线路中的通断执行部件，实现各用电线路的单独漏电保护。当某一用电线路发生电流泄漏时，不影响其它用电线路正常工作。而且故障位置被限定在单一用电线路内，容易找出并排除故障。缺点是成本较高。 

本实用新型的家庭用电智能控制系统，在硬件的基础上结合软件，实现用户户内用电的智能控制。利用分时通道扫描方法，时时监控各用电线路用电状态。借助专用集成电能计量控制芯片，实现用电通道电能准确计量。通过结合时间设定的峰谷电控制、小电流检测和智能判断待机电器通断控制、预约式计划用电控制等，实现户内节约用电。通过超限检测保护控制、电流分析和功率成分分析、状态自动提示报警等，实现安全用电。通过对用电线路的监测和数据分析，判断用电器的工作状态，提醒用户注意用电器的维护，以延长用电器的使用寿命。通过用户用电信息的存贮和统计分析，使用户合理调度户内用电方式，实现科学用电。 

本实用新型相对于已有其它室内用电控制系统的主要优点如下： 

1.本系统取代现有空气断路器模块组合控制方式，以控制器为核心，设计集多通道电能计量、智能检测分析、人工设定与自动控制为一体的控制户内用电的完整系统。 

2.本系统节约用电、安全用电、预约计划用电功能兼备。 

3.本系统利用多路用电通道电流巡回检测方式，配以特定算法保障各通道用电计量，并按设定参数对照实现通断控制。 

4.本系统的电流检测和通断执行部件优选集成在一起的独立的专用标准模块(系列)，该模块可实现用电线路电流检测，执行通断控制操作。其中电流传感器具有低成本、宽范围、高灵敏度特点。 

5.本系统检测到的用电参数在软件处理的基础上可实现多种智能化的分析、统计、显示、提示、控制功能。 

6.本系统可实现进户用电的集中化、智能化的自动控制和管理，取代现有进户用电利用空气断路器分路控制，对于节能、安全用电、科学用电有重要的意义，具有广阔的应用前景。 

附图说明

图1为本实用新型家庭用电智能控制系统的原理框图； 

图2为本实用新型家庭用电智能控制系统的工作流程图； 

图3为图2中步骤(S3)数据处理与存储的具体实施流程图； 

图4为本实用新型家庭用电智能控制系统的功能框图； 

图5为本实用新型家庭用电智能控制系统电流检测处理模块的电流处理电路电路图； 

图6为控制所述电流处理电路的增益调节电路的数据锁存芯片一电路图； 

图7为控制所述电流处理电路的增益调节电路的数据锁存芯片二电路图； 

图8为控制所述电流处理电路的增益调节电路的数据锁存芯片三电路图； 

图9为控制所述电流处理电路的增益调节电路的数据锁存芯片四电路图； 

图10为实现图6-图9所示四个数据锁存芯片与处理进行通信的2/4译码器； 

图11为本实用新型家庭用电智能控制系统通断控制模块的第一组8个执行脉冲输出电路； 

图12为本实用新型家庭用电智能控制系统通断控制模块的第二组8个执行脉冲输出电路； 

图13为本实用新型家庭用电智能控制系统的总体参数测量模块； 

图14为本实用新型家庭用电智能控制系统控制器与计算机进行通讯的通讯模块电路； 

图15为本实用新型家庭用电智能控制系统控制器的时钟电路； 

图16为用于本实用新型家庭用电智能控制系统的液晶触摸屏接口电路。 

图17为本实用新型家庭用电智能控制系统控制器的漏电检测模块结构示意图。 

具体实施方式

以下参照附图，结合具体实施方式对本实用新型作进一步说明。 

图1是本实用新型的家庭用电智能控制系统的一种具体方案的原理框图。如图1所示，本例的智能家庭用电控制系统由电源、集成检测单元和执行单元的检测控制模块、设于进户线主干路上的泄漏电流检测部件和控制单元相互连接构成；所述控制单元包括硬件部分的控制器和软件部分的控制程序(配置在控制核心内)，所述控制器包括配置有控制程序的控制核心，并集成有总体参数测量模块、漏电检测模块、声光报警模块、计算机通信接口、网络连接接口、以及由N 个电流处理电路组成的电流检测处理模块和由N个执行脉冲输出电路组成的通断控制模块。所述控制核心包括处理器、存储器、大量可被处理器识别的数字接口，所述数字接口用于处理器与各模块通信。每一个电流处理电路和执行脉冲输出电路接一个检测控制模块，所述检测控制模块接在用电线路中，一个检测控制模对应一个或一组家用电器。所述漏电检测模块泄漏电流信号输入端接设于进户线主干路上的泄漏电流检测部件输出端，数字信号输出端通过数字接口接处理器，所述总体参数测量模块接在进户线主干路，通过电流计量芯片检测电网电压、进行电能计算等，并将结果传输至控制核心。所述电流处理电路带有增益调节功能，该增益调节功能由开关切换电路实现，开关切换电路由控制核心集中控制。 

本例的电源供电采用两种供电方式相配合供电模式：一种是在用户进线端口用变压器、整流桥、滤波器以及稳压模块产生该家庭用电智能控制系统正常工作所需的±5V、3.3V等电压；另一种是采用3.6V纽扣电池作为电源的备用电源，以实现当室内掉电时，由3.6V纽扣电池为控制核心及各用电模块供电，使控制器工作在低功耗模式下。此组合供电模式即可以保证在室内掉电时，控制系统正常工作，又可以节约能源。 

所述检测控制模块是一个检测单元和执行单元的集成器件，集成了电流检测部件和通断执行部件。所述电流检测部件可实现宽动态范围电流测量，其输出信号送电流处理电路的信号输入接口；所述通断执行部件是用电线路连通或断开控制器件，由控制器通过执行脉冲输出电路的输出接口送来的执行脉冲触发，执行相应接通或断开用电线路动作。 

显示单元的显示设备可采用多位数字段码液晶显示器，控制核心将控制命令和要显示的信息送交LCD显示器，使其动态交替显示系统时间、各用电线路实时信息和统计信息。 

声光报警模块包括蜂鸣器和发光二极管，均通过数字接口与处理器相连，由处理器根据处理程序直接对其发出特定的警示信息，提醒用户注意当前用电状态。 

计算机通信接口一端与控制核心相连，另一端用于连接计算机。计算机通过计算机通信接口可以把用户程序下载到存储器中用于执行。 

网络连接接口一端与控制核心相连，另一端用于连接网络设备，以实现控制核心与网络设备之间的数据传输。 

图2是图1所示的家庭用电智能控制系统的工作流程图。该控制系统的各功能实现的具体步骤如下：初始化(S1)，数据采样(S2)，数据处理与存储(S3)，数据显示(S4)，是否有键按下判断(S5)，密码输入(S6)，按键键值判断(S7)，功能选择(S8)，参数显示(S81)，参数设置(S82)，控制操作(S83)，联机通信(S84)。 

步骤(S1)，初始化。该步骤主要完成基本寄存器默认配置、系统实时时钟默认设置、系统参数默认设置、各通道参数默认设置、用户用电信息默认设置。 

步骤(S2)，数据采样。该步骤主要通过巡回采样各电流检测部件对应的数字接口的数字信号供下一步骤(S3)处理。 

步骤(S3)，数据处理与存储。该步骤将上一步骤(S2)得到的数字信号进行运算和相关处理，其具体流程将在以下图3的中作详细说明。 

步骤(S4)，数据显示。该步骤将上一步骤(S3)得到的基本信息交由显示设备显示出来。 

步骤(S5)，判断输入设备是否有按键按下。该步骤判断用户是否按下按键，若是，则继续执行下一步骤(S6)；若否，则跳转到步骤(S2)开始执行。 

步骤(S6)，输入密码。该步骤提示用户输入操作密码。若用户密码输入正确，则继续执行下一步骤(S7)；若用户密码输入错误则跳转到步骤(S2)开始执行。 

步骤(S7)，按键键值判断。该步骤判断用户所按下按键的键值，不同的键值对应不同的功能，以决定下一步骤(S8)要执行的功能。 

步骤(S8)，功能选择。该步骤包括四个功能选择项：参数显示(S81)，参数设置(S82)，控制操作(S83)和联机通信(S84)。根据步骤(S7)所得键值，选择以上四个功能中的一个执行。其中，步骤(S81)用于显示重要参数信息，包括用电器工作状态、工作时间、消耗能量等；步骤(S82)用于用户设置参数，如密码设置、实时时间设置、计划用电设置、阈值门限设置等；步骤(S83)用于控制操作，用户可直接选择控制系统的工作模式、选择开通或者关断用电线路、消除报警等；步骤(S84)用于实现控制系统和计算机的通信，包括数据的传输和程序的下载。 

在步骤(S8)执行结束之后，返回到步骤(S2)开始执行，如此往复。 

图3为图2中步骤(S3)数据处理与存储的具体实施流程图。其具体实施步骤包括：计算电流有效值(S31)，短路判断(S32)，用电判断(S33)，峰谷电判断(S331)，待机判断(S332)，超限判断(S333)，计划用电判断(S334)，极限限度判断(S341)，警戒限度判断(S342)，切断用电线路(S35)，报警(S36)，计算电流电 压相位差(S37)，智能提示(S38)，工作状态提示(S381)，劣质电器提示(S382)，无功功率提示(S383)，大功率连续工作提示(S384)，信息保存(S39)。 

步骤(S31)，计算电流有效值。该步骤继图2步骤(S2)之后，对既得的数字信号进行计算，得出电流有效值，对应得出线路实际工作电流的大小，为后续步骤提供数据。 

步骤(S32)，短路判断。该步骤是在步骤(S31)得出工作电流有效值之后判断线路是否处于短路状态，若是，则直接跳转到步骤(S35)，快速切断短路的用电线路，保证用电安全；若否，则继续执行下一步骤(S33)。 

步骤(S33)，用电判断。该步骤是继步骤(S32)之后对线路的用电属性做进一步判断，包括以下四个步骤：峰谷电判断(S331)，待机判断(S332)，超限判断(S333)和计划通电判断(S334)。其中，步骤(S331)判断用电线路当前是工作在峰电时间段还是工作在谷电时间段；步骤(S332)判断用电线路是否处于待机状态；步骤(S333)判断用电线路的耗电量是否超出额定限度；步骤(S334)判断用电线路当前是否处于用户设定的计划范围内，比如定时用电等。 

步骤(S341)，极限限度判断。该步骤对上一步骤(S33)得到的判断结果进行分析，判断用电线路是否超出极限限度，若是，则直接执行步骤(S35)，切断用电线路；若否，则执行步骤(S42)。 

步骤(S342)，警戒限度判断。该步骤继步骤(S41)得出用电线路暂未超出极限限度的判断之后判断用电线路是否超出警戒限度，若是，则执行步骤(S36)，发出警报；若否，则执行步骤(S37)。 

步骤(S35)，切断用电线路。该步骤是在用电线路短路或者超出其它极限限度后为保证用电安全而切断用电线路，并继续执行下一步骤(S36)。 

步骤(S36)，报警。该步骤是在用电线路工作异常(如短路或者某些指标超出规定限度)的情况下发出警报，提醒用户注意用电安全。 

步骤(S37)，计算电流电压相位差。该步骤用于计算电流与电压之间的相差，为下一步骤(S38)智能提示提供数据依据。 

步骤(S38)，智能提示。该步骤利用步骤(S31)和步骤(S37)计算得到的数据对用电线路的质量做出提示，包括以下四个方面：工作状态提示(S381)，劣质电器提示(S382)，无功功率提示(S383)和大功率连续工作提示(S384)。其中，步骤(S381)用于判断当前用电线路的工作状态，包括关机状态、待机工作状态、额定 工作状态、长期工作状态、超负荷工作状态，通过绿色、黄色指示灯和设置相应的参数对用户做出提示；步骤(S382)根据当前用电线路的品质因素判断该线路中是否有劣质电器在工作，通过绿色、红色指示灯和设置相应的参数对用户做出提示；步骤(S383)通过计算得出用电线路的无功功率，在超出一定限度时通过LCD将其显示出来用于提醒用户；步骤(S384)通过对用电线路工作电流的一定时段内的检测，判断该用电线路是否有大功率器件在长期工作，通过红色指示灯和相关参数的LCD显示提醒用户。 

步骤(S39)，信息保存。该步骤用于保存该步骤以前各步骤得出的重要用电信息，以备后续步骤和用户的需要。用户可以根据需要选择查看这些信息，或者通过计算机通信接口、网络连接接口传输到计算机中。 

参照图4，该图展示的是本实用新型所述控制器的一个具体实例，在该例中，所述控制器包括：三输出稳压电源、集成有DSP扩展数字接口和模数转换器的单片机芯片、总体参数检测计量模块、漏电检测模块、电流检测处理模块、通断控制模块、显示和输入模块、通讯模块和时钟电路。所述三输出稳压电源包括三个输出端，分别输出5V、3.5V、及模拟5V电压。所述单片机包括处理器、非易失存储器、寄存器和多个普通数字IO接口、16个模数转接口。所述单片机芯片电源输入端、显示和输入模块的3.3V电源输入端、时钟电路电源输入端同时接稳压电源的3.3V电压输出端，所述显示和输入模块的5V电压输入端接稳压电源的5V电压输出端。所述电流检测处理模块的电源输入端接稳压电源的模拟5V电压输出端，所述电流检测处理模块包括16路电流信号处理电路，所述16路电流信号处理电路的共16个模拟信号输出端分别接单片机芯片的16个模数转换接口，所述总体参数检测计量模块、通断控制模块、显示和输入模块、通讯模块及时钟电路的输出端和控制信号输入端均接单片机芯片的普通数字IO接口。 

参照图5，所述电流处理电路由增益调节电路、运放电路、及模数转换电路(集成在单片机中)组成，所述增益调节电路包括两个开关切换电路，分别连接在运放电路前后，其中第一开关切换电路的输入端接设置于用电线路中的电流检测器件电流输出端，所述第一开关切换电路的输出端接运放电路输入端，所述运放电路输出端接第二开关切换电路的输入端，所述第二开关切换电路的输出端接模数转换电路输入端，所述模数转换电路的输出端通过数字接口与处理器连接。 

参照图6-10，所述电流检测处理模块还包括片选控制电路，所述片选控制 电路由四个数据锁存芯片和一个2/4译码器组成，所述四个数据锁存芯片的各8个输入端同时接控制核心的8个数字接口，共32个输出端分别接16个电流处理电路的共32个开关选换电路的开关器件控制端，所述2/4译码器的两个输入端接控制核心的两个数字接口，四个输出端分别接四个数据锁存芯片的控制端。 

参照图11-12，所述通断控制模块包括一两个3/8译码器和16个执行脉冲输出电路，所述执行脉冲输出电路的输入端通过数字接口与处理器连接，输出端连接设置于用电线路中的通断执行部件的控制信号输入端。所述两个3/8译码器的六个输入端接控制核心的6个数字接口，共16个输出端分别接执行脉冲输出电路输入端。 

参照图13，所述总体参数测量模块包括一电流采样电路、一电压采样电路、及一电能计量控制芯片，所述电流采样电路和电压采样电路的采样端接进户线主干路，输出端分别接电能计量控制芯片的采样电流输入端和采样电压输入端。 

参照图14，所述通讯模块采用RS232接口，用于连接计算机，进行数据传输和软件升级等操作。 

参照图15，所述时钟电路包括时钟芯片X1226，所述时钟芯片X1226采用钮扣电池供电，时钟芯片X1226的振荡器输入引脚X1/X2连接晶振，数据输出通过数字接口I²C(SCL和SDA)连接处理器。 

所述显示和输入模块可以选用液晶触摸屏，其接口结构如图16所示。 

参照图17，所述泄漏电流检测部件为剩余电流互感器，所述漏电检测模块包括差动放大器、AD转换器，所述剩余电流互感器设置在进户线主干路上，输出端接差动放大器输入端，所述差动放大器输出端接AD转换器模拟信号输入接口，AD转换器数字信号输出接口通过数字接口接处理器。 

本例展示的控制器，共设计了16路电流检测和通断控制端口，最多可以同时控制16路家庭用电。显然检测和控制端口可以根据应用需求增加或减少。改变检测和控制端口数量，只需适当改变电流检测处理模块和通断控制模块的结构设计即可。比如，设计8路控制通道时，只需在上例基础上减用两块数据锁存芯片，同时通断控制模块只要选用一块3/8译码器即可。 

Claims (10)

1.一种家庭用电智能控制系统，其特征在于，包括：

检测单元，包括电流检测部件，设置在用电线路中，即时检测用电线路的用电状态，并将用电状态信号输出至控制单元；

执行单元，包括通断执行部件，设置在用电线路中，接收控制单元的执行信号，并根据控制单元的执行信号执行接通或断开用电线路的操作；

输入单元，包括输入设备，向控制单元传送用户输入的信息数据，所述输入设备包括信号触发器件、输入信号处理电路、信号输出接口；

显示单元，包括显示设备，接收控制单元的显示信号，并根据控制单元的显示信号在显示设备的屏幕上显示相应的文字或界面信息；

控制单元，执行控制程序，接收并处理检测单元和输入单元输出的信号，向存储单元读取或写入数据，根据用户指令输出数据到显示单元，根据程序指令向执行单元输出执行脉冲。

2.根据权利要求1所述的家庭用电智能控制系统，其特征在于，所述检测单元包括分别设置在各用电线路中的多个电流检测部件，所述电流检测部件的输出端接所述控制单元对应的电流检测信号输入端口，所述电流检测部件优选电流互感器。

3.根据权利要求1所述的家庭用电智能控制系统，其特征在于，所述执行单元包括分别设置在各用电线路中的多个通断执行部件，所述通断执行部件包括串连在用电线路中的开关机构、开关机构的操作机构，所述开关机构的操作机构信号输入端接所述控制单元对应的信号输出接口。

4.根据权利要求1所述的家庭用电智能控制系统，其特征在于，

所述控制单元包括控制器和控制程序；

所述控制器包括控制核心和外围辅助电路；

所述控制核心包括：

存储器，用于存储控制程序、程序数据及用户数据；

处理器，用于执行控制程序，并根据程序指令读取相应数字接口的数据或向指定数字接口发送数字信号；

接口扩展电路，包括多个具有处理器可识别的独立地址的数字接口。

所述外围辅助电路包括： 

电流检测处理模块，其输入端接电流检测部件的电流信号输出端，输出端通过数字接口与处理器连接，用于接收检测单元的电流信号并对其进行处理后输出给处理器；

通断控制模块，其输入端通过数字接口与处理器连接，输出端接通断执行部件的执行信号输入端，用于接收并处理处理器发出的控制信号并向指定的设置在用电线路中的通断执行部件发送执行脉冲；

以及，电源模块，向控制器各模块或电路提供工作电压。

5.根据权利要求4所述的家庭用电智能控制系统，其特征在于，所述电流检测处理模块包括N个电流处理电路，每个电流处理电路输入端接一个电流检测部件的电流信号输出端；所述电流处理电路由增益调节电路、运放电路、及模数转换电路组成，所述增益调节电路包括两个开关切换电路，分别连接在运放电路前后，其中第一开关切换电路的输入端接设置于用电线路中的电流检测器件电流输出端，所述第一开关切换电路的输出端接运放电路输入端，所述运放电路输出端接第二开关切换电路的输入端，所述第二开关切换电路的输出端接模数转换电路输入端，所述模数转换电路的输出端通过数字接口与处理器连接，所述两个开关切换电路的开关器件控制端由处理器通过数字接口控制。

6.根据权利要求4所述的家庭用电智能控制系统，其特征在于，所述通断控制模块包括数量与所述电流处理电路相等的执行脉冲输出电路，所述执行脉冲输出电路的输入端通过数字接口与处理器连接，每个执行脉冲输出电路的输出端接一个通断执行部件的控制信号输入端。

7.根据权利要求4所述的家庭用电智能控制系统，其特征在于，所述控制器还包括一家庭用电总体参数测量模块，所述总体参数测量模块包括一电流采样电路、一电压采样电路、及一电能计量控制芯片，所述电流采样电路和电压采样电路的采样端接进户线主干路，输出端分别接电能计量控制芯片的采样电流输入端和采样电压输入端。

8.一种用于家庭用电智能控制的控制器，包括控制核心和外围辅助电路，所述控制核心包括：

用于存储控制程序、程序数据及用户数据的存储器；

用于执行控制程序，并根据程序指令读取相应数字接口的数据或向指定数字接口发送数字信号的处理器； 

包括多个具有独立的处理器可识别的地址的数字接口的接口扩展电路；

其特征在于，所述外围辅助电路包括：

输出端通过数字接口与处理器连接，接收电流检测信号并对其进行处理后输出给处理器的电流检测处理模块；

输入端通过数字接口与处理器连接，接收并处理处理器发出的控制信号并向指定的设置在用电线路中的通断执行部件发送执行脉冲的通断控制模块；

以及，向各模块提供工作电压的电源模块。

9.根据权利要求8所述的用于家庭用电智能控制的控制器，其特征在于，所述电流检测处理模块包括N个电流处理电路，每一个电流处理电路的输入端用于连接一个设置在用电线路中的电流检测部件的电流信号输出端，所述电流处理电路由增益调节电路、运放电路、及模数转换电路组成，所述增益调节电路包括两个开关切换电路，分别连接在运放电路前后，其中第一开关切换电路的输入端接设置于用电线路中的电流检测器件电流输出端，所述第一开关切换电路的输出端接运放电路输入端，所述运放电路输出端接第二开关切换电路的输入端，所述第二开关切换电路的输出端接模数转换电路输入端，所述模数转换电路的输出端通过数字接口与处理器连接；所述通断控制模块包括N个执行脉冲输出电路，所述执行脉冲输出电路的输入端通过数字接口与处理器连接，输出端用于连接设置于用电线路中的通断执行部件的控制信号输入端。

10.根据权利要求9所述的用于家庭用电智能控制的控制器，其特征在于，其中N＝16，所述电流检测处理模块还包括片选控制电路，所述片选控制电路由四个数据锁存芯片和一个2/4译码器组成，所述四个数据锁存芯片的各8个输入端同时接控制核心的8个数字接口，共32个输出端分别接16个电流处理电路的共32个开关切换电路的开关器件控制端，所述2/4译码器的两个输入端接控制核心的两个数字接口，四个输出端分别接四个数据锁存芯片的控制端；所述通断控制模块还包括两个3/8译码器，所述两个3/8译码器的六个输入端接控制核心的6个数字接口，共16个输出端分别接执行脉冲输出电路输入端。 

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