CN202502401U - 一种用于智能用电中的智能控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于智能用电中的智能控制器，电源模块与微处理器模块、电量测量模块、通讯模块、显示模块、实时时钟电路连接，提供电能；微处理器模块与电量测量模块、通讯模块、显示模块、开关电路连接，电量测量模块接电力线，采集电力信号经光电耦合器电路送微处理器模块，微处理器模块分析处理数据后送显示模块显示，同时通过通讯模块将数据信号送出，微处理器模块输出控制信号到开关电路，控制开关电路断开电力线路，实时时钟电路给微处理器模块提供时钟信号。此控制器自动检测、计量用电设备的用电情况，具有通讯功能，实现电器设备的组网，与互动终端双向通讯，上报设备用电信息及接受指令，并进行通断控制，实现智能监测、智能控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电气控制技术，特别涉及一种用于智能用电中的智能控制器。
背景技术
在电力系统中，居民用电在我国多数地区用电增长率较高，智能用电环节成为智能电网的一个重要指标，居民用电方式的灵活、节约、创新和居民用电系统的智能化是具有更实际价值的先期应用领域。
智能用电强调用户的参与，鼓励用户和电网之间的双向互动。要构建双向互动的需求响应，电力部门需要采集用户侧的电能消耗情况与各设备的详细用电信息，根据这些信息进行负荷预测，制定电价以及用电策略并发送给用户。同时用户看到电器的用电信息也可对整个室内的用电情况一目了然，能够对自己的电能使用情况有一个更加直观、量化的了解，这就从侧面激励用户去更加合理的使用电能。
据申请人调研，目前供电公司对用户内部用电相关信息掌握的很少，主要是由于没有专门的设备或系统实现智能量测、智能控制、双向信息互动，无法准确评估用户在用的过程中出现的各类情况，也无法为用户经济、安全运行提出明确的建议。
发明内容
本实用新型是针对现在无法采集用电设备用电信息及对电器智能控制的问题，提出了一种用于智能用电中的智能控制器，为供求信息双向互动的智能用电系统而设计的，它可监测用电设备的用电信息及工作状态，利用通讯模块，家庭局域网络与互动终端进行双向通讯，上传电器设备用电信息及接受控制指令，对电器进行通断控制，实现智能量测、智能控制。
本实用新型的技术方案为：一种用于智能用电中的智能控制器，包括电源模块、电量测量模块，微处理器模块，通讯模块，显示模块，开关电路，实时时钟电路和光电耦合器电路，电源模块与微处理器模块、电量测量模块、通讯模块、显示模块、实时时钟电路连接，提供电能；微处理器模块与电量测量模块、通讯模块、显示模块、开关电路连接，电量测量模块接电力线，采集电力信号经光电耦合器电路送微处理器模块，微处理器模块分析处理数据后送显示模块显示，同时通过通讯模块将数据信号送出，微处理器模块输出控制信号到开关电路，控制开关电路断开电力线路，实时时钟电路给微处理器模块提供时钟信号。
所述电量测量模块包括电压采集电路，电流采集电路，功率采集单元，功率采集单元采用电能测量芯片ADE7763；电压采集电路采用分压原理，电力线220V电压信号经过分压电阻和电容滤波，变换为较小的电压信号，作为电能测量芯片ADE7763的的电压通道输入；电流信号经分流器转换为电压信号，经滤波器进入电能测量芯片ADE7763的电流通道输入端。电量测量模块与微处理器模块通过光电耦合器实现信号相联及电气隔离。
所述通讯模块采用专业ZigBee收发芯片CC2430，外围电路包括晶振时钟电路、射频输入/输出匹配电路和微控制器接口电路三个部分，与微处理器模块通过UART接口引脚连接。
所述显示模块通过LC总线或针式插口与微控制器模块I/O口连接，其采用LCD1602液晶显示屏。
所述实时时钟电路采用DS12C887实时时钟芯片，与微处理器模块的I/O口和电源模块连接。
所述开关电路与微处理器模块的I/O口连接，用三极管S8050驱动继电器，继电器进行通断电控制。
所述微控制器模块采用PIC24FJ128GB206单片机。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型用于智能用电中的智能控制器，自动检测、计量用电设备的用电情况，具有通讯功能，实现电器设备的组网，与互动终端双向通讯，上报设备用电信息及接受指令，并进行通断控制，实现智能监测、智能控制。
附图说明
图1为本实用新型用于智能用电中的智能控制器结构框图；
图2为本实用新型用于智能用电中的智能控制器中电量测量模块电路图；
图3为本实用新型用于智能用电中的智能控制器软件实现流程图；
图4为本实用新型监测控制界面监测控制界面图。
具体实施方式
如附图1所示，智能控制器的内部结构由电源模块1、电量测量模块2，微处理器模块3，通讯模块4，显示模块5，开关电路6，实时时钟电路7和光电耦合器电路8组成。电源模块1与微处理器模块3、电量测量模块2、通讯模块4、显示模块5、实时时钟电路7连接，提供电能；微处理器模块3与电量测量模块2、通讯模块4、显示模块5、开关电路6连接，电量测量模块2接电力线，采集电力信号经过光电耦合器电路送微处理器模块3，微处理器模块3分析处理数据后送显示模块5显示，同时通过通讯模块4将数据信号送出，微处理器模块3输出控制信号到开关电路6，控制开关电路6断开电力线路，实时时钟电路7给微处理器模块3提供时钟信号。
电源模块1为智能控制器的各模块提供电源，由智能控制器电源接线引入220V电压，通过220V/9V小型变压器降压，整流桥整流，电容滤波,LM1117-5.0和LM1117-3.3型低压差线性调压器组成的电源模块可提供5V、3.3V双路DC电压，为各相应模块提供电源。
如图2所示电量测量模块电路图，电量测量模块2包括电压采集电路A、电流采集电路B，功率采集单元C。功率采集单元采用电能测量芯片ADE7763。电压采集电路采用分压原理，电力线220V电压信号经过分压电阻R6和电容滤波，变换为较小的电压信号，作为ADE7763电压通道V2P、V2N的输入。电流信号经分流器Shunt转换为电压信号，经RC滤波进入ADE7763的电流通道V1P和V1N输入端。ADE7763将输入的电压、电流信号通过各自的模数转换器变成数字信号后，进行相乘，计算出瞬时功率p(t)，再通过ADE7763芯片内部的低通滤波器后，得到有功功率,并存入采样波形数据寄存器中，将寄存器中的值累加得到电能值存入电能寄存器。功率采集单元与微控制器通过SPI通讯进行寄存器的读写操作。ADE7763的SPI接口（SCLK,CS,DIN，DOUT）经过光电耦合器与微处理器连接，实现了两者间信号通路相联的同时，在电气通路上相互隔离，抑制信号交叉串扰，提高了数据传输的可靠性。光电耦合器电路采用了4N25光耦合器。
智能控制器设有通讯模块4，其采用专业ZigBee收发芯片CC2430，外围电路包括晶振时钟电路、射频输入/输出匹配电路和微控制器接口电路三个部分，与微处理器模块3通过UART接口连接。CC2430符合IEEE802.15.4标准，它的工作频率为2.405-2.480GHz,数据传输速率为250kbit/s,采用O-QPSK调试方式，芯片采用可编程功率输出模式，发送功率0-4dBm,接受灵敏度-92dBm,传输距离可达200m。
显示模块5通过LC总线或针式插口与微控制器模块3I/O口连接，其采用LCD1602液晶显示屏显示电量信息。实时时钟电路7采用DS12C887实时时钟芯片，与微处理器模块3的I/O口和电源模块连接。开关电路6与微处理器模块3的I/O口连接，采用线圈侧电压为5V的继电器进行通断电控制，用三极管S8050驱动继电器。微控制器模块3中采用PIC24FJ128GB206单片机作为微处理器。
如附图3所示，智能控制器的软件设计由主程序，中断程序和执行程序组成。主程序运行过程如下：① 智能控制器上电，微处理器对SPI，UART，定时器，IO口，ADE7763，LCD等进行初始化操作。② 设置并使能串口和定时器中断。③ 通过SPI通信，周期性地从计量芯片ADE7763中读取数据并计算各电量实际值，调用显示子函数将各电量信息显示在LCD屏上。④ 等待UART端口接收数据和消息帧，多个字符数据组成一个消息帧，如果一条消息接收完成执行下一步，如果消息帧正在接收，返回③。⑤ 对接收的消息帧进行校验，如校验正确则执行相应命令，并产生响应信息返回到互动终端；校验不正确返回③，依次循环执行。
中断程序包含串口接收中断和定时器中断子程序。串口接收中断用于将接收到的字符数据缓存到接收寄存器中，定时器中断用于判断一条消息帧接收完毕。当有新数据接收，则转入串口接收中断子程序，缓存接收的数据并计数，刷新启动定时器计时。当定时器达到预定时间，响应定时器中断，消息帧接收标志位置1，计数器清零，关闭定时器，这时一个消息帧接收完成，执行下一步操作。
智能控制器与上级互动终端通信采用ModBus-RTU通信规约，因此执行程序中使用的部分功能码的定义遵循ModBus-RTU通信规约，部分功能码定义如下：“01H”定义为“读开关量输出”，执行读取一路或多路开关量输出状态数据操作；“03H”定义为“读寄存器数据”，执行读取一个或多个寄存器的数据操作；“05H”定义为“写开关量输出OUT”，执行控制一路继电器“分/合”输出操作。在执行程序中，智能控制器根据接收命令消息帧中的功能码，实现读取电量信息、电器工作状态，控制继电器通断等功能，产生遵循ModBus-RTU数据帧格式的响应信息并发送。
互动终端（上位机）配置ZigBee通讯模块，与智能控制器通过ZigBee星型网络进行双向通讯，互动终端（上位机）与智能控制器的通信采用ModBus-RTU通信规约。互动终端(上位机)中安装组态软件，在组态软件中建立智能用电组态工程，根据用电设备情况进行IO设备组态并绘制组态界面，通过数据库组态，定义与用电设备耗电信息相对应的变量，运行组态工程实现互动终端（上位机）对用电设备的监测控制，并可绘制出各设备实时功率曲线及用户总用电功率曲线。以热水器为例，此用电设备监测控制界面如附图4所示，15：01：20时刻控制热水器打开，功率从零大幅增加；15:01:50时刻由于达到指定温度，热水器过渡到保温状态，功率降低。在此过程中，用电信息采集与控制由本实用新型实现。
Claims (7)
1.一种用于智能用电中的智能控制器，其特征在于，包括电源模块、电量测量模块，微处理器模块，通讯模块，显示模块，开关电路，实时时钟电路和光电耦合器电路，电源模块与微处理器模块、电量测量模块、通讯模块、显示模块、实时时钟电路连接，提供电能；微处理器模块与电量测量模块、通讯模块、显示模块、开关电路连接，电量测量模块接电力线，采集电力信号经光电耦合器电路送微处理器模块，微处理器模块分析处理数据后送显示模块显示，同时通过通讯模块将数据信号送出，微处理器模块输出控制信号到开关电路，控制开关电路断开电力线路，实时时钟电路给微处理器模块提供时钟信号。
2.根据权利要求1所述用于智能用电中的智能控制器，其特征在于，所述电量测量模块包括电压采集电路，电流采集电路，功率采集单元，功率采集单元采用电能测量芯片ADE7763；电压采集电路采用分压原理，电力线220V电压信号经过分压电阻和电容滤波，变换为较小的电压信号，作为电能测量芯片ADE7763的电压通道输入；电流信号经分流器转换为电压信号，经滤波器进入电能测量芯片ADE7763的电流通道输入端，
电量测量模块与微处理器模块通过光电耦合器实现信号相联及电气隔离。
3.根据权利要求1所述用于智能用电中的智能控制器，其特征在于，所述通讯模块采用专业ZigBee收发芯片CC2430，外围电路包括晶振时钟电路、射频输入/输出匹配电路和微控制器接口电路三个部分，与微处理器模块通过UART接口引脚连接。
4.根据权利要求1所述用于智能用电中的智能控制器，其特征在于，所述显示模块通过LC总线或针式插口与微控制器模块I/O口连接，其采用LCD1602液晶显示屏。
5.根据权利要求1所述用于智能用电中的智能控制器，其特征在于，所述实时时钟电路采用DS12C887实时时钟芯片，与微处理器模块的I/O口和电源模块连接。
6.根据权利要求1所述用于智能用电中的智能控制器，其特征在于，所述开关电路与微处理器模块的I/O口连接，用三极管S8050驱动继电器，继电器进行通断电控制。
7.根据权利要求1所述用于智能用电中的智能控制器，其特征在于，所述微控制器模块采用PIC24FJ128GB206单片机。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121024 Termination date: 20150328 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |