CN203287770U - 一种家用电器用电量监测与控制管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电能计量技术，具体涉及一种家用电器用电量监测与控制管理系统。该管理系统由监测与控制器和若干个智能电器开关组成，其中，所述检测与控制器分别与若干个智能电器开关通过无线信号相连；智能家电开关用来对家用电器的用电情况进行计量，并且具有无线通信功能。用户监视与控制器同样具备无线通信功能，可以接收并显示电网的实时电价信息、各用电器的耗电情况，帮助用户进行家电的耗电量查看、发送开关家电的远程指令。本实用新型可以对家用电器的用电情况进行监测，及时停用或替换高能耗的老旧电器。还能够为用户提供家电开断的合理化建议，帮助节约电能，减少付费，实现家电管理的智能化。

Description

一种家用电器用电量监测与控制管理系统

技术领域

本实用新型属于电能计量技术，具体涉及一种家用电器用电量监测与控制管理系统。

背景技术

近年来，随着综合自动化技术的发展，“智能家居系统”的概念逐渐流行起来。一套典型的家庭自动化系统通常包括家用电器的远程智能控制、室内温度的自动调节、灯光音响等设备的开关与调整等几个方面。以国产的海尔公司的U-Home数字家庭系统为代表，这一系统主要是结合互联网通信技术，利用家庭网关，使得用户可以通过电话、网络等方式随时随地对各种电器设备进行访问和控制，包括上面提到的家电统一管理、室内无线遥控、照明控制、空气质量检测调节、电话远程控制以及万维网远程遥控等功能，给家庭生活带来了便捷和舒适。

在此之中，家用电器的智能控制的主要目标是实现用户对家电状态的实时在线监测与远程控制。市场上的一些系统是通过电力线载波通信的方式来完成这一功能的，具体的形式可以是自动拨号通知用户家庭里的家电状态，再由用户发出指令，对家电进行远程的开断管理。这一方案的实现具有方便家电管理、提高用户生活体验的优点，例如出外工作的用户可以在回家之前发出远程指令、提前打开电饭锅开始煮饭，一回家就可以享受热乎的饭菜。临时决定外出的用户也可不用回家就方便地关闭所有电器，保证无人期间家庭内部的电器安全。

为了实现对家电的管理，现有系统的研发重点通常在于通过某项成熟的通信技术的应用来实现远程控制，即让家电能够自动接收并执行远距离用户的开断指令。然而随着家庭自动化技术的发展，这种简单的接受用户开断意愿的家电管理模式已经无法满足人们的需求。为此，我们提出了基于家用电器用电量监测与当地电网实时电价的家电分类管理系统，力求在为用户提供更加节约电能、减少付费的合理建议的基础上，实现家用电器的智能管理。

电能计量芯片ADE7756是一个带有串行外围接口（SPI）和脉冲输出的高精度的专用电能测量芯片；通信模块CC2530是TI公司的生产的用于2.4-GHz IEEE802.15.4、Zigbee和RF4CE应用的一款芯片；低功耗的8位芯片ATmega8535是ATMEL公司生产的，具有高可靠性、功能强、高速、低功耗和低价位的一款芯片。

发明内容

本实用新型针对家用电器用电量监测以及控制不够智能的不足，提出了一种家用电器用电量监测与控制管理系统。

一种家用电器用电量监测与控制管理系统，该管理系统由检测与控制器和若干个智能电器开关组成，其中，

该管理系统由监测与控制器和若干个智能电器开关组成，其中，

所述监测与控制器分别与若干个智能电器开关之间通过无线信号相连；

所述智能电器开关由第一微控器、时钟与存储模块EEPROM、LED、蜂鸣器、电能计量芯片ADE7756、电流互感器、电压互感器、继电器开关模块、Zigbee通信模块组成；其中，

所述第一微控器分别与时钟与存储模块EEPROM、LED、蜂鸣器、电能计量芯片ADE7756、继电器开关模块和Zigbee通信模块相连；

所述电能计量芯片ADE7756分别与电流互感器和电压互感器相连；

所述监测与控制器由第二微控器、按键、LED显屏和通信模块CC2530组成；其中，所述第二微控器分别与按键、LED显屏和通信模块CC2530相连。

所述第一微控器和第二微控器均采用ATmega8535芯片。

本实用新型的有益效果：本实用新型可以对家用电器的用电情况进行监测，及时停用或替换高能耗的老旧电器。还能够为用户提供家电开断的合理化建议，帮助节约电能，减少付费，实现家电管理的智能化。远程控制功能的实现，能够有效地方便用户生活，改善用户体验。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为智能电器开关的结构示意图；

图3为用户端的监测与控制器的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型所述的家用电器用电量监测与控制管理的系统，首先基于家庭内重要电器的耗电量计量，再依据用户的用电计划来对被监测电器的开或断进行管理。这一套系统，可以帮助用户观察各个电器的耗电量，在条件允许的情况下作出关闭或替换部分耗电量较大的家电的决定，以达到节约电能的目的。此外，阶梯电价已经成为新型电网收费、管理中的一个重要特征，为了帮助用户减少用电费用，这一套系统同时设计有接收当地电网发出的实时电价信息的功能，用户同时可以依据电价高低来决定是否使用某些家用电器。

系统包括智能电器开关、监视与控制器两类部件。其中，智能电器开关用来对家用电器的用电情况进行计量，并且具有无线通信功能，一方面可以将所计量的家电的用电数据发送给监视与控制器，供用户查看；另一方面可以接收用户通过手持的监视与控制器发送出的控制信息，实现对家用电器的开断管理。用户监视与控制器同样具备无线通信功能，可以接收并显示电网的实时电价信息、各用电器的耗电情况，帮助用户进行家电的耗电量查看、发送开关家电的远程指令。同时，为了方便用户生活，对家电进行更加智能、便捷的控制，设计的这一套系统可以将家用电器分为三大类，进行分类管理。

本实用新型设计的具体实施方式如下：

如图1所示。该管理系统其主要功能是对家电的用电量进行计算，同时控制电器的开关。为了实现这两方面的功能，硬件设计上必须同时具备电能计量芯片与继电器模块。

考虑到一个家庭内需要监测、控制的重要电器数量可能比较多，所需要的智能家电开关的数量也就较多，为了降低成本，采用功能较少的ADE7756芯片，用作家用电器电能参数的测量芯片；采用低功耗的8位芯片ATmega8535作为控制器；配以LED、蜂鸣器来显示电能数据或报警。同时，对于某个家电来说，需要存储的电能数据量相对较小，所以选用普通的时钟与存储模块EEPROM即可满足需求。利用继电器实现家用电器的开断。

此外，由于智能家电开关的电能计量精度要求并不高，采用传统的电流、电压互感器即可，同时降低成本。为了便于实现远程控制，同样采用ZigBee技术来进行无线通信，具体的通信模块便是TI公司的产品CC2530。

智能家电开关在程序设计上主要包括电量采集处理子程序、存储刷新子程序、时钟及显示子程序、通信子程序等几块。

监测与控制器的主要功能包括：

1)接收智能电表、智能家电开关发送的大量电能数据并进行实时显示；

2)为用户提供操作平台，使其可获取详细的家电电能使用情况、实时电价及其他相关信息，并协助用户分析、调整家电的使用；

3)将用户下达的控制指令发送给各用电器的智能开关。

在硬件设计上，利用一个单片机、LED显示屏、若干功能按键及一个CC2530模块即可实现上面的功能，设计简图如附图2所示。软件上包括显示电能数据子程序、接收用户按键指令子程序、无线接收电能数据与实时电价、发送指令子程序等。

基于ZigBee技术，一个家庭内的智能家电开关与用户监测与控制器所形成的通信网络如图3所示，监测与控制器能够接收各个智能家电开关测得的受监控的家电的耗电量信息，并加以显示，同时发送用户的开断指令。

由于这一套通信网络的建立，用户不仅可以在家庭内部使用监测与控制器对电器的用电量进行检测，然后遥控各种电器，同样可以远距离管理家中电器的开断，实现目前广为流行的“家电智能控制”。

为了帮助用户减少用电费用，这一套系统同时设计有接收当地电网发出的实时电价信息的功能，以指导用户合理地使用各类家用电器。因此，用户监测与控制器同时必须接收来自当地电网的实时电价，并加以显示，供用户参考。

由于用户端的监测与控制器的具备接收当地电网发出的实时电价的功能，因此可以将耗电量、电价这两个因素综合在一起，为用户提供开或是关某个家电的建议。

第一类，对于冰箱、电饭锅、抽油烟机、微波炉这几样电器，系统的管理主要包括远程控制与用电量监测两个方面。将它们归为一类的主要原因在于用户的日常安排、生活计划是决定它们开断的直接因素，不受耗电量、电价的影响。对于这一类家电，远程控制功能的设计主要是为了帮助用户回家在之前提前打开电饭锅、抽油烟机等煮饭，便于节省时间，引导快捷化的生活。另外，冰箱、微波炉可能是家电中耗电量比较大的，对他们进行实时的用电量监测，能够帮助用户随身观察它们的工作状态，当出现老旧、功耗过大的问题的时候，用户可以考虑更换更节能环保的新家电。总之，对于第一类电器来说，用户的开断意愿，即按键指令会直接改变用电器的状态。

第二类，对于电视、空调、电脑这几样电器，系统的管理侧重于用电量监测及高电价时的停用提醒设计等。电网实时电价的实施，就是为了引导用户在电价较高的时候减少一些家电的不必要使用，从而节约一部分电能、少付电费。第二类家电就是这些可以在高电价时适当关闭的电器。具体的设计是利用系统获得的实时电价信息，然后在电价较高时提醒用户关闭个别不必要的家电，这些建议关闭的家电可以按耗电量大小进行排名，由用户根据需求和环境做出最经济、合理的安排。

第三类，对于洗衣机、电热水器这些电器，用电量监测是观察家电工作状态的一个手段，但更为重要的管理是依据电价控制这些家电响应用户开始工作指令的时间。具体来说，这两种家电完成一次任务，即洗完筒里的衣服、加热好一桶洗澡水，都需要一定的时间，耗电量比较大，而且均可以自动关闭，然后结束洗衣或加热。因此，在用户下达了洗衣或加热的指令后，系统可以对附近时段的电价进行一下比较，然后在电价相对便宜、同时又不影响用户时间安排的情况下再开始启动电器。也就是说，第三类家电是可以根据实时电价、由系统自动完成工作时间调整的电器。

Claims (2)

1.一种家用电器用电量监测与控制管理系统，其特征在于，该管理系统由监测与控制器和若干个智能电器开关组成，其中，

所述监测与控制器分别与若干个智能电器开关之间通过无线信号相连；

所述智能电器开关由第一微控器、时钟与存储模块EEPROM、LED、蜂鸣器、电能计量芯片ADE7756、电流互感器、电压互感器、继电器开关模块、Zigbee通信模块组成；其中，

所述第一微控器分别与时钟与存储模块EEPROM、LED、蜂鸣器、电能计量芯片ADE7756、继电器开关模块和Zigbee通信模块相连；

所述电能计量芯片ADE7756分别与电流互感器和电压互感器相连；

所述监测与控制器由第二微控器、按键、LED显屏和通信模块CC2530组成；其中，所述第二微控器分别与按键、LED显屏和通信模块CC2530相连。

2.根据权利要求1所述一种家用电器用电量监测与控制管理系统，其特征在于，所述第一微控器和第二微控器均采用ATmega8535芯片。

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