CN206962532U - 一种新型智能用电终端无线监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型智能用电终端无线监控装置，包括监控装置、所述监控装置内部设有微处理器，外围电路与3.3V电源、时钟、存储器相连，WIFI模块电路和微处理器无线连接，WIFI模块电路包括WIFI模块与控制模块的接口端子，外接的天线以及WIFI模块电路的信号处理电路，电压检测调理电路和电流检测调理电路经调理的信号与控制模块的接口端子连接，光耦驱动电路与大功率继电器连接，且光耦驱动电路与控制模块连接。该新型智能用电终端无线监控装置，通过WIFI通讯直接连接无线路由器，将信号接入Internet网；在限定区域内，多个该装置可以和手机、笔记本、平板电脑直接建立交互系统，实现数据通讯和用电监控。

Description

一种新型智能用电终端无线监控装置

技术领域

本实用新型属于智能用电自动化系统技术领域，具体涉及一种新型智能用电终端无线监控装置。

背景技术

智能电网已经成为目前世界电力发展的新趋势。智能用电作为中国坚强智能电网的重要组成部分，实现了电力资源的优化配置，对智能电网的建设具有重要的意义。本专利以智能电网为大背景，以智能用电服务体系中的用户用电服务系统为指导，分析市政、商区和家庭的小型用电设备对智能用电系统的要求，并结合电量参数采集和远程控制，设计了一种新型智能用电终端无线监控装置。该装置不但具有即插即用的特点，而且通过智能交互终端实现普通的电力用户对用电设备的远程控制，较好的解决了公共场所、家庭等小型用电设备的智能用电问题。

1)“即插即用”连接方式

该装置介于供电插座和用电设备之间，之间的连接采用插头和插座方式，实现即插即用，避免了繁琐的接线方式。

2)高速数字信号处理模块

该装置实现对采集数据的计算分析、数据上报、执行远程命令等任务，处理器采用了ARM微处理器STM32F103RBT6，具有高性能、低成本、低功耗的特点，同时具有较强的控制性能和数字信号处理能力。

3)WIFI通讯技术

与其他无线通讯技术相比，WIFI通讯可直接连接无线路由器，将信号接入Internet网，无需布置其他网关转换设备；同时WIFI模块可以和手机、笔记本、平板电脑直接建立数据通讯，随时随地实现用电设备用电情况的监控。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型智能用电终端无线监控装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种新型智能用电终端无线监控装置，包括监控装置、控制模块接口端子、WIFI模块电路、电压检测调理电路、光耦驱动电路，所述监控装置内部设有微处理器，外围电路与3.3V电源、时钟、存储器相连，所述控制模块接口端子包括电源端子、各数据的输出端子和输入端子，所述WIFI模块电路和微处理器无线连接，WIFI 模块电路包括WIFI模块与控制模块的接口端子，外接的天线以及WIFI模块电路的信号处理电路，所述电压检测调理电路和电流检测调理电路经调理的信号与控制模块的接口端子连接，所述光耦驱动电路与大功率继电器连接，且光耦驱动电路与控制模块连接，所述监控装置内设有模块整流器、多电平电源处理电路，二者为装置中不通电路提供电源，包括+12V输出电路、+5V 输出电路，以及二次电平变换电路，包括-5V输出电路、+3.3V输出电路等。

进一步的，所述监控装置还包括装置前置外壳，所述装置前置外壳上设有三口插座、两口插座、指示灯窗口。

进一步的，所述监控装置内部设有工作状态指示灯，分别表示电源指示灯，用电设备供电指示灯，用电设备断电指示灯。

进一步的，所述监控装置内部设有插座，插座为用电设备的电源接口，和外接交流220V电源相连，之间由大功率继电器连接，大功率继电器的工作状态控制用电设备的用电通断。

本实用新型的技术效果和优点：

(1)实现区域内电力资源的优化配置

智能用电技术涵盖了高速实时通信、智能电表、智能采集、双向交互以及需方响应等多方面技术，是计算机、现代通信技术、高级测量技术、控制理论和图形可视化等学科交叉的技术集群；智能用电一个重要的特征就是可以通过创新营销策略实现电网与电力用户的双向互动，引导用户主动参与市场竞爭，实现有效的需求侧响应。电力用户可以根据自己的用电环境、用电习惯以及当前的电价水平，按照自己的需求预设用电设备的参数，智能优化用电设备的运行方式，这样可以使用电设备满足电力用户需求的前提下达到其最佳的用电效果，不但可以提高用电设备的电能使用效率还可以实现节电节能的目的。

(2)实现一种“即插即用”型的智能用电监控插座

该装置介于供电插座和用电设备之间，之间的连接采用插头和插座方式，实现即插即用，避免了繁琐的接线方式。

(3)借助WIFI模块与无线路由之间建立数据通讯，建立远程监控

与其他无线通讯技术相比，WIFI通讯可直接连接无线路由器，将信号接入Internet网，无需布置其他网关转换设备；同时WIFI模块可以和手机、笔记本、平板电脑直接建立数据通讯，随时随地实现用电设备用电情况的监控。

附图说明

图1为智能用电终端无线监控装置内部结构图；

图2为智能用电终端无线监控装置外壳；

图3为智能用电终端系统框图；

图4为系统控制模块原理图；

图5为存储器电路；

图6为电压检测电路；

图7为电流检测电路；

图8为电源变换电路；

图9为3.3V转换电路；

图10为-5V电源转换电路；

图11为继电器驱动电路；

图12为电源供电示意图。

图中：1微处理器、2 3.3V电源、3时钟、4存储器、5控制模块接口端子、6接口端子、7天线、8 WIFI模块电路、9 WIFI模块、10电压检测调理电路、11插座、12电流检测调理电路、13工作状态指示灯、14大功率继电器、15光耦驱动电路、16模块整流器、17多电平电源处理电路、18装置前置外壳、19三口插座、20指示灯窗口、21两口插座。

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。

本实用新型提供了如图1所示的一种新型智能用电终端无线监控装置，主要实现实时监控用电设备的用电情况，该装置能与监控终端或手机通过 WIFI通讯方式建立数据联系，用户可实时获得用电设备的用电状态，同时可以控制用电设备的工作状态。

图1中微处理器1为STM32F103RBT6，主要实现数据快速计算、处理、上传、指令接收分析、指令执行等任务，外围电路与3.3V电源2相连，与时钟 3相连，与存储器4相连，控制模块接口端子5包括电源端子、各数据的输出端子和输入端子。

WIFI模块电路8和微处理器1相连建立通讯良好的转换，实现和手机、监控终端的无线通讯，WIFI模块与控制模块的接口端子6，外接的天线7， WIFI模块9电路的信号处理电路。

该装置的插座11，是用电设备的电源接口，和外接交流220V电源相连，之间由大功率继电器14连接，大功率继电器14的工作状态控制用电设备的用电通断；电压检测调理电路10、电流检测调理电路12分别为电压信号和电流信号的采集与调理电路，经调理的信号与控制模块接口端子5连接，将信号输送到微处理器中。

光耦驱动电路15，用来驱动大功率继电器14，光耦驱动电路15与控制模块连接，接收有微处理器发出的指令，实现改变继电器的工作状态。

工作状态指示灯13，分别表示电源指示灯，用电设备供电指示灯，用电设备断电指示灯。

模块整流器16、多电平电源处理电路17，两部分形成该装置的供电电源，为装置中不通电路提供电源，包括+12V输出电路、+5V输出电路，以及二次电平变换电路，包括-5V输出电路、+3.3V输出电路等。

图2为智能用电终端无线监控装置外壳，所述装置前置外壳18上设有三口插座19、两口插座21、指示灯窗口20。

(1)总体设计方案

如图3所示：该智能用电终端装置可以对用电设备的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数进行测量，并且也可以对有功电量累积消耗进行计算，在得出测量和计算结果后通过WIFI模块向监控终端提供电能数据，并实时等待监控终端的指令，一旦接收到监控终端的相应指令就可以通过智能用电终端中继电器模块实现电源的开启和关断，从而控制与其相连接的用电设备，该智能用电终端还可具有自身保护的功能，过压保护、过流保护、短路保护等；插座硬件系统主要由系统控制模块、电源驱动控制模块、电能参数采集与调理模块、WIFI模块等模块组成。

(2)智能用电终端电路设计

1)微处理器控制模块

如图4、图5所示：系统控制模块作为智能用电终端的核心模块，该装置以ARM微处理器STM32F103RBT6为系统控制的核心芯片，主要实现接收采集模块的测量数据，进行快速正确的处理和计算，并将处理和计算后的数据进行保存记录，与此同时通过WIFI模块发送数据到监控终端；接受来自监控终端的指令信息，控制用电设备的运行状态；当电路过压、过流的时候，向继电器发出指令，切断电路，从而达到保护的作用。

2)电压和电流检测电路

电能参数采集与调理模块作为对测量信号进行处理模块时，在整个控制系统中起着非常重要的作用，

电压和电流采样电路采用电阻分压电路，如图6和图7为电压、电流采样信号的处理与变换电路，电网电压信号经电阻转换成电流信号，再通过电流互感器将电流转换成电压的方式，将芯片与电网进行了隔离，从而可以获得良好的抗干扰性能。后经REFO(基准电压)偏移，将交流信号叠加后变为直流信号，该信号又经TLC2254组成的转换电路进行变换处理，传送到微处理器中。

3)电源电路

如图8-10所示：该装置的电源包括220V交流输出电源和装置电流供电电源，其中220V交流输出电源有继电器控制用电设备的开启和关断；控制系统供电电源包括了多电平输出，包括+12V输出电路、+5V输出电路，以及二次电平变换电路，包括-5V输出电路、+3.3V输出电路等。

4)大功率继电器驱动电路

考虑到用电设备的性质，继电器关断时会产生高电压脉冲，可能会损坏元器件或者干扰微处理器，导致系统工作异常，该设计中对电源电路进行了特殊的设计，如图11设计电路，使系统电源和继电器电源相互隔离，微处理器对继电器的驱动是通过光耦隔离的，这样可消除外部电路对处理器的干扰。

5)WIFI模块电路

USR-C215模块硬件上集成了MAC、基频芯片、射频收发单元、以及功率放大器；内置低功耗运行机制，可以有效实现模块的低功耗运行；支持WIFI 协议以及TCP/IP协议，用户仅需简单配置，即可实现UART设备的联网功能。 WIFI模块电源为3.3V，和微处理器MCU3.3V电源电平兼容，只需要将模块的 TXD加到MCU的RXD，将模块的RXD接到MCU的TXD上即可，电路接口如图12 所示。

WIFI模块的天线分为内置板载天线和外置天线两种。天线使用注意事项如下，以确保信号良好：在用户的PCB板上,天线部位不能放置元件；天线远离金属，至少要距离周围有较高的元器件10mm以上，远离电感、强电等干扰源；塑胶外壳也应该保证天线处于外壳开窗或者边缘位置；确保天线部分位于PCB主板边缘，天线底部不能铺铜走线(可以直接做挖空处理)；天线部分不能被金属外壳遮挡，塑料外壳需要距离天线至少10mm以上。

优点：

(1)该装置硬件包括由微处理器STM32F103RBT6为核心的系统控制模块、开关电源模块、电能参数采集与调理模块、WIFI模块及天线、电路支架和外壳等组成；

(2)该装置安装于小型用电设备和220V交流电源之间，该装置前后采用插座和插头方式，插头连接电源，插座连接用电设备，实现“即插即用”，避免了繁琐的接线方式。

(3)该装置对用电设备的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数进行测量和计算，并将结果通过WIFI无线通讯方式向监控终端提供电能数据，并实时执行由监控终端发出的指令，实现用电设备的用电通断控制。该装置还具有，过压保护、过流保护、短路保护等功能。

(4)该装置通过WIFI通讯直接连接无线路由器，将信号接入Internet 网，无需布置其他网关转换设备；在限定区域内，多个该装置可以和手机、笔记本、平板电脑直接建立交互系统，实现数据通讯和用电监控。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、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 (4)

1.一种新型智能用电终端无线监控装置，包括监控装置、控制模块接口端子(5)、WIFI模块电路(8)、电压检测调理电路(10)、光耦驱动电路(15)，其特征在于：所述监控装置内部设有微处理器(1)，外围电路与3.3V电源(2)、时钟(3)、存储器(4)相连，所述控制模块接口端子(5)包括电源端子、各数据的输出端子和输入端子，所述WIFI模块电路(8)和微处理器(1)无线连接，WIFI模块电路(8)包括WIFI模块(9)与控制模块的接口端子(6)，外接的天线(7)以及WIFI模块(9)电路的信号处理电路，所述电压检测调理电路(10)和电流检测调理电路(12)经调理的信号与控制模块的接口端子(6)连接，所述光耦驱动电路(15)与大功率继电器(14)连接，且光耦驱动电路(15)与控制模块连接，所述监控装置内设有模块整流器(16)、多电平电源处理电路(17)，二者为装置中不通电路提供电源，包括+12V输出电路、+5V输出电路，以及二次电平变换电路，包括-5V输出电路、+3.3V输出电路。

2.根据权利要求1所述的一种新型智能用电终端无线监控装置，其特征在于：所述监控装置还包括装置前置外壳(18)，所述装置前置外壳(18)上设有三口插座(19)、两口插座(21)、指示灯窗口(20)。

3.根据权利要求1所述的一种新型智能用电终端无线监控装置，其特征在于：所述监控装置内部设有工作状态指示灯(13)，分别表示电源指示灯，用电设备供电指示灯，用电设备断电指示灯。

4.根据权利要求1所述的一种新型智能用电终端无线监控装置，其特征在于：所述监控装置内部设有插座(11)，插座(11)为用电设备的电源接口，和外接交流220V电源相连，之间由大功率继电器(14)连接，大功率继电器(14)的工作状态控制用电设备的用电通断。