CN207473330U - 一种智慧家庭能源中心控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智慧家庭能源中心控制装置，包括总空气开关、电源模块、总控模块和布置于供电支路上的支路保护控制模块，总空气开关的220V输出母线上设有零序电流互感器和电压互感器，且各条供电支路上均设有电压电流互感器，电源模块的输入端和总空气开关的220V输出母线相连、输出端分别和总控模块及支路保护控制模块相连，总控模块包括信号调理电路、第一微处理器、第一无线通信接口以及至少一个现场总线接口，零序电流互感器、电压互感器、电压电流互感器分别通过信号调理电路和第一微处理器相连。本实用新型能够提高新形势下客户满意度需求，适合家居智能化设备控制，具有结构简单、操作简单、工作效率高的优点。

Description

一种智慧家庭能源中心控制装置

技术领域

本实用新型涉及电器设备智能控制技术，具体涉及一种智慧家庭能源中心控制装置。

背景技术

在全球气候变暖、雾霾天气愈加严重的大背景下，节能减排已经成为各国政府的重要工作之一，更多家庭开始关注节能减排、智能用电，目前大多数用户对家用电器的能耗了解不够，没有形成良好的节能用电习惯。抓住用户节能用电的真正需求，通过本项目构建智慧家庭能源中心，支撑用户通过手机、Pad、PC等客户端软件实时查看家庭能效情况，了解家庭用电组成、主要耗电设备，并进行科学的优化，应用随身携带的手机，关闭忘记关掉的电灯、空调、热水器等，关闭待机电器，并为用户提供全方位的能耗诊断报告，全面提升家庭能效管理水平的同时，培养用户节能用电的良好习惯，避免不必要的浪费，从家庭节能用电角度提升用户用电品质，达到配合国家共同实现节能减排的目标。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能够提高新形势下客户满意度需求，适合家居智能化设备的控制，结构简单、操作简单、工作效率高的智慧家庭能源中心控制装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型提供一种智慧家庭能源中心控制装置，包括总空气开关、电源模块、总控模块和布置于供电支路上的支路保护控制模块，所述总空气开关的220V输出母线上设有零序电流互感器和电压互感器，且各条供电支路上均设有电压电流互感器，所述电源模块的输入端和总空气开关的220V输出母线相连、输出端分别和总控模块及支路保护控制模块相连，所述总控模块包括信号调理电路、第一微处理器、第一无线通信接口以及至少一个现场总线接口，所述零序电流互感器、电压互感器、电压电流互感器分别通过信号调理电路和第一微处理器相连，所述第一微处理器分别与第一无线通信接口、现场总线接口相连，所述支路保护控制模块包括磁保持继电器，所述磁保持继电器串联在供电支路上且控制端和第一微处理器相连。

优选地，所述支路保护控制模块还包括综合故障及用电监控模块，所述综合故障及用电监控模块包括电量分路计量电路、漏电检测电路、过载检测电路、过流检测电路、过热检测电路和短路故障控制电路，所述电量分路计量电路、漏电检测电路、过流检测电路、短路故障控制电路分别和供电支路相连，所述过载检测电路串接在电源模块的输出端，所述电量分路计量电路、过流检测电路分别与第一微处理器相连。

优选地，所述电量分路计量电路包括电压检测电路、电流检测电路和电能计量芯片，所述电压检测电路包括精密电阻衰减网络，所述电能计量芯片的电压检测通道通过精密电阻衰减网络和供电支路相连，所述精密电阻衰减网络包括串联布置的两组以上的电阻，且每一组电阻上并联布置有短接开关；所述电流检测电路包括分流滤波电路，所述电能计量芯片的电流检测通道通过分流滤波电路和供电支路相连；所述电能计量芯片的输出端设有光电耦合器，所述电能计量芯片的输出端通过光电耦合器和第一微处理器相连。

优选地，所述漏电检测电路包括12V供电电路、NE555定时器芯片、继电器K#5、电流互感器TA、可调电阻RT1#5、电阻R1#5～R6#5、复位按钮S3#5、试验按钮S4#5、发光二极管VL#5以及二极管D3#5，所述12V供电电路包括降压电容C1#5、整流桥D1#5、D2#5、D4#5、D5#5和稳压芯片IC1，所述整流桥D1#5、D2#5、D4#5、D5#5的输入端串接降压电容C1#5后接入供电支路，所述整流桥D1#5、D2#5、D4#5、D5#5的输出端分别与稳压芯片IC1的输入端和接地端相连，且稳压芯片IC1的输入端和接地端之间并联布置有电容C2#5，稳压芯片IC1的OUT输出端通过电阻R2#5和NE555定时器芯片的2号引脚相连、通过可调电阻RT1#5和电阻R3#5和NE555定时器芯片的6号引脚相连，NE555定时器芯片的2号引脚通过复位按钮S3#5与稳压芯片IC1的接地端相连，NE555定时器芯片的6号引脚通过电阻R5#5与稳压芯片IC1的接地端相连；所述继电器K#5包括线圈K1#5、常闭开关S1#5和S2#5，所述电流互感器TA包括相互耦合的绕组L1#5～L3#5，常闭开关S1#5和绕组L1#5串接在供电支路的火线上，常闭开关S2#5和绕组L2#5串接在供电支路的零线上，绕组L2#5的后端依次串接电阻R6#5、试验按钮S4#5后与绕组L1#5的前端相连，绕组L3#5一端和NE555定时器芯片的5号引脚相连、另一端串接电容C3#5后与NE555定时器芯片的6号引脚相连，NE555定时器芯片的3号引脚通过电阻R4#5、发光二极管VL#5后和NE555定时器芯片的GND接地端相连，NE555定时器芯片的GND接地端和稳压芯片IC1的接地端相连，NE555定时器芯片的3号引脚和7号引脚共同通过线圈K1#5和稳压芯片IC1的OUT输出端相连，且NE555定时器芯片的7号引脚通过二极管D3#5和稳压芯片IC1的OUT输出端相连。

优选地，所述过载检测电路包括发光二极管VL1#6和VL2#6、电阻R1#6和R2#6、继电器K#6、NPN型三极管Q1#6、PNP型三极管Q2#6、电容C1#6、可调电阻RT1#6以及开关按钮K2#6和K3#6，继电器K#6包括线圈K1#6和开关S1#6，开关S1#6串接在VCC上，且开关S1#6一端通过发光二极管VL1#6接地、另一端通过发光二极管VL2#6接地，电阻R1#6、开关按钮K2#6、开关按钮K3#6依次串联后一端接地、另一端与VCC相连，NPN型三极管Q1#6的发射极通过电阻R1#6和VCC相连、集电极通过可调电阻RT1#6接地、基极通过线圈K1#6和VCC相连，PNP型三极管Q2#6的集电极通过线圈K1#6和VCC相连、发射极接地、基极通过电容C1#6接地，且开关按钮K2#6和K3#6之间的中间连接线通过电容C1#6接地，PNP型三极管Q2#6的基极、NPN型三极管Q1#6的集电极相互连接。

优选地，所述过流检测电路包括电阻R1#7～R8#7、电容C1#7～C4#7、NPN三极管Q1#7、二极管D1#7和比较器IC，NPN三极管Q1#7的发射极和220V的供电支路相连、基极通过电阻R7#7接地、集电极依次通过电阻R4#7、电阻R5#7和比较器IC的反相输入端相连，电阻R7#7通过电容C5#7和NPN三极管Q1#7的发射极相连，电阻R8#7和电容C5#7、电阻R7#7两者构成的串联支路相并联连接，且NPN三极管Q1#7的集电极通过反向布置的二极管D1#7接地，比较器IC的反相输入端分别通过并联布置的电阻R6#7、电容C3#7、电容C4#7接地，比较器IC的反相反馈端直接接地，比较器IC的正相输入端通过电阻R1#7和VCC相连、且通过电阻R2#7接地，电容C1#7和电容C2#7两者并联布置于VCC和接地端GND之间，比较器IC的正相反馈端直接接VCC，比较器IC的输出端和第一微处理器相连，且比较器IC的输出端通过电阻R3#7和VCC相连。

优选地，所述过热检测电路包括NE555定时器芯片、热敏电阻R1#8、电阻R2#8、可调电阻RT1#8和RT2#8、电容C1#8、电容E1#8、发光二极管LED1#8、开关K1#8和电池B1，开关K1#8、热敏电阻R1#8、可调电阻RT2#8的两个固定端、电容E1#8、电池B1依次串联形成回路，NE555定时器芯片的7号引脚和可调电阻RT2#8的活动端以及一个固定端相连、2号及6号引脚同时与可调电阻RT2#8的另一个固定端相连，NE555定时器芯片的1号引脚和电池B1负极相连、5号引脚通过电容C1#8和电池B1负极相连、4号和8号引脚和电池B1正极相连，且电池B1的正极还通过发光二极管LED1#8、可调电阻RT1#8的活动端和NE555定时器芯片的3号引脚相连。

优选地，所述短路故障控制电路包括电阻R1#9～R5#9、可调电阻RT1#9、二极管D1#9～D3#9、电容C1#9～C2#9、PNP型三极管Q1#9、比较器IC和驱动芯片EXB841，PNP型三极管Q1#9的集电极和220V的供电支路相连、发射极通过电容C2#9接地，二极管D3#9和电容C2#9并联，驱动芯片EXB841的2号引脚和电源模块的+25V电源输出端相连、且同时通过电容C1#9接地，电源模块的+25V电源输出端依次通过电阻R1#9、可调电阻RT1#9接地，可调电阻RT1#9的调节端和比较器IC的反相输入端相连，比较器IC的反相反馈端接电源模块的-10V电源输出端、正相反馈端接电源模块的+25V电源输出端，比较器IC的正相输入端通过电阻R2#9、可调电阻RT1#9接地，且比较器IC的正相输入端通过二极管D1#9和PNP型三极管Q1#9的集电极相连，比较器IC的输出端通过电阻R3#9和比较器IC的正相反馈端相连，且比较器IC的输出端通过反向布置的二极管D2#9和驱动芯片EXB841的6号引脚相连，驱动芯片EXB841的9号引脚接地，驱动芯片EXB841的10号引脚的通过电阻R5#9和PNP型三极管Q1#9的基极相连、11号引脚和PNP型三极管Q1#9的发射极相连，所述电源模块的输入端通过IGBT开关和总空气开关的220V输出母线相连，驱动芯片EXB841的14和15号引脚与IGBT开关的控制端相连。

优选地，还包括前面板，所述前面板包括显示模块、按键模块、第二微处理器和第二无线通信接口，所述显示模块、按键模块、第二无线通信接口分别与第二微处理器相连，且所述第二微处理器通过第二无线通信接口、第一无线通信接口和第一微处理器相连。

本实用新型智慧家庭能源中心控制装置具有下述优点：本实用新型智慧家庭能源中心控制装置包括总空气开关、电源模块、总控模块和布置于供电支路上的支路保护控制模块，所述总空气开关的220V输出母线上设有零序电流互感器和电压互感器，且各条供电支路上均设有电压电流互感器，所述电源模块的输入端和总空气开关的220V输出母线相连、输出端分别和总控模块及支路保护控制模块相连，所述总控模块包括信号调理电路、第一微处理器、第一无线通信接口以及至少一个现场总线接口，是一种配电箱与智慧家庭终端相结合的产品，其中总控模块为本实施例的智慧家庭能源中心控制装置的核心，也是支路保护控制模块、前面板、客户端之间联系的纽带，能够实现对受控电气设备的智能控制，能够提高新形势下客户满意度需求，适合家居智能化设备的控制，具有结构简单、操作简单、工作效率高的优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例装置的拓扑结构示意图。

图2为本实用新型实施例装置的框架结构示意图。

图3为本实用新型实施例中综合故障及用电监控模块的框架结构示意图。

图4为本实用新型实施例中电量分路计量电路的电路原理示意图。

图5为本实用新型实施例中漏电检测电路的电路原理示意图。

图6为本实用新型实施例中过载检测电路的电路原理示意图。

图7为本实用新型实施例中过流检测电路的电路原理示意图。

图8为本实用新型实施例中过热检测电路的电路原理示意图。

图9为本实用新型实施例中短路故障控制电路的电路原理示意图。

图例说明：1、总空气开关；11、零序电流互感器；12、电压互感器；13、电压电流互感器；2、电源模块；3、总控模块；31、信号调理电路；32、第一微处理器；33、第一无线通信接口；34、现场总线接口；4、支路保护控制模块；41、磁保持继电器；42、综合故障及用电监控模块；5、包括前面板；51、显示模块；52、按键模块；53、第二微处理器；54、第二无线通信接口。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例的智慧家庭能源中心控制装置包括总空气开关1、电源模块2、总控模块3和布置于供电支路上的支路保护控制模块4，总空气开关1的220V输出母线上设有零序电流互感器11和电压互感器12，且各条供电支路上均设有电压电流互感器13，电源模块2的输入端和总空气开关1的220V输出母线相连、输出端分别和总控模块3及支路保护控制模块4相连，总控模块3包括信号调理电路31、第一微处理器32、第一无线通信接口33以及至少一个现场总线接口34，零序电流互感器11、电压互感器12、电压电流互感器13分别通过信号调理电路31和第一微处理器32相连，第一微处理器32分别与第一无线通信接口33、现场总线接口34相连，支路保护控制模块4包括磁保持继电器41，磁保持继电器41串联在供电支路上且控制端和第一微处理器32相连。

如图2所示，本实施例还包括前面板5，前面板5包括显示模块51、按键模块52、第二微处理器53和第二无线通信接口54，显示模块51、按键模块52、第二无线通信接口54分别与第二微处理器53相连，且第二微处理器53通过第二无线通信接口54、第一无线通信接口33和第一微处理器32相连。本实施例的智慧家庭能源中心控制装置是一种配电箱与智慧家庭终端相结合的产品，其中总控模块3为本实施例的智慧家庭能源中心控制装置的核心，也是支路保护控制模块4、前面板5、客户端之间联系的纽带。总控模块3可采集来自各个供电支路的用电数据，负责将这些用电数据的解析转换，上传到客户端与前面板5供用户查看。

如图2和图3所示，支路保护控制模块4还包括综合故障及用电监控模块42，综合故障及用电监控模块42包括电量分路计量电路、漏电检测电路、过载检测电路、过流检测电路、过热检测电路和短路故障控制电路，电量分路计量电路、漏电检测电路、过流检测电路、短路故障控制电路分别和供电支路相连，过载检测电路串接在电源模块2的输出端，电量分路计量电路、过流检测电路分别与第一微处理器32相连。

如图4所示，电量分路计量电路包括电压检测电路、电流检测电路和电能计量芯片，电压检测电路包括精密电阻衰减网络，电能计量芯片的电压检测通道通过精密电阻衰减网络和供电支路相连，精密电阻衰减网络包括串联布置的两组以上的电阻，且每一组电阻上并联布置有短接开关；电流检测电路包括分流滤波电路，电能计量芯片的电流检测通道通过分流滤波电路和供电支路相连；电能计量芯片的输出端设有光电耦合器，电能计量芯片的输出端通过光电耦合器和第一微处理器32相连。参见图4，本实施例中的电能计量芯片采用ADE7755芯片。ADE7755芯片的电压检测通道（V2P和V2N引脚）通过精密电阻衰减网络和供电支路相连，精密电阻衰减网络包括串联布置的三组电阻，其中电阻R4#4～R8#4构成一组、R10#4～R13#4构成一组、R16#4单独构成一组，短接开关S2#4～开关S5#4串联电容E4#4后作为电阻R4#4～R8#4构成的一组电阻并联布置的短接开关，短接开关S8#4～开关S11#4串联后作为电阻R10#4～R13#4构成的一组电阻并联布置的短接开关，短接开关S12#4作为电阻R16#4上并联布置的短接开关，精密电阻衰减网络前端还串联有保护电阻R15#4、电阻R14#4，ADE7755芯片的V2P引脚依次通过精密电阻衰减网络、电阻R15#4、电阻R14#4和220V供电支路相连，且ADE7755芯片的V2P引脚且通过并联布置的电容E3#4和电容C8#4接地、通过电阻R9#4、电阻R17#4接地，ADE7755芯片的V2N引脚则通过电阻R18#4接地。ADE7755芯片的电流检测通道（V1P和V1N引脚）通过分流滤波电路和供电支路相连；分流滤波电路包括采集端子JP1、电阻R2#4～R3#4和电容C4#4～C5#4，采集端子JP1和供电支路相连，且ADE7755芯片的V1P引脚通过电阻R2#4和采集端子JP1的1号引脚相连、且通过电容C4#4接地，ADE7755芯片的V1N引脚通过电阻R3#4和采集端子JP1的1号引脚相连、且通过电容C5#4接地。ADE7755芯片的CF引脚作为输出端，依次通过电阻R1#4、发光二极管L1#4和光电耦合器U1#4的输入端相连，光电耦合器U1#4的输出端和第一微处理器32的引脚TO相连，电阻R1#4还并联布置有电容C1#4。工作状态下，负载电流经过分流滤波电路后转换成合适的电压信号送入ADE7755芯片的电流检测通道（V1P和V1N引脚）；而220V相电压则通过由左侧电阻与开关构成的精密电阻衰减网络降压后，再通过滤波电路送入ADE7755芯片的电压检测通道（V2P和V2N引脚），电压信号经过ADE7755芯片转换成有功功率以高频脉冲形式从引脚CF输出然后接入到外部中断信号输入端，CF脚经光电耦合器接在第一微处理器32的T0计数器上，由第一微处理器32对CF脚输出的脉冲进行计数，再根据ADE7755芯片的内置电能计量功能计算出所测功率。总控模块3的第一微处理器32从ADE7755芯片的CF端采集脉冲经过处理后得到的数据，然后进行数据解析并传输到前面板5及客户端。

如图5所示，漏电检测电路包括12V供电电路、NE555定时器芯片、继电器K#5、电流互感器TA、可调电阻RT1#5、电阻R1#5～R6#5、复位按钮S3#5、试验按钮S4#5、发光二极管VL#5以及二极管D3#5，12V供电电路包括降压电容C1#5、整流桥D1#5、D2#5、D4#5、D5#5和稳压芯片IC1，整流桥D1#5、D2#5、D4#5、D5#5的输入端串接降压电容C1#5后接入供电支路，整流桥D1#5、D2#5、D4#5、D5#5的输出端分别与稳压芯片IC1的输入端和接地端相连，且稳压芯片IC1的输入端和接地端之间并联布置有电容C2#5，稳压芯片IC1的OUT输出端通过电阻R2#5和NE555定时器芯片的2号引脚相连、通过可调电阻RT1#5和电阻R3#5和NE555定时器芯片的6号引脚相连，NE555定时器芯片的2号引脚通过复位按钮S3#5与稳压芯片IC1的接地端相连，NE555定时器芯片的6号引脚通过电阻R5#5与稳压芯片IC1的接地端相连；继电器K#5包括线圈K1#5、常闭开关S1#5和S2#5，电流互感器TA包括相互耦合的绕组L1#5～L3#5，常闭开关S1#5和绕组L1#5串接在供电支路的火线上，常闭开关S2#5和绕组L2#5串接在供电支路的零线上，绕组L2#5的后端依次串接电阻R6#5、试验按钮S4#5后与绕组L1#5的前端相连，绕组L3#5一端和NE555定时器芯片的5号引脚相连、另一端串接电容C3#5后与NE555定时器芯片的6号引脚相连，NE555定时器芯片的3号引脚通过电阻R4#5、发光二极管VL#5后和NE555定时器芯片的GND接地端相连，NE555定时器芯片的GND接地端和稳压芯片IC1的接地端相连，NE555定时器芯片的3号引脚和7号引脚共同通过线圈K1#5和稳压芯片IC1的OUT输出端相连，且NE555定时器芯片的7号引脚通过二极管D3#5和稳压芯片IC1的OUT输出端相连。漏电检测电路的工作原理如下：在工作状态下，交流220V电压经降压电容C1#5降压、整流桥D1#5、D2#5、D4#5、D5#5整流、电容C2#5滤波及稳压芯片IC1稳压后，产生直流+l2V电压(VCC)，作为NE555定时器芯片的工作电压。在正常情况下（用电设备无漏电时），电流互感器TA的绕组Ll#5和L2#5中的电流大小相等、方向相反，绕组L3#5中无电流，NE555定时器芯片的6号引脚电位低于5号引脚电位 (即低于2VCC/3)。在使用漏电保护器前，先按一下复位按钮S3#5，使NE555定时器芯片的3号引脚输出高电平，发光二极管VL#5点亮。此时，继电器K#5不动作，交流 220V电压经过继电器K的两组常闭触头Sl#5、S2#5和电流互感器TA的绕组Ll#5、L2#5向负载 （用电设备）供电。当发生漏电或触电时，电流互感器TA的绕组Ll#5、L2#5中的电流便不平衡，绕组L3#5中有感应信号产生，该感应信号的正半周信号会使NE555定时器芯片的6号引脚电位高于5号引脚电位 (即高于2VCC/3)，NE555定时器芯片的3号引脚由高电平变为低电平，继电器K#5通电吸合，其常闭触头Sl#5和S2#5均断开，切断负载电路中用电设备的电源。同时发光二极管VL#5熄灭。在漏电保护器电路正常工作时，若按动试验按钮S4#5，则发光二极管VL#5熄灭;若再按动复位按钮S3#5后，则发光二极管VL#5又点亮。调节可调电阻RT1#5的阻值，可改变漏电保护器的灵敏度。

如图6所示，过载检测电路包括发光二极管VL1#6和VL2#6、电阻R1#6和R2#6、继电器K#6、NPN型三极管Q1#6、PNP型三极管Q2#6、电容C1#6、可调电阻RT1#6以及开关按钮K2#6和K3#6，继电器K#6包括线圈K1#6和开关S1#6，开关S1#6串接在VCC上，且开关S1#6一端通过发光二极管VL1#6接地、另一端通过发光二极管VL2#6接地，电阻R1#6、开关按钮K2#6、开关按钮K3#6依次串联后一端接地、另一端与VCC相连，NPN型三极管Q1#6的发射极通过电阻R1#6和VCC相连、集电极通过可调电阻RT1#6接地、基极通过线圈K1#6和VCC相连，PNP型三极管Q2#6的集电极通过线圈K1#6和VCC相连、发射极接地、基极通过电容C1#6接地，且开关按钮K2#6和K3#6之间的中间连接线通过电容C1#6接地，PNP型三极管Q2#6的基极、NPN型三极管Q1#6的集电极相互连接。过载检测电路的工作原理如下：在电源带上负荷的时候，会出现电压下降现象，负荷越大电压下降也越大，根据这种原理，电阻R1#6和可调电阻RT1#6组成了分压器，分压点= RT1#6/(R1#6+ RT1#6)* VCC。所以当VCC一定时，如可调电阻RT1#6越小则分压点越低；反之，R1#6和可调电阻RT1#6是定值。VCC越低，同样分压点电压也越低。当分压点低于0.17V时，三极管Q2#6截止，继电器K#6释放，起到了限制负荷电流的作用。

如图7所示，过流检测电路包括电阻R1#7～R8#7、电容C1#7～C4#7、NPN三极管Q1#7、二极管D1#7和比较器IC，NPN三极管Q1#7的发射极和220V的供电支路相连、基极通过电阻R7#7接地、集电极依次通过电阻R4#7、电阻R5#7和比较器IC的反相输入端相连，电阻R7#7通过电容C5#7和NPN三极管Q1#7的发射极相连，电阻R8#7和电容C5#7、电阻R7#7两者构成的串联支路相并联连接，且NPN三极管Q1#7的集电极通过反向布置的二极管D1#7接地，比较器IC的反相输入端分别通过并联布置的电阻R6#7、电容C3#7、电容C4#7接地，比较器IC的反相反馈端直接接地，比较器IC的正相输入端通过电阻R1#7和VCC相连、且通过电阻R2#7接地，电容C1#7和电容C2#7两者并联布置于VCC和接地端GND之间，比较器IC的正相反馈端直接接VCC，比较器IC的输出端和第一微处理器32相连，且比较器IC的输出端通过电阻R3#7和VCC相连。本实施例中，比较器IC具体采用LM2903M芯片，LM2903M芯片构成了过流检测电路的核心器件。正常运行时，LM2903M芯片的同相输入端电压约为1.245V，而反相输入端基本为0V，因此LM2903M芯片输出高电平。且当电阻R8#7两端电压升高到一定程度，三极管Q1#7导通，电阻R8#7上的电压，经电R4#7、电R5#7、电R6#7分压后，施加在LM2903M芯片的反相输入端。当这个分压值使得反相输入端电压高过上边正相反馈端连接电路的设定电压值1.245V时，LM2903M芯片输出翻转，输出变成低电平，完成过流检测功能。

如图8所示，过热检测电路包括NE555定时器芯片、热敏电阻R1#8、电阻R2#8、可调电阻RT1#8和RT2#8、电容C1#8、电容E1#8、发光二极管LED1#8、开关K1#8和电池B1，开关K1#8、热敏电阻R1#8、可调电阻RT2#8的两个固定端、电容E1#8、电池B1依次串联形成回路，NE555定时器芯片的7号引脚和可调电阻RT2#8的活动端以及一个固定端相连、2号及6号引脚同时与可调电阻RT2#8的另一个固定端相连，NE555定时器芯片的1号引脚和电池B1负极相连、5号引脚通过电容C1#8和电池B1负极相连、4号和8号引脚和电池B1正极相连，且电池B1的正极还通过发光二极管LED1#8、可调电阻RT1#8的活动端和NE555定时器芯片的3号引脚相连。本实施例中，过热检测电路采用负温度系数的热敏电阻R1#8作热量传感器，热敏电阻R1#8的阻值随温度而改变；电容E1#8是定时电容，它在l/3VDD和2/3VDD之间充电和放电，VDD即为电池B1的输出电压。热敏电阻R1#8与NE555定时器芯片、可调电阻RT2#8、电容E1#8一起接成多谐振荡器，多谐振荡器的振荡频率主要取决于热敏电阻R1#8、可调电阻RT2#8和电容E1#8的值。在正常室温条件下，发光二极管LED1#8以1Hz(可用可调电阻RT2#8调节)频率闪烁，表示电路处于电源接通状态，并在正常温度下工作。 当热敏电阻R1#8附近的温度由于设备工作而上升时，热敏电阻R1#8的阻值减小，发光二极管LED1#8的闪烁频率也降低。当温度达到50℃时，发光二极管LED1#8的闪烁频率还要进一步降低。在温度到达60℃后，由于热敏电阻R1#8的阻值降低剧烈，发光二极管LED1#8就停止闪烁并一直保持发光状态，这表示设备已经过热。发光二极管LED1#8的亮度可通过调节可调电阻RT1#8来改变。热敏电阻R1#8应贴装在需要进行温度检测的部件上，发光二极管LED1#8装在面板上作为加电和测温指示器。

如图9所示，短路故障控制电路包括电阻R1#9～R5#9、可调电阻RT1#9、二极管D1#9～D3#9、电容C1#9～C2#9、PNP型三极管Q1#9、比较器IC和驱动芯片EXB841，PNP型三极管Q1#9的集电极和220V的供电支路相连、发射极通过电容C2#9接地，二极管D3#9和电容C2#9并联，驱动芯片EXB841的2号引脚和电源模块2的+25V电源输出端相连、且同时通过电容C1#9接地，电源模块2的+25V电源输出端依次通过电阻R1#9、可调电阻RT1#9接地，可调电阻RT1#9的调节端和比较器IC的反相输入端相连，比较器IC的反相反馈端接电源模块2的-10V电源输出端、正相反馈端接电源模块2的+25V电源输出端，比较器IC的正相输入端通过电阻R2#9、可调电阻RT1#9接地，且比较器IC的正相输入端通过二极管D1#9和PNP型三极管Q1#9的集电极相连，比较器IC的输出端通过电阻R3#9和比较器IC的正相反馈端相连，且比较器IC的输出端通过反向布置的二极管D2#9和驱动芯片EXB841的6号引脚相连，驱动芯片EXB841的9号引脚接地，驱动芯片EXB841的10号引脚的通过电阻R5#9和PNP型三极管Q1#9的基极相连、11号引脚和PNP型三极管Q1#9的发射极相连，电源模块2的输入端通过IGBT开关和总空气开关1的220V输出母线相连，驱动芯片EXB841的14和15号引脚与IGBT开关的控制端相连。本实施例采用驱动芯片EXB841来驱动IGBT开关，驱动芯片EXB841内部电路能很好地完成降栅及软关断功能，并具有内部延迟功能，以消除干扰产生的误动作。如果发生短路，过电流信息不直接送PNP型三极管Q1#9的集电极，而是快速关断快速恢复二极管D1#9，使比较器 IC (LM339芯片)的正向电压V+大于反向电压V-，比较器 IC输出高电平，由二极管D2#9送至驱动芯片EXB841的6脚，启动驱动芯片EXB841内部电路中的降栅压及软关断电路，低速切断电路慢速关断PNP型三极管Q1#9，完成了短路保护。该电路的特点是，消除了由二极管D1#9正向压降随电流不同而引起关断速度不同的差异，提高了电流检测的准确性，同时由于直接利用驱动芯片EXB841内部电路中的降栅压及软关断功能，整体电路简单可靠。

参见图1，本实施例智慧家庭能源中心控制装置的控制方法，实施步骤包括：

1）预先对总控模块3进行无线网络配置，使得总控模块3通过第一无线通信接口33接入互联网，且将受控电气设备（如空调、热水器、灯光、窗帘等）通过第一无线通信接口33或现场总线接口34与总控模块3相连；在上电启动以后，总控模块3通过零序电流互感器11采集总空气开关1的220V输出母线上的零序电流、通过电压互感器12采集总空气开关1的220V输出母线上的电压、通过电压电流互感器13采集各个供电支路的用电状态信息进行存储，当通过第一无线通信接口33收到互联网的云服务器的查询或控制指令时，跳转执行下一步；

2）判断接收指令的类型，如果收到的指令为查询指令，则跳转执行步骤3）；如果收到的指令为控制指令，则跳转执行步骤4）；

3）总控模块3将查询结果发送至云服务器，所述查询结果包括零序电流互感器11检测的电流、电压互感器12检测的电压、电压电流互感器13检测到指定的供电支路的用电状态信、指定受控设备的工作状态中的至少一种；跳转执行步骤2）；

4）总控模块3通过第一无线通信接口33或现场总线接口34给受控设备发送控制指令，并将受控设备执行结果通过第一无线通信接口33发送至云服务器；跳转执行步骤2）。

通过本实施例智慧家庭能源中心控制装置接收来自智慧云平台的云服务器的查询或者控制指令，并对指令进行协议的解析和转换，向下通过无线通讯方式发送至终端受控设备，如空调、热水器、灯光、窗帘等，实现居民侧家用电器用电数据的采集、家庭各分路用电数据采集和控制、电器的智能化控制以及安全用电防护。用户的平板设备、手机等智能终端以Wi-Fi无线等方式连接智慧云平台的云服务器，用户通过智能终端上的APP客户端即可对本实施例智慧家庭能源中心控制装置进行基础信息配置，实现与智慧云平台的互联互通，无线通信模块是基于新形势下客户满意度需求的智慧能源中心装置实现居民用电智能化控制与用电信息查询，以及未来扩展需求侧响应相关应用的桥梁模块，还可以配合智能家居中的安防检测，为家庭侧安防提供了完整的保障方案。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种智慧家庭能源中心控制装置，其特征在于：包括总空气开关（1）、电源模块（2）、总控模块（3）和布置于供电支路上的支路保护控制模块（4），所述总空气开关（1）的220V输出母线上设有零序电流互感器（11）和电压互感器（12），且各条供电支路上均设有电压电流互感器（13），所述电源模块（2）的输入端和总空气开关（1）的220V输出母线相连、输出端分别和总控模块（3）及支路保护控制模块（4）相连，所述总控模块（3）包括信号调理电路（31）、第一微处理器（32）、第一无线通信接口（33）以及至少一个现场总线接口（34），所述零序电流互感器（11）、电压互感器（12）、电压电流互感器（13）分别通过信号调理电路（31）和第一微处理器（32）相连，所述第一微处理器（32）分别与第一无线通信接口（33）、现场总线接口（34）相连，所述支路保护控制模块（4）包括磁保持继电器（41），所述磁保持继电器（41）串联在供电支路上且控制端和第一微处理器（32）相连。

2.根据权利要求1所述的智慧家庭能源中心控制装置，其特征在于：所述支路保护控制模块（4）还包括综合故障及用电监控模块（42），所述综合故障及用电监控模块（42）包括电量分路计量电路、漏电检测电路、过载检测电路、过流检测电路、过热检测电路和短路故障控制电路，所述电量分路计量电路、漏电检测电路、过流检测电路、短路故障控制电路分别和供电支路相连，所述过载检测电路串接在电源模块（2）的输出端，所述电量分路计量电路、过流检测电路分别与第一微处理器（32）相连。

3.根据权利要求2所述的智慧家庭能源中心控制装置，其特征在于：所述电量分路计量电路包括电压检测电路、电流检测电路和电能计量芯片，所述电压检测电路包括精密电阻衰减网络，所述电能计量芯片的电压检测通道通过精密电阻衰减网络和供电支路相连，所述精密电阻衰减网络包括串联布置的两组以上的电阻，且每一组电阻上并联布置有短接开关；所述电流检测电路包括分流滤波电路，所述电能计量芯片的电流检测通道通过分流滤波电路和供电支路相连；所述电能计量芯片的输出端设有光电耦合器，所述电能计量芯片的输出端通过光电耦合器和第一微处理器（32）相连。

4.根据权利要求2所述的智慧家庭能源中心控制装置，其特征在于：所述漏电检测电路包括12V供电电路、NE555定时器芯片、继电器K#5、电流互感器TA、可调电阻RT1#5、电阻R1#5～R6#5、复位按钮S3#5、试验按钮S4#5、发光二极管VL#5以及二极管D3#5，所述12V供电电路包括降压电容C1#5、整流桥D1#5、D2#5、D4#5、D5#5和稳压芯片IC1，所述整流桥D1#5、D2#5、D4#5、D5#5的输入端串接降压电容C1#5后接入供电支路，所述整流桥D1#5、D2#5、D4#5、D5#5的输出端分别与稳压芯片IC1的输入端和接地端相连，且稳压芯片IC1的输入端和接地端之间并联布置有电容C2#5，稳压芯片IC1的OUT输出端通过电阻R2#5和NE555定时器芯片的2号引脚相连、通过可调电阻RT1#5和电阻R3#5和NE555定时器芯片的6号引脚相连，NE555定时器芯片的2号引脚通过复位按钮S3#5与稳压芯片IC1的接地端相连，NE555定时器芯片的6号引脚通过电阻R5#5与稳压芯片IC1的接地端相连；所述继电器K#5包括线圈K1#5、常闭开关S1#5和S2#5，所述电流互感器TA包括相互耦合的绕组L1#5～L3#5，常闭开关S1#5和绕组L1#5串接在供电支路的火线上，常闭开关S2#5和绕组L2#5串接在供电支路的零线上，绕组L2#5的后端依次串接电阻R6#5、试验按钮S4#5后与绕组L1#5的前端相连，绕组L3#5一端和NE555定时器芯片的5号引脚相连、另一端串接电容C3#5后与NE555定时器芯片的6号引脚相连，NE555定时器芯片的3号引脚通过电阻R4#5、发光二极管VL#5后和NE555定时器芯片的GND接地端相连，NE555定时器芯片的GND接地端和稳压芯片IC1的接地端相连，NE555定时器芯片的3号引脚和7号引脚共同通过线圈K1#5和稳压芯片IC1的OUT输出端相连，且NE555定时器芯片的7号引脚通过二极管D3#5和稳压芯片IC1的OUT输出端相连。

5.根据权利要求2所述的智慧家庭能源中心控制装置，其特征在于：所述过载检测电路包括发光二极管VL1#6和VL2#6、电阻R1#6和R2#6、继电器K#6、NPN型三极管Q1#6、PNP型三极管Q2#6、电容C1#6、可调电阻RT1#6以及开关按钮K2#6和K3#6，继电器K#6包括线圈K1#6和开关S1#6，开关S1#6串接在VCC上，且开关S1#6一端通过发光二极管VL1#6接地、另一端通过发光二极管VL2#6接地，电阻R1#6、开关按钮K2#6、开关按钮K3#6依次串联后一端接地、另一端与VCC相连，NPN型三极管Q1#6的发射极通过电阻R1#6和VCC相连、集电极通过可调电阻RT1#6接地、基极通过线圈K1#6和VCC相连，PNP型三极管Q2#6的集电极通过线圈K1#6和VCC相连、发射极接地、基极通过电容C1#6接地，且开关按钮K2#6和K3#6之间的中间连接线通过电容C1#6接地，PNP型三极管Q2#6的基极、NPN型三极管Q1#6的集电极相互连接。

6.根据权利要求2所述的智慧家庭能源中心控制装置，其特征在于：所述过流检测电路包括电阻R1#7～R8#7、电容C1#7～C4#7、NPN三极管Q1#7、二极管D1#7和比较器IC，NPN三极管Q1#7的发射极和220V的供电支路相连、基极通过电阻R7#7接地、集电极依次通过电阻R4#7、电阻R5#7和比较器IC的反相输入端相连，电阻R7#7通过电容C5#7和NPN三极管Q1#7的发射极相连，电阻R8#7和电容C5#7、电阻R7#7两者构成的串联支路相并联连接，且NPN三极管Q1#7的集电极通过反向布置的二极管D1#7接地，比较器IC的反相输入端分别通过并联布置的电阻R6#7、电容C3#7、电容C4#7接地，比较器IC的反相反馈端直接接地，比较器IC的正相输入端通过电阻R1#7和VCC相连、且通过电阻R2#7接地，电容C1#7和电容C2#7两者并联布置于VCC和接地端GND之间，比较器IC的正相反馈端直接接VCC，比较器IC的输出端和第一微处理器（32）相连，且比较器IC的输出端通过电阻R3#7和VCC相连。

7.根据权利要求2所述的智慧家庭能源中心控制装置，其特征在于：所述过热检测电路包括NE555定时器芯片、热敏电阻R1#8、电阻R2#8、可调电阻RT1#8和RT2#8、电容C1#8、电容E1#8、发光二极管LED1#8、开关K1#8和电池B1，开关K1#8、热敏电阻R1#8、可调电阻RT2#8的两个固定端、电容E1#8、电池B1依次串联形成回路，NE555定时器芯片的7号引脚和可调电阻RT2#8的活动端以及一个固定端相连、2号及6号引脚同时与可调电阻RT2#8的另一个固定端相连，NE555定时器芯片的1号引脚和电池B1负极相连、5号引脚通过电容C1#8和电池B1负极相连、4号和8号引脚和电池B1正极相连，且电池B1的正极还通过发光二极管LED1#8、可调电阻RT1#8的活动端和NE555定时器芯片的3号引脚相连。

8.根据权利要求2所述的智慧家庭能源中心控制装置，其特征在于：所述短路故障控制电路包括电阻R1#9～R5#9、可调电阻RT1#9、二极管D1#9～D3#9、电容C1#9～C2#9、PNP型三极管Q1#9、比较器IC和驱动芯片EXB841，PNP型三极管Q1#9的集电极和220V的供电支路相连、发射极通过电容C2#9接地，二极管D3#9和电容C2#9并联，驱动芯片EXB841的2号引脚和电源模块（2）的+25V电源输出端相连、且同时通过电容C1#9接地，电源模块（2）的+25V电源输出端依次通过电阻R1#9、可调电阻RT1#9接地，可调电阻RT1#9的调节端和比较器IC的反相输入端相连，比较器IC的反相反馈端接电源模块（2）的-10V电源输出端、正相反馈端接电源模块（2）的+25V电源输出端，比较器IC的正相输入端通过电阻R2#9、可调电阻RT1#9接地，且比较器IC的正相输入端通过二极管D1#9和PNP型三极管Q1#9的集电极相连，比较器IC的输出端通过电阻R3#9和比较器IC的正相反馈端相连，且比较器IC的输出端通过反向布置的二极管D2#9和驱动芯片EXB841的6号引脚相连，驱动芯片EXB841的9号引脚接地，驱动芯片EXB841的10号引脚的通过电阻R5#9和PNP型三极管Q1#9的基极相连、11号引脚和PNP型三极管Q1#9的发射极相连，所述电源模块（2）的输入端通过IGBT开关和总空气开关（1）的220V输出母线相连，驱动芯片EXB841的14和15号引脚与IGBT开关的控制端相连。

9.根据权利要求1所述的智慧家庭能源中心控制装置，其特征在于：还包括前面板（5），所述前面板（5）包括显示模块（51）、按键模块（52）、第二微处理器（53）和第二无线通信接口（54），所述显示模块（51）、按键模块（52）、第二无线通信接口（54）分别与第二微处理器（53）相连，且所述第二微处理器（53）通过第二无线通信接口（54）、第一无线通信接口（33）和第一微处理器（32）相连。