CN208849546U - 一种智能化家用节能配电装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种智能化家用节能配电装置，具体方案包括电源模块、电流信号采集与处理模块、微控制器、电压信号采集与处理模块和切换开关，所述电源模块的输出端与电流信号采集与处理模块和微控制器相连接，所述电压信号采集与处理模块的输出端以及电流信号采集与处理模块的输出端与微控制器的输入端相连接，所述微控制器的输出端与切换开关的输入端相连接，所述切换开关的输出端与用电器相连接。该实用新型通过装置内部传感器对用电器的电流电压及功率因数进行实时监测，从而控制改变配电开关状态来进行对家用电器的开关来进行彻底地节能。

Description

一种智能化家用节能配电装置
技术领域
本实用新型涉及电器设备技术领域,尤其涉及一种智能化家用节能配电装置。
背景技术
随着科技与经济的不断发展，节能减排思想已愈加深入人心，全民节电被提上日程。对普通家庭用户而言，家电节能具有相当高的可操作性，比如电视机及机顶盒常年不关处于待机状态；热水器等大功率用电器忘记关闭而处于长时间工作或者待机状态。但纵观目前市场已有电器节能产品，多数仅针对单个大额用电器进行轻微节能，不能通过实时监测用电器的使用状态及功率因数对用电器进行智能化地管理节能。
实用新型内容
根据现有技术存在的问题，本实用新型公开了一种智能化家用节能配电装置，具体方案包括电源模块、电流信号采集与处理模块、微控制器、电压信号采集与处理模块和切换开关，所述电源模块的输出端与电流信号采集与处理模块和微控制器相连接，所述电压信号采集与处理模块的输出端以及电流信号采集与处理模块的输出端与微控制器的输入端相连接，所述微控制器的输出端与切换开关的输入端相连接，所述切换开关的输出端与用电器相连接。
所述电压信号采集与处理模块至少包括电流互感器、采样电阻R6、AC/DC转换芯片和运算放大器P，所述电流互感器与采样电阻R6相连接，所述R6采样电阻与AC/DC转换芯片相连接，所述AC/DC转换芯片与运算放大器P相连接。
所述微控制器采用型号为STM32F103C8T6的控制芯片。
本实用新型公开的一种智能化家用节能配电装置，该装置将嵌入式系统开发应用于家庭配电箱内，通过传感器和算法实现记录家用电器使用情况及耗电量计算，从而将得到的数据进行学习和统计，进而通过控制配电开关的通断来在无人状态下对家用电器进行统一的智能化管理进行节能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型系统的电路原理图；
图2a是电源模块中将外接电源转换为直流+3V电路示意图；
图2b是电源模块中将图2a转换为直流+5V电路示意图；
图2c是将直流+5V转换为直流+3.3V电路示意图；
图2d是将直流+5V转换为直流-5V电路示意图；
图3是微控制器STM32F103C8T6最小系统示意图；
图4是信号采集处理(AC220V)示意图；
图5是切换开关电路示意图；
图6是信号采集与处理(5V)示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：
如图1所示的一种智能化家用节能配电装置，包括电源模块1、电流信号采集与处理模块2、微控制器4、电压信号采集与处理模块和切换开关3，所述电源模块1的输出端与电流信号采集与处理模块2和微控制器4相连接，所述电压信号采集与处理模块3的输出端以及电流信号采集与处理模块2的输出端与微控制器4的输入端相连接，所述微控制器4的输出端与切换开关5的输入端相连接，所述切换开关5的输出端与用电器相连接。其中微控制器4为系统的中枢；电源供电模块1为其他模块提供工作电压；电压信号采集与处理模块3以及电流信号采集与处理模块2分别采集AC220V的电流和DC5V的电流，并将采集到的信号进行一系列的处理后传送给微控制器4；切换开关接受微控制器的信号，连接或断开用电器的电源。
图2a图是电源模块1中将外接电源转换为直流+3V电路示意图；图中的图2b图是电源模块中将a图转换为直流+5V电路示意图；图2c图是将直流+5V转换为直流+3.3V电路示意图；图2d图是是将直流+5V转换为直流-5V电路示意图。
如图2中a图所示，是将AC220V电压通过变压器转换为AC15V输出，经整流桥整流，电容滤波，再经三端稳压集成电路7815和7809，输出稳定的DC9V。其中，C24、C25、C26、C27、C28、C29为滤波电容，降低脉动波纹系数提升高效平滑直流输出。
如图2中b图所示，是将VBAT电压通过AMS1117_5V转换为5V输出，给其他模块供电。图中的AMS1117-3.3V的管脚2、3接地，管脚4为电压输出端，管脚1为电压输入端；C5、C6、C7、C8为滤波电容，D2为发光二极管，R2为限流电阻，保证发光二极管工作稳定。
如图2中c图所示，是将5V电压通过AMS1117_3V3转换为3.3V输出，给主控模块供电。图中的AMS1117-3V3的管脚2、3接地，管脚4为电压输出端，管脚1为电压输入端；C1,C2,C3,C4为滤波电容，D1为发光二极管。R1为限流电阻，保证发光二极管工作稳定。
如图2中d图所示，是将+5V电压通过ICL7660芯片转换为-5V，从而为其他模块中的运放等芯片供电。图中管脚8接+5V电源，管脚5输出-5V，C21为储能电容，C22为滤波电容，保障输出电压的稳定，C23为隔离电容，保障芯片稳定工作。
图3是ARM内核STM32F103C8T6最小系统示意图，其中包括芯片、复位电路、晶振电路、滤波电路、指示电路，J-link接口电路。这几部分电路构成了STM32F103C8T6的最小系统。在这里，最小系统的功能主要是使用内部AD数模转换器采集其他模块的信号，通过特定程序处理，发送信号给切换开关电路执行相应的动作。我们预留了J-LINK下载口，方便给芯片下载程序和调试。
图4是信号采集与处理(AC220v)示意图，此电路中首先使用电流互感器采集电流信号，通过R6采样电阻转换为电压信号，电路中AD736为精密真有效值AC/DC转换芯片，双电源供电，将交流电压信号转换为相应的直流电压信号，OP07为运算放大器，采用电压串联负反馈连接，双电源供电，将AD736输出的较小的电压信号放大后输出，方便主控芯片AD模数转换器进行采集。D5、D6为限幅二极管，提供输入保护功能；C16、C17、C18、C19、C20为AD736的外围电容，R7为输入电阻；R9、R10分别为运算放大器OP07的分压和反馈电阻，调节放大倍数。
图5是切换开关电路示意图，采用大功率继电器，有两种工作模式，模式a为连接AC220V与用电器，模式b为断开AC220V与用电器。在用电器正常工作时，使用AC220V供电，在主控检测到用电器待机时，继电器接受主控信号从模式a跳到模式b，断开用电器。
图6是信号采集与处理(5V)示意图，采用运算放大器OP07，采用双电源供电，将来自精密电阻的电压信号进行适当放大后，传送给主控AD模数转换器。R12、R13为反馈电阻。
本实用新型使家用电器智能化节能成为可能，通过装置内部传感器对用电器的电流电压及功率因数进行实时监测，从而控制改变配电开关状态来进行对家用电器的开关来进行彻底地节能。本实用新型具有设备通用简单、成本低，便于安装、维护费用小等特点，可广泛应用于快速发展的智能家居行业。

Claims (3)

1.一种智能化家用节能配电装置，其特征在于包括：电源模块、电流信号采集与处理模块、微控制器、电压信号采集与处理模块和切换开关，所述电源模块的输出端与电流信号采集与处理模块和微控制器相连接，所述电压信号采集与处理模块的输出端以及电流信号采集与处理模块的输出端与微控制器的输入端相连接，所述微控制器的输出端与切换开关的输入端相连接，所述切换开关的输出端与用电器相连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能化家用节能配电装置，其特征还在于：所述电压信号采集与处理模块至少包括电流互感器、采样电阻R6、AC/DC转换芯片和运算放大器P，所述电流互感器与采样电阻R6相连接，所述R6采样电阻与AC/DC转换芯片相连接，所述AC/DC转换芯片与运算放大器P相连接。
3.根据权利要求1所述的一种智能化家用节能配电装置，其特征还在于：所述微控制器采用型号为STM32F103C8T6的控制芯片。
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