CN215526496U - 随器计量装置及家用电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种随器计量装置，应用于家用电器的功率控制，属于家电控制领域。所述随器计量装置包括：计量模块，用于采集家用电器的工作参数信息；处理模块，接收市电线路集中器下发的统一调节指令，并根据统一调节指令生成对应家用电器的功率调节指令；通信模块，与家用电器的主控板和市电线路集中器通讯连接，用于与主控板进行指令交换和与市电线路集中器进行信号传输；加密模块，用于保护数据传输；执行模块，在家用电器主控板上构建，用于执行所述功率调节指令，进行所述家用电器的运行功率调节。本实用新型可实现电网负荷过重时家用电器的功率自动调节，保证在降低电器功耗的同时不影响用户的体验。

Description

随器计量装置及家用电器

技术领域

本实用新型涉及家电控制领域，具体地涉及一种随器计量装置及一种家用电器。

背景技术

夏季炎热时，居民空调将被集中大量使用，导致电网负荷加重，极大影响了电网的安全稳定性，现有存在对工业用电进行错峰使用管控的方式进行电网负荷管理，但没有针对家庭用电的错峰管控，随着家用空调和其他家用电器的使用量越来越大，家庭用电对电网负荷的影响比重也越来也大。所以将家庭用电纳入负荷调控势在必行。

现有存在一些通过公网进行电力系统调控，通过公网接收家用电器的工作性能并下发调节指令的方法，但是这些方法不能保证系统与通信的安全性能，容易被攻破并恶意控制。针对现有家庭用电管控难度大和管控安全性能不高的问题，需要创造一种对家用电器工作状态进行监测和调节的装置。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种随器计量装置，该装置解决了现有家庭用电管控难度大和管控安全性能不高的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种随器计量装置，应用于家用电器的功率控制，所述随器计量装置包括：计量模块，用于采集所述家用电器的工作参数信息；处理模块，用于接收市电线路集中器下发的统一调节指令，并根据所述统一调节指令生成对应家用电器的功率调节指令；通信模块，与所述家用电器的主控板和所述市电线路集中器通讯连接，用于与所述主控板进行指令交换和与所述市电线路集中器进行信号传输；加密模块，用于保护数据传输；执行模块，在所述家用电器主控板上构建，用于执行所述功率调节指令，进行所述家用电器的运行功率调节。

优选的，所述计量模块包括：电压采集模块，用于采集所述家用电器的实时电压信息；电流采集模块，用于采集所述家用电器的实时电流信息；存储模块，用于缓存所述实时用电信息。

优选的，所述通信模块包括：载波通讯模块，设置在市电电路端，用于与所述市电线路集中器进行信息交换；串口通讯模块，与所述主控板通讯连接，用于与所述主控板进行指令交换。

优选的，所述载波通讯模块通过220V市电线路作为信号传输线与所述市电线路集中器通讯连接。

优选的，所述随器计量装置集成在所述家用电器中，与所述家用电器的其他模块单元封装在同一电器外壳内。

优选的，所述随器计量装置与所述家用电器为同一供电电源，所述随器计量装置与所述家用电器的启停状态点重合。

优选的，划定的同一区域内的所有随器计量装置对应通讯连接同一个市电线路集中器。

优选的，所述随器计量装置在所述家用电器通电瞬间自动搜索对应的市电线路集中器建立通讯连接，并在所述家用电器使用过程中持续保持连接状态。

优选的，所述同一线路集中器下的各个随器计量装置单独存在，互相不进行信息交换。

另一方面，本实用新型提供一种家用电器，所述家用电器包括上述的随器计量装置。

通过上述技术方案，随器计量装置实时采集家用电器的工作状态信息，并将这些信息通过加密模块进行加密，然后上传到集中器，集中器接收到电力系统控制中心下发的降低功率指令后，根据获取到的电气工作状态信息生成适应性的功率调整方案，并将功率调节方案发送到各个随器计量装置，随器计量装置接收到功率调整方案后生成对应的调节指令，实现空调的功率自动监测和调节，保证在电网负荷很大时，实现当前电器的自动调节，针对不同的用户需求，进行针对性的功率调节，保证在降低电器功耗的同时不影响用户的体验。

本实用新型实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施例，但并不构成对本实用新型实施例的限制。在附图中：

图1是本实用新型一种实施方式提供的随器计量装置的结构示意图；

图2是本实用新型一种实施方式提供的计量模块的结构示意图；

图3是本实用新型一种实施方式提供的通信模块的结构示意图；

图4是本实用新型一种实施方式提供的随器计量装置的控制流程图。

附图标记说明

10-计量模块；20-处理模块；30-通信模块；40-加密模块；50-执行模块；

101-电压采集模块；102-电流采集模块；103-存储模块；

201-载波通讯模块；202-串口通讯模块。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型实施例，并不用于限制本实用新型实施例。

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提出的随器计量装置主要针对家用电器进行集中差异化功率调节，而在家用电器中，空调因为使用普及率高、工作功率较大和用电量高的特征，成为夏季炎热时主要的电网负载，所以本实用新型的实施方式通过家用空调搭载随器计量装置进行解释。

请参照图1，本实施例提供一种随器计量装置，所述随器计量装置包括：计量模块10，用于采集所述家用电器的工作参数信息；处理模块20，用于接收市电线路集中器下发的统一调节指令，并根据所述统一调节指令生成对应家用电器的功率调节指令；通信模块30，与所述家用电器的主控板和所述市电线路集中器通讯连接，用于与所述主控板进行指令交换和与所述市电线路集中器进行信号传输；加密模块40，用于保护数据传输；执行模块50，在所述家用电器主控板上构建，用于执行所述功率调节指令，进行所述家用电器的运行功率调节。

优选的，如图2，所述计量模块10包括：电压采集模块101，用于采集所述家用电器的实时电压信息；电流采集模块102，用于采集所述家用电器的实时电流信息；存储模块103，用于缓存所述实时用电信息。

在本实用新型实施例中，不同家庭和不同房间对于空调的需求是不一样的，所以想要实现多个空调的集中管理，就必须获取每一个空调实时工作参数，根据空调的实际工作状态进行适应性的动态调节，例如，若不进行单个空调的工作参数监测而进行多个空调的同一标准调节，势必会造成部分空调功率调节特别大的情况，造成用户体验降低，从而使得装置的推广性能降低。为了在进行空调的集中调节过程中，在保证用户体验感良好的基础上，尽量降低电网负荷，优选的，在进行空调的集中调节前，进行各个空调的实际工作参数采集，在原有工作状态基础上确定各个空调的调节方案，并执行各个空调差异化的单独调节，即进行空调的实时电压、实时电流信息采集，针对不同的采集信息，设置对应的电压采集模块101、电流采集模块102。因为随器计量装置与空调使用的是同一电源，即市电220v交流电源，则电压采集模块101优选进行电压的直接采样，采用电阻分压方式进行空调的实时电压信息采集。同理，空调的实时工作电流也采用直接采集的方式，电流采集模块102采集到的电流信息与空调实时工作电流信息相同，优选采用互感器进行实时电流采集。电压采集模块101和电流采集模块102在获取空调的实时电压信息和电流信息后，根据计算结果获取空调的实时功率信息。存储模块103用于缓存用电信息，一方面便于将这些信息进行上传，另一方面作为空调的电量消耗数据存储，便于针对电器进行实时电量损耗追踪，提高家用电量损耗路径的信息管控和查询。

在另一种可能的实施方式中，空调的性能千差万别，即空调的功率损耗不同，相同的耗电功率转换为最终的有用做工功率不同，则在进行空调功率调节过程中，若根据空调的工作功率进行比例调节，可能部分功率损耗很大的空调在调低功率后工作效果相较于功率损耗低的空调的工作效果下降更大，导致这部分用户的体验满意度降低，为了解决不同空调性能的功率差异化调节，优选的，根据采集到的空调实时电压信息、实时电流信息和空调参数信息，分别计算空调的有功功率、无功功率和功率因素，根据空调的工作状态制定针对性的功率调节，保证用户的体验满意度，也提高了装置的智能性。

优选的，如图3，所述通信模块30包括：载波通讯模块201，设置在市电电路端，用于与所述市电线路集中器进行信息交换；串口通讯模块202，与所述主控板通讯连接，用于与所述主控板进行指令交换。所述载波通讯模块201通过220V市电线路作为信号传输线与所述市电线路集中器通讯连接。

在本实用新型实施例中，进行家用电器功率集中调整的控制系统为“树形结构”，配置有随器计量装置的空调为“叶子节点”，多个随器计量空调连接到一个集中器中，同一台区的所有集中器连接到同一电力系统控制中心。当夏季用电高峰来临时，电力系统控制中心监测到台区用电负荷超标，为确保电网安全，电力系统控制中心下发降低功率的指令到集中器中，集中器根据连接的各个随器计量空调上传的空调工作参数生成适应性的功率调节方案。所以在进行各个随器计量空调的工作状态监测和功率调整过程中，需要各个随器计量装置与集中器建立通讯连接，并进行信息和指令的交换，即随器计量装置需要将采集到的空调的实时电压信息、实时电流信息和实时功率信息传输到集中器中，集中器根据各个空调的工作参数生成适应性的功率调节方案后，生成包含调解方案的调节指令，并将调节指令发送到各个对应的随器计量装置中。利用公网进行网络实时传输虽然可以很好的实现集中器与随器计量装置之间信号传输的及时性和高效性，但是进行公网传输时，系统与通信的安全无法得到保护，容易被攻破并进行恶意控制，对电网带来毁灭性打击。所以，实现集中器与随器计量装置之间信息传输的及时性和高效性的同时，还要保证信息传输的安全性，优选采用载波通讯方式进行集中器与各个随器计量装置之间的信息传输，即利用本身存在的220V市电线路作为传输线路，在线路两端设置对应的载波通讯模块201，利用已经建成的市电线路实现任何距离的信号传输，投资成本小，进行功能升级的同时不会造成太大的成本投入，整体提高了通讯的可靠性和经济性。

随器计量装置接收到包含调解方案的功率调节指令后，根据空调的实际参数还原对应空调的功率调节方案，然后生成适应空调各部件执行的控制指令，例如压缩机调节指令，最终的功率调节需要执行到空调的各个工作单元中，为了避免增设控制模块单独进行空调工作状态调整，优选的，利用空调本身的主控板进行空调工作状态调节，随器计量装置仅与空调主控板进行指令交换，由随器计量装置的处理模块20生成适应空调执行的调节指令，然后将调节指令发送到空调主控板，空调主控板利用原有的控制线路进行各个执行机构的工作状态调节。所以，需要建立随器计量装置与空调主控板之间的通讯连接，处理模块20与空调主控板之间仅需要简单的指令信息交换，交换信息量小且简单，所以为了降低设备架构难度和程度，优选的采用串口通讯方式进行处理模块20与空调主控板之间的通讯连接，保证指令传输速度快和可靠性能高，而进行功能扩建时设定程度简单，硬件接口也相对简单，不会造成太大的成本投入，提高通讯系统的经济性。

优选的，所述随器计量装置集成在所述家用电器中，与所述家用电器的其他模块单元封装在同一电器外壳内。

在本实用新型实施例中，随器计量装置为传统空调基础上的新增装置，一般有立式和挂式两种，且都在显眼位置，若在原有空调的基础上进行装置扩展，将装置安装固定的空调外部，造成空间浪费的同时降低空调安装美观度，甚至部分定制设计家庭的空调安装位置仅保留空调的安装位置，无法进行装置扩展。为了解决这类问题，优选的，在进行空调生产过程中，将随器计量装置直接集成到原有的空调设备中，随着空调一起出厂销售。而对于已经使用的传统空调，因为本申请提出的随器计量装置进行的各种数据传输、处理和指令传输设计的数据量都很小，仅需要进行简单的数据采集和传输，所以需要的各个硬件功能模块都相对简单，优选地将所有功能硬件模块整合为一个独立的硬件模块，留有单独的插接口，用于与空调电源线路和控制线路插接连接，在传统空调基础上仅通过插口接入，封装在传统空调的外壳内部，因为随器计量装置各个硬件模块简单，尺寸很小，安装在空调外壳内部并不会造成太大困难，且通过插口连接，不会改变空调的线路构造，扩展简单，既节省了安装位置，提高了美观度又降低了扩展成本和安装难度，提高装置的便捷性和实用性。

优选的，所述随器计量装置与所述家用电器为同一供电电源，所述随器计量装置与所述家用电器的启停状态点重合。

在本实用新型实施例中，随器计量装置与空调设备取自同一电源回路，避免随器计量装置搭接其他多余电源线路，当随器计量装置与空调主电源为不同电源回路时，会存在线路复杂、浪费电线的弊端，还会造成空调回路停电时，随器计量装置电源回路依旧保持通电造成持续运行浪费电能的问题，或者空调电源回路保持通电而随器计量装置电源回路停电时，空调持续运行，随器计量装置因为停电无法进行空调运行状态检测和功率调节。当随器计量装置与空调主电源为同一回路时，便于随器计量装置的通电以及关闭，空调启动，接触器吸合，空调电源回路同时向随器计量装置提供电能，随器计量装置同时启动，空调整个运行过程都能保证随器计量装置持续进行空调运行状态检测和随时可进行功率调节。空调停止运行，接触器释放，空调电源回路同时切断随器计量装置电源，随器计量装置随着停止运行，当空调停止运行后，不需要进行运行状态监测，随器计量装置也停止工作，避免电能浪费。

优选的，划定的同一区域内的所有随器计量装置对应通讯连接同一个市电线路集中器。所述随器计量装置在所述家用电器通电瞬间自动搜索对应的市电线路集中器建立通讯连接，并在所述家用电器使用过程中持续保持连接状态。

在本实用新型实施例中，同一时段和同一地区的不同家庭用户对于空调的需求存在差别，但是整体需求是存在一定规律和共性的，例如冬天集中供暖，夏天集中制冷。为了减少单个随器计量装置的算力需求，减少随器计量装置的数据处理量，在同一区域空调使用的共性下实现区域空调的集中管理，优选的，通过市电线路集中器进行区域内空调的统一管理，集中器具有足够的计算能力，获取各个空调的运行状态数据，计算获得每一个空调的调整方案，减少随器计量装置扩展成本的同时，提高了系统的管理有序性，保证系统管理效率，利用集中器本身的强大算力进行功率调整方案计算，保证方案生成时效性，提高系统管理智能性。当随器计量空调出厂后或传统空调进行了随器计量装置功能扩展后，需要进行随器计量装置与集中器之间的通讯连接，为了减少人工操作步骤，提高装置使用便捷性，优选的，随器计量装置在所述家用电器通电瞬间自动搜索对应的市电线路集中器建立通讯连接，即随器计量装置的载波通讯模块201发送确认载波信息，获取当前区域的集中器信息，与当前区域的集中器互相身份识别，并在识别通过后建立通讯连接。在所述家用电器使用过程中持续保持连接状态，保证在电力系统控制中心下发降低功率指令时，及时生成功率调节方案并进行空调功率调节，保证系统功率调节的灵敏性。

优选的，所述同一线路集中器下的各个随器计量装置单独存在，互相不进行信息交换。

在本实用新型实施例中，所有的随器计量空调只与其对应连接的集中器进行信息和指令交换，与其他空调不进行信息交换，一方面减少通讯模块的工作量，降低通讯模块故障概率。另一方面，各个空调之间若需要进行信息交换，则需要在市电线路中增加新的载波信号，建立同一市电线路的空调通讯连接，载波通讯的弊端便为抗干扰能力差，若每两个空调间均需要进行信息交互，则市电线路中的载波信号将非常复杂，使得更加重要的集中器与空调的载波通讯连接受到影响，降低系统的稳定性，提高故障概率，也降低了通讯安全性。

优选的，所述随器计量装置包括用于保护数据传输的加密模块40。

在本实用新型实施例中，为了提高系统的安全性能，避免电网系统被攻破造成恶意控制，优选的，在进行随器计量装置与集中器，集中器与电力系统控制中心的通讯过程中，在专网通讯的基础上增加加密模块40，进一步保护系统安全。优选的，选优加密硬件模块，配置密匙算法，常规的密匙算法有DES、3DES、RC2、IDEA和AES等，随器计量与集中器，集中器与电力系统控制中心之间的信息和指令交互相对简单，数据量小，但是对于反应敏捷性要求较高，针对这种特性，优选采用AES密匙算法对传输数据进行加密，AES密匙算法具有加密算标准、速度快和安全级别高的特性，AES也能满足电力系统的安全要求很高的条件。在保证电力系统安全性能的前提下，提高系统信息传输的速度，提高统一管理的效率。

在一种可能的实施方式中，如图4，某两个家庭各自安装有三台随器计量空调，所有空调均正在进行制冷使用。电力系统控制中心监测到当前电网负荷过载，需要进行负荷调节，则下发降低功率指令，集中器接收到降低功率指令后，回收随器计量装置监测到的实时空调功率信息，根据两个家庭的实际空调功率来看，家庭2对于空调的制冷效果需求更大，实时的空调功率更大，集中器根据各个空调的工作参数，制定对应的降低功率调节方案，家庭1当前空调制冷需求不大，空调当前功率不高，则下调范围有限，在保证当前制冷量减少难以感知范围量的前提下，降低空调功率；家庭2的当前空调功率很高，对于制冷量的需求很大，随着功率上升，制冷量的增加量越来越小，即降低功率对于制冷量的影响效果也越低，则对家庭2生成相较于家庭1更多的功率调节方案。集中器生成各个空调的统一调节指令后，将指令下发到各个随器计量装置中，随器计量装置根据统一调节指令还原适应当前空调的调节方案，然后生成适应空调压缩机调整的控制指令，将指令传输到空调主控板中，空调主控板执行调节指令，降低空调功率。

另一方面，本实用新型提出一种家用电器，配置有上述的随器计量装置。

以上结合附图详细描述了本实用新型实施例的可选实施方式，但是，本实用新型实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型实施例的技术构思范围内，可以对本实用新型实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本实用新型实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型实施例的思想，其同样应当视为本实用新型实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种随器计量装置，应用于家用电器的功率控制，其特征在于，所述随器计量装置包括：

计量模块，用于采集所述家用电器的工作参数信息；

处理模块，用于接收市电线路集中器下发的统一调节指令，并根据所述统一调节指令生成对应家用电器的功率调节指令；

通信模块，与所述家用电器的主控板和所述市电线路集中器通讯连接，用于与所述主控板进行指令交换和与所述市电线路集中器进行信号传输；

加密模块，用于保护数据传输；

执行模块，即空调控制主板，用于执行所述功率调节指令和空调的正常运行，进行所述家用电器的运行功率调节。

2.根据权利要求1所述的随器计量装置，其特征在于，所述计量模块包括：

电压采集模块，用于采集所述家用电器的实时电压信息；

电流采集模块，用于采集所述家用电器的实时电流信息；

存储模块，用于缓存所述实时用电信息。

3.根据权利要求1所述的随器计量装置，其特征在于，所述通信模块包括：

载波通讯模块，设置在市电电路端，用于与所述市电线路集中器进行信息交换；

串口通讯模块，与所述主控板通讯连接，用于与所述主控板进行指令交换。

4.根据权利要求3所述的随器计量装置，其特征在于，所述载波通讯模块通过220V市电线路作为信号传输线与所述市电线路集中器通讯连接。

5.根据权利要求1所述的随器计量装置，其特征在于，所述随器计量装置集成在所述家用电器中，与所述家用电器的模块单元封装在同一电器外壳内。

6.根据权利要求5所述的随器计量装置，其特征在于，所述随器计量装置与所述家用电器为同一供电电源，所述随器计量装置与所述家用电器的启停状态点重合。

7.根据权利要求1所述的随器计量装置，其特征在于，划定的同一区域内的所有随器计量装置对应通讯连接同一个市电线路集中器。

8.根据权利要求6或7所述的随器计量装置，其特征在于，所述随器计量装置在所述家用电器通电瞬间自动搜索对应的市电线路集中器建立通讯连接，并在所述家用电器使用过程中持续保持连接状态。

9.根据权利要求7所述的随器计量装置，其特征在于，所述同一个市电线路集中器下的各个随器计量装置单独存在，互相不进行信息交换。

10.一种家用电器，其特征在于，所述家用电器包括权利要求1-9中任一项权利要求所述的随器计量装置。

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