專利名稱：一種家庭用電管理智能儀表的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)多路電能計量和管理功能的智能儀表，在電能計量的基礎上 結合電能管理，可以對家庭的每路用電情況進行計量、記錄、儲存、分析、并提供給用戶和控 制中心進行用電管理、用電需求，實現(xiàn)節(jié)能和節(jié)約電費目的。
背景技術：
日前國家電網(wǎng)公司公布了今后10年智能電網(wǎng)的建設規(guī)劃，到2020年我國將基本 建成智能電網(wǎng)。智能電網(wǎng)作為下一代電網(wǎng)的發(fā)展模式，在全球范圍內(nèi)已獲得廣泛關注，對于建立 智能電網(wǎng)來改進電能分配和節(jié)約電能的需求不斷增大。智能電網(wǎng)包含從發(fā)電、調度、輸電、 變電、配電和用電各個環(huán)節(jié)，智能電表屬于智能用電的環(huán)節(jié)，承載了重要的應用功能。2009年10月，國家電網(wǎng)公司公布了智能電表新標準。新老對比，新標準對電表在 計量、費控、通信、功耗、電子線路布線等技術指標要求均有了大幅提高，諸多先前對MCU附 加功能由可選變成了必選項，更高的計算能力(DMIPS)以滿足智能電表的高性能要求；更 大的存儲容量順應復雜的數(shù)據(jù)處理需求；更多的I/O如SPI、I2C、智能卡、UART以及RTC等 應對增加的周邊器件支持能力。本發(fā)明的特點是在于符合智能電表新的標準，并在此基礎上增加對多路用電線路 計量(智能電表只對總線路計量)功能，增加多路用電的顯示功能，能將用戶用電信息詳細 告知用戶、向控制端發(fā)送用電需求；增加家庭用電的高效管理功能，實現(xiàn)節(jié)能和節(jié)約電費目 的。廣泛用于智能電網(wǎng)、峰谷用電、階梯用電等場合。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)在對用電管理的要求及市場相應產(chǎn)品的空缺，本發(fā)明的目的在于設計一 種對家庭各路用電線路用電信息進行采集，分析家庭用電狀況，將用電信息發(fā)送至控制中 心，實現(xiàn)節(jié)電和節(jié)約電費管理的智能儀表，儀表可對自身功耗計量。本發(fā)明基本原理如圖1所示，市電從線路接口模塊A接入，并由模塊A分成多路分 別給照明、空調、電視、冰箱、洗衣機、廚房等設備供電。電能計量模塊B包括(1)模擬開關， (2)電壓周期檢測電路，(3)單片機，(4)電能計量芯片，(5)串口芯片。單片機根據(jù)電壓周 期檢測電路的信號，在一個周期開始時控制電能計量芯片對其中一路用電線路計量，在計 量特定周期后通過模擬開關迅速切換至下一家用電線路計量，且每路計量相同周期數(shù)，在 計量完最后一路時又迅速切換至第一路計量，如此循環(huán)，則每路用電量近似周期電量乘上 計量線路總數(shù)。同時，單片機實時監(jiān)測來自通信芯片的信號，在收到信息處理模塊D要求發(fā) 送數(shù)據(jù)的命令時，將計量數(shù)據(jù)發(fā)送給信息處理模塊D。電源模塊C包括變壓器、(6)低壓差 線性穩(wěn)壓器和(8)降壓DC/DC，為各部分電路供電。線性穩(wěn)壓器為電能計量模塊B供電，以 降低電源噪聲，提高計量精度，降壓DC/DC為信息處理和管理模塊供電，以降低功耗，節(jié)約 電能。信息處理和管理模塊D包括(7)光耦芯片、(9)串口芯片、(10)實時時鐘、(11)微處
3理器、(12)LCD屏、(13)內(nèi)存、(14)FLASH、(15)網(wǎng)絡接口。光耦芯片實現(xiàn)電能計量模塊B與 信息處理模塊D之間的電氣隔離通信，微處理器通過串口芯片向電能計量模塊B發(fā)送命令 或是從電能計量模塊B接收每路用電信息，并分析，存儲相應數(shù)據(jù)到FALSH，數(shù)據(jù)分析包括 各用電線路時平均用電量，日平均用電量，日平均用電時間，月平均用電時間，月平均用電 量等等，處理器將這些信息通過網(wǎng)絡接口發(fā)送至控制終端，通過IXD屏將信息告之用戶，用 戶可以根據(jù)這些信息調整家用電分配、向控制中心發(fā)送用電需求，實現(xiàn)節(jié)電等等。一種家庭用電管理智能儀表，其對家庭用電信息進行管理。所述的用電信息為電 壓有效值、電流有效值、電壓頻率、有功功率、無功功率、功率因素等。所述的信息管理是對 上述信息求時、日、周、月年分布，并對信息進行存儲、顯示、向控制中心發(fā)送用電需求。該用電管理智能儀表具備信息采集電路，采集家庭各用電線路(照明、空調、電視、冰箱洗衣機、廚房等)的 實時信息。信息處理電路，分析信息采集電路采集的實時信息，并存儲、顯示、向控制中心發(fā) 送用電需求。根據(jù)權利要求1所述的家庭用電管理智能儀表，其特征在于所述的信息采集電路采用單芯片循環(huán)掃描計量方式實現(xiàn)對家庭各用電線路(照 明、空調、電視、冰箱、洗衣機、廚房等)的實時信息。根據(jù)權利要求1所述的家庭用電管理智能儀表，其特征在于所述的信息采集電路包括電壓周期檢測電路、模擬開關、電能計量芯片、單片機、 通信芯片等。根據(jù)權利要求1所述的家庭用電管理智能儀表，其特征在于所述的信息處理與傳輸電路包括微處理器、實時時鐘、內(nèi)存、FLASH、液晶顯示屏、 串口通信電路、網(wǎng)絡通信電路等。根據(jù)權利要求3所述的信息采集電路，其特征在于所述的電壓周期檢測電路檢測線路電壓一個周期的開始與結束。所述的模擬開關用于切換各用電線路信息檢測。所述的電能計量芯片用于對各用電線路信息采集。所述的單片機，接收來自電壓周期檢測電路的信號、控制模擬開關切換、接收電能 計量芯片的信息、向控制中心發(fā)送用電需求。本發(fā)明的效果是由于本發(fā)明對家庭每路用電都進行計量，能得到各用電線路實 時用電信息，而現(xiàn)有電表只能對用戶總用電量進行計量，用戶不清楚各用電線路或者是家 用電器用電量；采用微處理器與大容量存儲器能對數(shù)據(jù)進行快速處理與大量存儲；采用的 LCD液晶屏能將用電信息直觀，詳細的展示給用戶；采用網(wǎng)絡接口能向控制中心發(fā)送用電 及需求信息。


圖1為智能儀表組成框2為具體實施案例1圖3為具體實施案例具體實施方式
1一種家庭用電管理智能儀表，其原理框圖如圖2所示，交流電壓從線路接口 A接 入，分多路輸出接到用戶用電線路。電能計量模塊B對用戶每路用電電量進行計量。電源 模塊C為電能計量模塊B與信息處理模塊C供電。信息處理模塊D將電能計量B提供的數(shù) 據(jù)進行分析，存儲并通過LCD屏將用電信息提供給用戶。一種家庭用電管理智能儀表電的源模塊C，變壓器輸入電壓AC220V、50HZ，原邊一 路輸出AC6V，附邊輸出AC12V，功率20W ； (6) LDO芯片為ADP121，(8)DC/DC芯片為LM2576。一種家庭用電管理智能儀表電能計量模塊B，(1)模擬開關為⑶4051、(2)周期 檢測電路為電壓比較器、(3)單片機ATTiny2313、(4)電能計量模塊CSM63、(5)串口芯片 MAX232。一種家庭用電管理智能儀表的信息處理模塊C，電路(7)光耦芯片PC817、(9)串 口芯片為MAX232、(10)實時時鐘芯片為PFC8653、(10)微處理器為S3C2440、(12) LCD液晶 屏為 PA050DS2T1、(13)內(nèi)存為 MHY57V561620、(14)FLASH 為 K9GAG08、(15)為 DM9000AE。具體實施案例二 一種家庭用電管理智能儀表，其原理框圖如圖3所示，交流電壓從線路接口 A接 入，分多路輸出接到用戶用電線路。電能計量模塊B對用戶每路用電電量進行計量。電源 模塊C為電能計量模塊B與信息處理模塊C供電。信息處理模塊D將電能計量B提供的數(shù) 據(jù)進行分析，存儲并通過LCD屏將用電信息提供給用戶。一種家庭用電管理智能儀表電的源模塊C，變壓器輸入電壓AC220V、50HZ，原邊一 路輸出 AC6V，附邊輸出 AC12V，功率 20W ； (6) LDO 芯片為 AMS1117，(8) DC/DC 芯片為 SP;34063。一種家庭用電管理智能儀表電能計量模塊B，(1)模擬開關為CD4051、(2)周期檢 測電路為電壓比較器、(3)單片機STC12C4052、(4)電能計量模塊ATT7021、(5)串口芯片 MAX232。一種家庭用電管理智能儀表的信息處理模塊C，電路(7)光耦芯片PC817、(9)串 口芯片為MAX232、(10)實時時鐘芯片為PFC8653、(10)微處理器為S3C2416、(12) LCD液晶 屏為 PA050DS2T1、(13)內(nèi)存為)K4T51163、(14)FLASH 為 K9GAG08、(15)為 CS8900。
權利要求
1.一種家庭用電管理智能儀表，其對家庭用電信息進行管理與數(shù)據(jù)傳輸。所述的用電 信息為電壓有效值、電流有效值、電壓頻率、有功功率、無功功率、功率因素等。所述的信息 管理是檢測上述信息在時、日、周、月、年的分布，并對其進行存儲、顯示、傳輸、管理。所述的 數(shù)據(jù)傳輸是向控制中心發(fā)送用電及需求信息。目的在于實現(xiàn)高效用電和節(jié)約用電。
2.根據(jù)權利要求1所述的家庭用電管理智能儀表，其特征在于所述的信息采集電路 采用單芯片循環(huán)掃描計量方式實現(xiàn)對家庭各用電線路，包括照明、空調、電視、冰箱、洗衣 機、廚房等的實時用電信息。
3.根據(jù)權利要求1所述的家庭用電管理智能儀表，其特征在于所述的信息采集電路 包括電參數(shù)周期檢測電路、模擬開關、電能計量芯片、單片機、通信芯片等。
4.根據(jù)權利要求1所述的家庭用電管理智能儀表，其特征在于所述的信息處理與傳 輸電路采用嵌入式系統(tǒng)，包括微處理器、實時時鐘、內(nèi)存、FLASH、液晶顯示屏、串口電路、網(wǎng) 口電路等。
5.根據(jù)權利要求3所述的信息采集電路，其特征在于所述的電壓周期檢測電路檢測線路電壓一個周期的開始與結束。所述的模擬開關用于切換各用電線路信息檢測。所述的電能計量芯片用于對各用電線路信息采集。所述的單片機，接收來自電壓周期檢測電路的信號，控制模擬開關切換，接收電能計量 芯片的信息，向控制中心傳輸需求信息。
全文摘要
一種對家庭用電信息采集、分析、管理的智能儀表，其分別計量家庭各用電線路電量信息，并通過微處理器處理，分析包括各用電線路時平均用電量，日平均用電量，日平均用電時間，月平均用電時間，月平均用電量等等，處理器將這些信息通過網(wǎng)絡接口發(fā)送至控制終端，通過LCD屏將信息告之用戶，用戶可以根據(jù)這些信息調整家用電分配、向控制中心發(fā)送用電需求信息、實現(xiàn)用電高效管理和節(jié)電等等。
文檔編號H02J13/00GK102148535SQ20101054740
公開日2011年8月10日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權日2010年11月15日
發(fā)明者朱周洪, 王焱華, 金尚忠 申請人:中國計量學院