本實用新型涉及電力技術領域，特別是涉及一種電力能效監(jiān)測終端。

背景技術：

電力能效監(jiān)測終端可以用于監(jiān)測電氣量和非電氣量，例如電流、電壓的波形、幅值、頻率、壓力、溫度和濕度等信息，因此，近年來，電力能效監(jiān)測終端不僅在工礦企業(yè)得到廣泛應用，而且隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，越來越多的用戶開始采用電力能效監(jiān)測終端對自家的電氣量進行監(jiān)測。然而，目前的電力能效監(jiān)測終端既無法實現(xiàn)遠程監(jiān)控，也難以在用電超標或電氣量數(shù)據(jù)不正常的情況下及時關斷用電設備。

技術實現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對上述問題，提供一種電力能效監(jiān)測終端，既可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控，也可以在用電超標或電氣量數(shù)據(jù)不正常的情況下及時關斷用電設備。

一種電力能效監(jiān)測終端，包括：電氣量采集裝置、主控器、通信單元、以及繼電器；

所述電氣量采集裝置、所述通信單元、以及所述繼電器的控制端分別連接主控器；

所述電氣量采集裝置連接用戶家庭的電力線路；所述電氣量采集裝置采用 RN8207C芯片；

所述主控器通過通信單元連接至移動智能終端；所述繼電器連接用電設備。

上述電力能效監(jiān)測終端的所述電氣量采集裝置對電力線路的電氣量數(shù)據(jù)進行采集，并將采集到的電氣量數(shù)據(jù)發(fā)送至所述主控器；所述主控器內(nèi)置的簡單程序可以對所述電氣量數(shù)據(jù)是否超出預設值進行判斷，當所述主控器判定所述電氣量數(shù)據(jù)超出預設值時，意味著存在用電超標或相關電氣量數(shù)據(jù)不正常的情況，此時所述主控器可以發(fā)出報警信息，并通過所述通信單元將報警信息發(fā)送至所述移動智能終端，而用戶通過所述移動智能終端接收所述報警信息后可以進行處理，示例性的，用戶可以在收到所述報警信息后關斷電源，從而關閉用電設備。當然，所述主控器還可以在電氣量數(shù)據(jù)超出預設值后自動斷開電源，并發(fā)送報警信息和斷開信息至所述移動智能終端，此過程可由用戶自主設定。此外，為了了解用戶用電情況，用戶可以隨時隨地通過所述移動智能終端發(fā)送讀取數(shù)據(jù)指令，而所述主控器在接收到所述讀取數(shù)據(jù)指令后，可以將相關數(shù)據(jù)發(fā)送至所述移動智能終端以供用戶觀察。而該過程中，所述主控器也是采用簡單程序來完成上述操作的。如此，通過所述電力能效監(jiān)測終端既可以方便實現(xiàn)遠程監(jiān)控，又可以在用電超標或電氣量數(shù)據(jù)不正常的情況下及時關斷用電設備。

附圖說明

圖1為一個實施例中電力能效監(jiān)測終端的電路結構示意圖；

圖2為一個實施例中電力能效監(jiān)測終端的應用場景圖；

圖3為一個具體實施例中電力能效監(jiān)測終端的電路結構示意圖；

圖4為一個實施例中電流采集電路的結構示意圖；

圖5為一個實施例中電壓采集電路的結構示意圖；

圖6為一個實施例中接口電路的結構示意圖；

圖7為一個實施例中紅外通信電路的結構示意圖；

圖8為一個實施例中RS485通信電路的結構示意圖；

圖9為一個實施例中wifi通信電路的結構示意圖；

圖10為一個實施例中電力載波通信電路的結構示意圖；

圖11為一個實施例中存儲器的電路結構示意圖。

具體實施方式

為更進一步闡述本實用新型所采取的技術手段及取得的效果，下面結合附圖及較佳實施例，對本實用新型實施例的技術方案，進行清楚和完整的描述。

請參見圖1，一種電力能效監(jiān)測終端，包括電氣量采集裝置、主控器、通信單元、以及若干個繼電器，其中，所述電氣量采集裝置、所述通信單元、以及所述繼電器的控制端分別連接主控器；所述電氣量采集裝置連接電力線路；所述主控器通過通信單元連接至移動智能終端；所述繼電器連接用電設備。

本實施例中所述電氣量采集裝置對電力線路的電氣量數(shù)據(jù)進行采集，并將采集到的電氣量數(shù)據(jù)發(fā)送至所述主控器；所述主控器內(nèi)置的簡單程序可以對所述電氣量數(shù)據(jù)是否超出預設值進行判斷，當所述主控器判定所述電氣量數(shù)據(jù)超出預設值時，意味著存在用電超標或相關電氣量數(shù)據(jù)不正常的情況，此時所述主控器可以發(fā)出報警信息，并通過所述通信單元將報警信息發(fā)送至所述移動智能終端，而用戶通過所述移動智能終端接收所述報警信息后可以進行處理，示例性的，用戶可以在收到所述報警信息后關斷電源，從而關閉用電設備。當然，所述主控器還可以在電氣量數(shù)據(jù)超出預設值后自動斷開電源，并發(fā)送報警信息和斷開信息至所述移動智能終端，此過程可由用戶自主設定。此外，為了了解用戶用電情況，用戶可以隨時隨地通過所述移動智能終端發(fā)送讀取數(shù)據(jù)指令，而所述主控器在接收到所述讀取數(shù)據(jù)指令后，可以將相關數(shù)據(jù)發(fā)送至所述移動智能終端以供用戶觀察。而該過程中，所述主控器也是采用簡單程序來完成上述操作的。如此，通過所述電力能效監(jiān)測終端既可以方便實現(xiàn)遠程監(jiān)控，又可以在用電超標或電氣量數(shù)據(jù)不正常的情況下及時關斷用電設備。

本實施例中的電氣量數(shù)據(jù)可以為電壓、電流、功率因數(shù)、頻率等；所述預設值可以由用戶根據(jù)自身的需求進行設置，以滿足不同的用電需求；而所述移動智能終端可以是手機、平板電腦等；此外，所述主控器通過所述通信單元與所述移動智能終端之間的連接方式可以是有線連接，也可以是無線連接方式。

為了對相關數(shù)據(jù)進行存儲，在一個實施例中，還可以增設存儲器，并使所述存儲器與所述主控器連接。此外，在一個實施例中，還可以增設顯示器，并使所述顯示器與所述主控器連接，以便于將實時電氣量數(shù)據(jù)顯示出來，供用戶觀察。

為了使所述電力能效監(jiān)測終端可以長時間穩(wěn)定工作，在一個實施例中，還可以增設電源模塊，并使所述電源模塊分別與所述電氣量采集裝置、所述主控器、所述通信單元、所述若干個繼電器連接，以對其供電。

在一個實施例中，所述通信單元中可以通過增設wifi電路或者紅外通信電路，以實現(xiàn)所述通信單元與所述移動智能終端的無線通信。當然也可以采用藍牙等方式來實現(xiàn)無線通信。

在一個實施例中，所述主控器還可以通過所述通信單元與集中器有線連接，示例性的，該有線連接方式可以通過485總線或者電力線實現(xiàn)。進一步的，在一個實施例中，所述通信單元中還可以增設相應的RS485通信電路或者電力載波通信電路，而所述RS485通信單路與所述電力載波通信電路的選擇可以根據(jù)所述電力能效監(jiān)測終端與所述集中器的距離來決定。

為了對電流信號進行采集，并將所述電流信號轉發(fā)至所述控制器，在一個實施例中，還可以在所述采集裝置中增設電流采集電路和接口電路，并使所述電流采集電路通過所述接口電路與所述主控器連接。示例性的，所述電流采集電路可以對電力線路的電流信號進行采集。進一步的，在一個實施例中，在所述采集裝置中還可以增設電壓采集電路，并使所述電壓采集電路通過所述接口電路與所述主控器連接，以便于將電壓信號進行采集并轉發(fā)至所述主控器。示例性的，所述電壓采集電路可以對電力線路的電壓信號進行采集。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

本實用新型提供的電力能效監(jiān)測終端，可以進行如下應用：

圖2所示為電力能效監(jiān)測終端的應用圖，圖中顯示電力能效監(jiān)測終端分別與電視機、電磁爐、熱水器、冰箱、空調、以及其他電器設備連接，此外，電力能效監(jiān)測終端還與集中器有線連接，與移動智能終端無線連接，即手機連接。圖3為所述電力能效監(jiān)測終端的硬件結構示意圖，所述電力能效監(jiān)測終端包括電氣量采集裝置、主控器、電源模塊、通信單元、存儲器、顯示器、電源模塊以及繼電器。其中，所述電氣量采集裝置、通信單元、以及繼電器的控制端分別連接主控器，主控器通過通信單元分別與移動智能終端、集中器連接；電源模塊分別與電氣量采集裝置、主控器連接；主控器通過繼電器與用電設備連接。

所述主控器采用的是STM32F103ZET6芯片，該STM32F103ZET6芯片是一款基于ARM核心的32位微控制器，具有最高72MHz工作頻率、帶有512K字節(jié)的閃存程序存儲器、高達64K字節(jié)的SRAM、帶校準功能的32kHz RTC振蕩器、112個快速I/O端口且所有I/O口可以映像到16個外部中斷、2個I²C接口、 5個USART接口以及3個SPI接口。STM32F103ZET6芯片采用3.3VDC供電，而幾乎所有I/O口都可耐受5VDC電壓，同時由于芯片自帶32kHz RTC振蕩器，因此在硬件設計中無需增加時鐘電路。

所述電氣量采集裝置采用的是RN8207C芯片，包括電壓采集電路、電流采集電路和接口電路。

RN8207C芯片內(nèi)部具有兩路∑-△ADC通道，可分別采集電壓和電流信號，此兩個通道允許的最大差分輸入電壓均為±1V。圖4為電流采集電路的結構示意圖，該電流采集電路中的CT₁為羅氏線圈電流互感器，R₃、C₇與R₄、C₈分別組成抗混疊濾波器對輸入的電流信號進行濾波，R₅為采集電阻，RN8207C芯片通過采集R₅兩端的電壓信號來測定電力線路的電流信號。若設CT₁變比為n：1， R₅兩端電壓為U_I，則可得：

圖5為電壓采集電路的結構示意圖，該電路中的TVS₁為瞬態(tài)電壓抑制二極管，可以用于吸收線路中可能產(chǎn)生的電浪涌，R₆為限流電阻，T₁為高精度電流型電壓互感器，C₉、R₇和C₁₀、R₈組成濾波電路，R₇為采集電阻，RN8207C芯片通過采集R₇兩端的電壓信號來測定電力線路的電壓信號。若設T₁變比為n₁： 1，R₇兩端電壓為U_VP，則可得：

圖6為RN8207C芯片與STM32F103ZET6芯片之間的接口電路結構示意圖。 RN8207C芯片提供有UART通信接口。電路中RN8207C芯片的UART接口與 STM32F103ZET6芯片的USART4通信接口相連；IRQ_N/ZX為RN8207C芯片中斷輸出引腳，此引腳接入STM32F103ZET6芯片的中斷0(PG0)；RN8207C 芯片的串行通信類型和地址選擇引腳A0、A1分別由STM32F103ZET6芯片的 PG1、PG2引腳控制。由于兩芯片均采用3.3V電源供電，因此無需考慮接口電路電平匹配問題。

考慮電力能效監(jiān)測終端與集中器、移動智能終端及其他智能設備相互通信的需求，所述通信單元中增設了wifi通信電路、紅外通信電路、RS485通信電路以及電力載波通信電路，其中，電力能效監(jiān)測終端與集中器之間的通信可以采用RS485或電力載波，而RS485為本地通信方式，電力載波為遠程通信方式，此兩種通信方式的選擇可根據(jù)電力能效監(jiān)測終端與集中器的通信距離來決定。而電力能效監(jiān)測終端可以通過wifi與移動智能終端直接通信。

由于主控器采用的是STM32F103ZET6芯片，而該芯片具有5個USART及 2個SPI端口，因此在應用時，具有足夠的通信端口可供選擇。其中，紅外通信電路、RS485通信電路和wifi通信電路可以分別連接主控芯片的USART1、 USART2和USART3端口，而電力載波通信電路可以連接主控芯片的SPI2端口。下面對各通信電路進行介紹。

圖7為紅外通信電路的結構示意圖，該電路中的紅外接收器采用TPS830，紅外發(fā)射器采用TLN231。TPS830接收到紅外信號后將其轉換成電信號，然后再進行解調還原成二進制數(shù)字信號，信號經(jīng)RXD1觸發(fā)主控器芯片串口1中斷。應答信號由RXD1口發(fā)送，同時主控器芯片另一端口產(chǎn)生頻率為38KHz的PWM 載波信號，兩個信號用脈沖調制的方式調制成38kHz的脈沖序列，驅動紅外發(fā)射管D1進行發(fā)送。

圖8為RS485通信電路的結構示意圖，在該電路中選用MAX485芯片進行串口通信與RS485通信的信號轉換，并采用光耦進行信號隔離，防止外部線路可能產(chǎn)生的高頻信號對內(nèi)部電路運行產(chǎn)生干擾，此電路也是終端采用雙5V供電的主要原因。其中，RXD1、TXD1、PC1分別為電路與主控芯片連接的引腳標號，后圖類似。

圖9為wifi通信電路的結構示意圖，在該電路中采用ESP8266EX芯片作為通信信號處理芯片，其內(nèi)置Tensilica L106超低功耗32位微型MCU，支持 STA/AP/STA+AP工作模式。其中，RXD3、TXD3、PC2分別為電路與主控芯片連接的引腳標號。

圖10為電力載波通信電路的結構示意圖，該電路采用MI200E通信芯片。 MI200E芯片是一款專門針對低壓電力線進行優(yōu)化設計的高集成度、高性能的窄帶電力線載波通訊芯片，低功耗設計，最大發(fā)射功耗僅為0.4W，符合歐洲電氣標準委員會EN50065-1以及IEC61000-3-8標準所規(guī)定的低壓電力線載波通信信號頻段以及EMI的要求。

圖11為存儲器的電路結構示意圖，為了滿足國標對電力能效監(jiān)測終端的存儲要求，該存儲器采用了AT24C1024芯片。此芯片具有1024K位的存儲容量，采用低功耗設計，支持掉電數(shù)據(jù)保護，硬件寫保護，具有高可靠性，讀寫次數(shù)可達1000000次，數(shù)據(jù)保存可達100年。AT24C1024芯片采用I²C二線串行接口，因此存儲電路相連于主控器芯片的I²C1端口。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。