專利名稱：一種用于智能用電中的智能控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種電氣控制技木，特別涉及一種用于智能用電中的智能控制器。
背景技術：
在電カ系統(tǒng)中，居民用電在我國多數地區(qū)用電增長率較高，智能用電環(huán)節(jié)成為智能電網的ー個重要指標，居民用電方式的靈活、節(jié)約、創(chuàng)新和居民用電系統(tǒng)的智能化是具有更實際價值的先期應用領域。智能用電強調用戶的參與，鼓勵用戶和電網之間的雙向互動。要構建雙向互動的需求響應，電カ部門需要采集用戶側的電能消耗情況與各設備的詳細用電信息，根據這些 信息進行負荷預測，制定電價以及用電策略并發(fā)送給用戶。同時用戶看到電器的用電信息也可對整個室內的用電情況一目了然，能夠對自己的電能使用情況有ー個更加直觀、量化的了解，這就從側面激勵用戶去更加合理的使用電能。據申請人調研，目前供電公司對用戶內部用電相關信息掌握的很少，主要是由于沒有專門的設備或系統(tǒng)實現智能量測、智能控制、雙向信息互動，無法準確評估用戶在用的過程中出現的各類情況，也無法為用戶經濟、安全運行提出明確的建議。
發(fā)明內容本實用新型是針對現在無法采集用電設備用電信息及對電器智能控制的問題，提出了一種用于智能用電中的智能控制器，為供求信息雙向互動的智能用電系統(tǒng)而設計的，它可監(jiān)測用電設備的用電信息及工作狀態(tài)，利用通訊模塊，家庭局域網絡與互動終端進行雙向通訊，上傳電器設備用電信息及接受控制指令，對電器進行通斷控制，實現智能量測、智能控制。本實用新型的技術方案為一種用于智能用電中的智能控制器，包括電源模塊、電量測量模塊，微處理器模塊，通訊模塊，顯示模塊，開關電路，實時時鐘電路和光電耦合器電路，電源模塊與微處理器模塊、電量測量模塊、通訊模塊、顯示模塊、實時時鐘電路連接，提供電能；微處理器模塊與電量測量模塊、通訊模塊、顯示模塊、開關電路連接，電量測量模塊接電カ線，采集電カ信號經光電耦合器電路送微處理器模塊，微處理器模塊分析處理數據后送顯示模塊顯示，同時通過通訊模塊將數據信號送出，微處理器模塊輸出控制信號到開關電路，控制開關電路斷開電カ線路，實時時鐘電路給微處理器模塊提供時鐘信號。所述電量測量模塊包括電壓采集電路，電流采集電路，功率采集單元，功率采集單元采用電能測量芯片ADE7763 ;電壓采集電路采用分壓原理，電カ線220V電壓信號經過分壓電阻和電容濾波，變換為較小的電壓信號，作為電能測量芯片ADE7763的的電壓通道輸入；電流信號經分流器轉換為電壓信號，經濾波器進入電能測量芯片ADE7763的電流通道輸入端。電量測量模塊與微處理器模塊通過光電耦合器實現信號相聯及電氣隔離。所述通訊模塊采用專業(yè)ZigBee收發(fā)芯片CC2430，外圍電路包括晶振時鐘電路、射頻輸入/輸出匹配電路和微控制器接ロ電路三個部分，與微處理器模塊通過UART接ロ引腳連接。所述顯示模塊通過LC總線或針式插ロ與微控制器模塊I/O ロ連接，其采用IXD1602液晶顯示屏。所述實時時鐘電路采用DS12C887實時時鐘芯片，與微處理器模塊的I/O 口和電源模塊連接。所述開關電路與微處理器模塊的I/O ロ連接，用三極管S8050驅動繼電器，繼電器進行通斷電控制。所述微控制器模塊采用PIC24FJ128GB206單片機。 本實用新型的有益效果在于本實用新型用于智能用電中的智能控制器，自動檢測、計量用電設備的用電情況，具有通訊功能，實現電器設備的組網，與互動終端雙向通訊，上報設備用電信息及接受指令，并進行通斷控制，實現智能監(jiān)測、智能控制。

圖I為本實用新型用于智能用電中的智能控制器結構框圖；圖2為本實用新型用于智能用電中的智能控制器中電量測量模塊電路圖；圖3為本實用新型用于智能用電中的智能控制器軟件實現流程圖；圖4為本實用新型監(jiān)測控制界面監(jiān)測控制界面圖。
具體實施方式
如附圖I所示，智能控制器的內部結構由電源模塊I、電量測量模塊2，微處理器模塊3，通訊模塊4，顯示模塊5，開關電路6，實時時鐘電路7和光電耦合器電路8組成。電源模塊I與微處理器模塊3、電量測量模塊2、通訊模塊4、顯示模塊5、實時時鐘電路7連接，提供電能；微處理器模塊3與電量測量模塊2、通訊模塊4、顯示模塊5、開關電路6連接，電量測量模塊2接電カ線，采集電カ信號經過光電耦合器電路送微處理器模塊3，微處理器模塊3分析處理數據后送顯示模塊5顯示，同時通過通訊模塊4將數據信號送出，微處理器模塊3輸出控制信號到開關電路6，控制開關電路6斷開電カ線路，實時時鐘電路7給微處理器模塊3提供時鐘信號。電源模塊I為智能控制器的各模塊提供電源，由智能控制器電源接線引入220V電壓，通過220V/9V小型變壓器降壓，整流橋整流，電容濾波，LMl117-5. O和LMl117-3. 3型低壓差線性調壓器組成的電源模塊可提供5V、3. 3V雙路DC電壓，為各相應模塊提供電源。如圖2所示電量測量模塊電路圖，電量測量模塊2包括電壓采集電路A、電流采集電路B，功率采集單元C。功率采集單元采用電能測量芯片ADE7763。電壓采集電路采用分壓原理，電カ線220V電壓信號經過分壓電阻R6和電容濾波，變換為較小的電壓信號，作為ADE7763電壓通道V2P、V2N的輸入。電流信號經分流器Shunt轉換為電壓信號，經RC濾波進入ADE7763的電流通道VlP和VlN輸入端。ADE7763將輸入的電壓、電流信號通過各自的模數轉換器變成數字信號后，進行相乗，計算出瞬時功率P (t)，再通過ADE7763芯片內部的低通濾波器后，得到有功功率，并存入采樣波形數據寄存器中，將寄存器中的值累加得到電能值存入電能寄存器。功率采集單元與微控制器通過SPI通訊進行寄存器的讀寫操作。ADE7763的SPI接ロ(SCLK，CS, DIN, DOUT)經過光電耦合器與微處理器連接，實現了兩者間信號通路相聯的同時，在電氣通路上相互隔離，抑制信號交叉串擾，提高了數據傳輸的可靠性。光電耦合器電路采用了 4N25光耦合器。智能控制器設有通訊模塊4，其采用專業(yè)ZigBee收發(fā)芯片CC2430，外圍電路包括晶振時鐘電路、射頻輸入/輸出匹配電路和微控制器接ロ電路三個部分，與微處理器模塊3通過UART接ロ連接。CC2430符合IEEE802. 15. 4標準，它的工作頻率為2. 405-2. 480GHz,數據傳輸速率為250kbit/s，采用O-QPSK調試方式，芯片采用可編程功率輸出模式，發(fā)送功率0-4dBm，接受靈敏度-92dBm，傳輸距離可達200m。顯示模塊5通過LC總線或針式插ロ與 微控制器模塊31/0 ロ連接，其采用IXD1602液晶顯示屏顯示電量信息。實時時鐘電路7采用DS12C887實時時鐘芯片，與微處理器模塊3的I/O 口和電源模塊連接。開關電路6與微處理器模塊3的I/O ロ連接，采用線圈側電壓為5V的繼電器進行通斷電控制，用三極管S8050驅動繼電器。微控制器模塊3中采用PIC24FJ128GB206單片機作為微處理器。如附圖3所示，智能控制器的軟件設計由主程序，中斷程序和執(zhí)行程序組成。主程序運行過程如下①智能控制器上電，微處理器對SPI，UART，定時器，IO ロ，ADE7763，IXD等進行初始化操作。②設置并使能串口和定時器中斷。③通過SPI通信，周期性地從計量芯片ADE7763中讀取數據并計算各電量實際值，調用顯示子函數將各電量信息顯示在LCD屏上。④等待UART端ロ接收數據和消息幀，多個字符數據組成ー個消息幀，如果一條消息接收完成執(zhí)行下一歩，如果消息幀正在接收，返回③。⑤對接收的消息幀進行校驗，如校驗正確則執(zhí)行相應命令，并產生響應信息返回到互動終端；校驗不正確返回③，依次循環(huán)執(zhí)行。中斷程序包含串ロ接收中斷和定時器中斷子程序。串ロ接收中斷用于將接收到的字符數據緩存到接收寄存器中，定時器中斷用于判斷一條消息幀接收完畢。當有新數據接收，則轉入串ロ接收中斷子程序，緩存接收的數據并計數，刷新啟動定時器計吋。當定時器達到預定時間，響應定時器中斷，消息幀接收標志位置1，計數器清零，關閉定時器，這時ー個消息幀接收完成，執(zhí)行下一歩操作。智能控制器與上級互動終端通信采用ModBus-RTU通信規(guī)約，因此執(zhí)行程序中使用的部分功能碼的定義遵循ModBus-RTU通信規(guī)約，部分功能碼定義如下“01H”定義為“讀開關量輸出”，執(zhí)行讀取一路或多路開關量輸出狀態(tài)數據操作；“03H”定義為“讀寄存器數據”，執(zhí)行讀取ー個或多個寄存器的數據操作；“05H”定義為“寫開關量輸出0UT”，執(zhí)行控制一路繼電器“分/合”輸出操作。在執(zhí)行程序中，智能控制器根據接收命令消息幀中的功能碼，實現讀取電量信息、電器工作狀態(tài)，控制繼電器通斷等功能，產生遵循ModBus-RTU數據幀格式的響應信息并發(fā)送?；咏K端(上位機)配置ZigBee通訊模塊，與智能控制器通過ZigBee星型網絡進行雙向通訊，互動終端(上位機)與智能控制器的通信采用ModBus-RTU通信規(guī)約。互動終端(上位機)中安裝組態(tài)軟件，在組態(tài)軟件中建立智能用電組態(tài)工程，根據用電設備情況進行IO設備組態(tài)并繪制組態(tài)界面，通過數據庫組態(tài)，定義與用電設備耗電信息相對應的變量，運行組態(tài)工程實現互動終端(上位機)對用電設備的監(jiān)測控制，并可繪制出各設備實時功率曲線及用戶總用電功率曲線。以熱水器為例，此用電設備監(jiān)測控制界面如附圖4所示，15 01 20時刻控制熱水器打開，功 率從零大幅增加；15:01:50時刻由于達到指定溫度，熱水器過渡到保溫狀態(tài)，功率降低。在此過程中，用電信息采集與控制由本實用新型實現。
權利要求1.一種用于智能用電中的智能控制器，其特征在于，包括電源模塊、電量測量模塊，微處理器模塊，通訊模塊，顯示模塊，開關電路，實時時鐘電路和光電耦合器電路，電源模塊與微處理器模塊、電量測量模塊、通訊模塊、顯示模塊、實時時鐘電路連接，提供電能；微處理器模塊與電量測量模塊、通訊模塊、顯示模塊、開關電路連接，電量測量模塊接電カ線，采集電カ信號經光電耦合器電路送微處理器模塊，微處理器模塊分析處理數據后送顯示模塊顯示，同時通過通訊模塊將數據信號送出，微處理器模塊輸出控制信號到開關電路，控制開關電路斷開電カ線路，實時時鐘電路給微處理器模塊提供時鐘信號。
2.根據權利要求I所述用于智能用電中的智能控制器，其特征在于，所述電量測量模塊包括電壓采集電路，電流采集電路，功率采集單元，功率采集單元采用電能測量芯片ADE7763 ;電壓采集電路采用分壓原理，電カ線220V電壓信號經過分壓電阻和電容濾波，變換為較小的電壓信號，作為電能測量芯片ADE7763的電壓通道輸入；電流信號經分流器轉換為電壓信號，經濾波器進入電能測量芯片ADE7763的電流通道輸入端， 電量測量模塊與微處理器模塊通過光電耦合器實現信號相聯及電氣隔離。
3.根據權利要求I所述用于智能用電中的智能控制器，其特征在于，所述通訊模塊采用專業(yè)ZigBee收發(fā)芯片CC2430，外圍電路包括晶振時鐘電路、射頻輸入/輸出匹配電路和微控制器接ロ電路三個部分，與微處理器模塊通過UART接ロ引腳連接。
4.根據權利要求I所述用于智能用電中的智能控制器，其特征在于，所述顯示模塊通過LC總線或針式插ロ與微控制器模塊I/O ロ連接，其采用IXD1602液晶顯示屏。
5.根據權利要求I所述用于智能用電中的智能控制器，其特征在干，所述實時時鐘電路采用DS12C887實時時鐘芯片，與微處理器模塊的I/O 口和電源模塊連接。
6.根據權利要求I所述用于智能用電中的智能控制器，其特征在于，所述開關電路與微處理器模塊的I/o ロ連接，用三極管S8050驅動繼電器，繼電器進行通斷電控制。
7.根據權利要求I所述用于智能用電中的智能控制器，其特征在于，所述微控制器模塊采用PIC24FJ128GB206單片機。
專利摘要本實用新型涉及一種用于智能用電中的智能控制器，電源模塊與微處理器模塊、電量測量模塊、通訊模塊、顯示模塊、實時時鐘電路連接，提供電能；微處理器模塊與電量測量模塊、通訊模塊、顯示模塊、開關電路連接，電量測量模塊接電力線，采集電力信號經光電耦合器電路送微處理器模塊，微處理器模塊分析處理數據后送顯示模塊顯示，同時通過通訊模塊將數據信號送出，微處理器模塊輸出控制信號到開關電路，控制開關電路斷開電力線路，實時時鐘電路給微處理器模塊提供時鐘信號。此控制器自動檢測、計量用電設備的用電情況，具有通訊功能，實現電器設備的組網，與互動終端雙向通訊，上報設備用電信息及接受指令，并進行通斷控制，實現智能監(jiān)測、智能控制。
文檔編號G05B19/418GK202502401SQ20122012223
公開日2012年10月24日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權日2012年3月28日
發(fā)明者劉慶強, 崔龍龍, 李東東, 林順富, 符楊, 鄭小霞 申請人:上海電力學院