專利名稱：一種面向智能用電的通信與控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種面向智能用電的通信與控制系統(tǒng)，特別涉及ー種綜合應(yīng)用遠(yuǎn)程無(wú)線通信技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，電能量測(cè)技術(shù)，智能控制技術(shù)的智能電網(wǎng)用戶端集控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
從2009年開始，國(guó)家電網(wǎng)公司提出了智能電網(wǎng)的發(fā)展計(jì)劃，其內(nèi)涵是以堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺(tái)為支撐，以智能控制為手段，實(shí)現(xiàn)電 カ系統(tǒng)從發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個(gè)環(huán)節(jié)的智能感知、智能識(shí)別、智能控制的功能，實(shí)現(xiàn)“電カ流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合。智能電網(wǎng)可以整合系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，優(yōu)化電網(wǎng)的管理，將電網(wǎng)提升為互動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的全新模式，提高整個(gè)電網(wǎng)的可靠性、可用性和綜合效率。在智能電網(wǎng)建設(shè)中，家庭用電系統(tǒng)的智能化改造是其重要環(huán)節(jié)。智能用電深入到千家萬(wàn)戶，是智能電網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量及管理效益的集中體現(xiàn)。2011年國(guó)家科技部開展了國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)智能電網(wǎng)重大專項(xiàng)的研究，其中涉及智能用電方面的研究占有相當(dāng)大比例。我國(guó)的智能用電重點(diǎn)關(guān)注雙向互動(dòng)服務(wù)、用電信息采集、智能用電服務(wù)、電動(dòng)汽車充放電、智能量測(cè)五個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，用電端的智能化改造正是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容之一。中國(guó)家用電器研究院在智能用電控制器、家庭能源管理系統(tǒng)、電カ載波通訊模塊、緑色家電標(biāo)準(zhǔn)幾個(gè)方面開展了長(zhǎng)期專項(xiàng)研究，并與深圳市國(guó)電科技通信有限公司、北京達(dá)華世紀(jì)低碳研究院及瑞薩電子有限公司共同成立了北京智能用電研究中心，開展了智能用電領(lǐng)域技術(shù)與產(chǎn)品研究，推動(dòng)了智能電網(wǎng)與智能家庭的融合，不斷適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求，為我國(guó)智能用電的大力普及打下了良好基礎(chǔ)。然而，就目前而言，我國(guó)電カ系統(tǒng)在家庭用電環(huán)節(jié)仍以傳統(tǒng)用電方法為主，只是在量測(cè)技術(shù)和遠(yuǎn)程抄表方面有初步應(yīng)用，缺少具有實(shí)用性的家庭用電智能控制和雙向通信的產(chǎn)品面世，阻礙了智能電網(wǎng)向用電領(lǐng)域的延伸進(jìn)程。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)家庭用電系統(tǒng)與電力管理信息的實(shí)時(shí)通信、按需用電、交互設(shè)置、遠(yuǎn)程控制功能的面向智能用電的通信與控制系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
一種面向智能用電的通信與控制系統(tǒng)，包括核心電路板、家庭智能插座模塊和家用電器智能遙控模塊；
所述核心電路板以C8051R)20單片機(jī)為控制核心，完成通信、控制及用戶交互功能；該核心電路板包括遠(yuǎn)程通信模塊、WIFI通信模塊、存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊、電源模塊、智能電表接口和微控制器MCU ；
所述遠(yuǎn)程通信模塊采用3G遠(yuǎn)程通信模塊，3G遠(yuǎn)程通信模塊通過(guò)插座連接C8051F020單片機(jī)，對(duì)C8051F020單片機(jī)的串ロ I進(jìn)行擴(kuò)展，在C8051F020單片機(jī)控制下建立網(wǎng)絡(luò)連接，獲取公網(wǎng)IP地址；
所述WIFI通信模塊通過(guò)緩沖器接ロ與C8051F020單片機(jī)串ロ O連接，以Adhoc方式組成無(wú)線局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸，WIFI通信模塊由C8051R)20單片機(jī)控制；
所述存儲(chǔ)模塊由FLASH存儲(chǔ)芯片組成，與C8051F020單片機(jī)的GPIO ロ連接形成擴(kuò)展存儲(chǔ)器，通過(guò)C8051F020單片機(jī)程序進(jìn)行讀寫，用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；
所述時(shí)鐘模塊提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)作為C8051F020單片機(jī)的工作時(shí)鐘；
所述電源模塊分別為3G遠(yuǎn)程通信模塊和C8051F020單片機(jī)提供電源；
所述智能電表接ロ對(duì)C8051F020單片機(jī)串ロ O進(jìn)行擴(kuò)展，智能電表接ロ通過(guò)RS232-485接ロ轉(zhuǎn)換器與具有RS485總線接ロ的家用智能電表連接，接收電表的電量、功率信息，用于家用電器的總能耗分析，用電計(jì)劃制定，并通過(guò)3G遠(yuǎn)程通信模塊上傳到電カ管理信息中心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表；
所述微控制器MCU由C8051F020單片機(jī)承擔(dān)，并對(duì)遠(yuǎn)程通信模塊、WIFI通信模塊、存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊、電源模塊和智能電表接ロ進(jìn)行控制；
所述家庭智能插座模塊包括單片機(jī)I、WIFI模塊I和計(jì)量模塊，由核心電路板通過(guò)WIFI模塊I以Adhoc組網(wǎng)方式接收控制命令實(shí)現(xiàn)電源通斷控制，并由計(jì)量模塊獲得瞬時(shí)功率信息判斷用電設(shè)備的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)保護(hù)控制，并將信息傳輸?shù)胶诵碾娐钒宕鎯?chǔ)，作為用電方案的制定依據(jù)；
所述單片機(jī)I由C8051F020單片機(jī)承擔(dān)，通過(guò)串ロ對(duì)WIFI模塊I的控制實(shí)現(xiàn)無(wú)線局域網(wǎng)的組網(wǎng)，采用ADC接ロ實(shí)現(xiàn)計(jì)量模塊的信息采集，通過(guò)C8051F020單片機(jī)的GPIO ロ控制繼電器，實(shí)現(xiàn)插座的電源通斷控制；
所述WIFI模塊I通過(guò)串ロ與C8051F020單片機(jī)連接，接收控制命令實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，完成信息傳輸；
所述計(jì)量模塊完成對(duì)插座的電壓電流取樣與濾波，去除干擾，并傳輸?shù)紺8051F020單片機(jī)；
所述家用電器智能遙控模塊包括單片機(jī)II、WIFI模塊II和電子開關(guān)，單片機(jī)II通過(guò)WIFI模塊II接收核心電路板發(fā)送的控制命令，并驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)控制家電遙控器，實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的啟?？刂坪瓦\(yùn)行狀況設(shè)置；
所述單片機(jī)II由C8051F020單片機(jī)承擔(dān)，通過(guò)串ロ對(duì)WIFI模塊II的控制實(shí)現(xiàn)無(wú)線局域網(wǎng)的組網(wǎng)，通過(guò)C8051F020單片機(jī)的GPIO ロ連接電子開關(guān)控制遙控器；
所述WIFI模塊II通過(guò)串ロ與C8051F020單片機(jī)連接，接收控制命令實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接；
所述電子開關(guān)的輸入端與C8051F020單片機(jī)的GPIO ロ連接，接收C8051F020單片機(jī)發(fā)出的控制信息，電子開關(guān)的輸出端連接家電遙控器的鍵盤引腳，通過(guò)對(duì)輸入信息的譯碼實(shí)現(xiàn)按鍵的通斷；
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述3G遠(yuǎn)程通信模塊采用定時(shí)驅(qū)動(dòng)方式作為客戶終端向遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，以IP地址方式建立網(wǎng)絡(luò)連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種面向智能用電的通信與控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)
I、本發(fā)明的一種面向智能用電的通信與控制系統(tǒng)，與其它同類系統(tǒng)相比，采用了 3G遠(yuǎn)程通信模塊技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸，采用基于C8051F020單片機(jī)的Web服務(wù)器技術(shù)實(shí)現(xiàn)用戶信息交互，采用基于Adhoc架構(gòu)的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與智能插座和家用電器遙控設(shè)備的信息交換，具有先進(jìn)性和實(shí)用性并易于擴(kuò)展。2、由3G遠(yuǎn)程通信模塊與互聯(lián)網(wǎng)連接，接收電カ管理部門的實(shí)時(shí)電價(jià)、停電通知等管理信息，接收小區(qū)物業(yè)管理信息，接收遠(yuǎn)程用戶通過(guò)移動(dòng)終端(手機(jī))發(fā)送的查詢與控制信息；由WIFI無(wú)線局域網(wǎng)傳輸模塊控制智能插座和家電啟停，實(shí)現(xiàn)電能測(cè)量、質(zhì)量分析和安全保護(hù)；由Web頁(yè)面完成用戶交互與參數(shù)設(shè)置；接收家庭智能電表的用電信息實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表功能，從而實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)在家庭用電端的負(fù)載均衡、削峰填谷、智能控制、用電管理功倉(cāng)^:。3、對(duì)家庭用電環(huán)節(jié)的智能化改造，需要充分考慮目前用電設(shè)備的實(shí)際情況及發(fā)展趨勢(shì)，開發(fā)既滿足發(fā)展需求又符合應(yīng)用現(xiàn)狀的實(shí)用性設(shè)備，降低成本，減少家庭的重復(fù)投資，為智能用電的廣泛實(shí)施提供助力。


圖I為ー種面向智能用電的通信與控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖2微控制器MCU控制程序的流程 圖3為家用智能插座模塊的結(jié)構(gòu)示意 圖4為家用電器智能遙控模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)地描述。如圖I所示，一種面向智能用電的通信與控制系統(tǒng)，包括核心電路板、家庭智能插座模塊和家用電器智能遙控模塊。I、核心電路板以C8051F020單片機(jī)為控制核心，完成通信、控制及用戶交互功能。該核心電路板包括遠(yuǎn)程通信模塊、WIFI通信模塊、存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊、電源模塊、智能電表接口和微控制器MCU。其中，遠(yuǎn)程通信模塊，采用3G遠(yuǎn)程通信模塊，3G遠(yuǎn)程通信模塊通過(guò)插座連接C8051F020單片機(jī)，對(duì)C8051F020單片機(jī)的串ロ I進(jìn)行擴(kuò)展，在C8051F020單片機(jī)控制下建立網(wǎng)絡(luò)連接，獲取公網(wǎng)IP地址。該遠(yuǎn)程通信模塊具有如下兩項(xiàng)功能①采用定時(shí)驅(qū)動(dòng)方式，作為客戶終端向遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，以IP地址方式建立網(wǎng)絡(luò)連接，分別獲取電カ管理部門的實(shí)時(shí)電價(jià)、停電通知或小區(qū)物業(yè)管理部門的管理信息，用于用戶交互并參與家庭用電的智能控制，井根據(jù)請(qǐng)求向電カ管理部門發(fā)送累計(jì)用電量與實(shí)時(shí)功率等信息；②遠(yuǎn)程通信模塊可接受遠(yuǎn)程PC或移動(dòng)終端(手機(jī))的遠(yuǎn)程訪問(wèn)，結(jié)合存儲(chǔ)器中設(shè)計(jì)的HTML頁(yè)面構(gòu)成Web服務(wù)器。HTML頁(yè)面是一個(gè)用戶交互界面，一方面可以向用戶展示電カ部門和小區(qū)物業(yè)的管理信息，另ー方面可以匯報(bào)各用電設(shè)備的使用狀況、功率、用電量及金額累計(jì)，還可以接收用戶的參數(shù)設(shè)置及對(duì)設(shè)備的啟?？刂?。WIFI通信模塊，通過(guò)緩沖器接ロ與C8051F020單片機(jī)串ロ O連接，以Adhoc方式組成無(wú)線局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸。WIFI通信模塊由C8051R)20單片機(jī)編程控制，在定時(shí)器控制下與家庭的智能插座、家用電器啟?？刂频腤IFI終端建立連接，發(fā)送查詢與控制命令，獲取用電信息，還可以與在信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的移動(dòng)終端(手機(jī))建立通信連接，通過(guò)前述的HTML頁(yè)面實(shí)現(xiàn)用戶交互。存儲(chǔ)模塊，由FLASH存儲(chǔ)芯片組成，與C8051F020單片機(jī)的GPIO 口連接形成擴(kuò)展存儲(chǔ)器，通過(guò)C8051F020單片機(jī)程序進(jìn)行讀寫，用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。存儲(chǔ)內(nèi)容包括HTML頁(yè)面框架、用戶設(shè)定參數(shù)、歷史用電信息、電力管理信息。時(shí)鐘模塊，由22MHz的有源晶振承擔(dān)，提供22MHz的時(shí)鐘脈沖信號(hào)作為C8051F020單片機(jī)的工作時(shí)鐘。電源模塊，從外部電源插座接收5V直流電源，經(jīng)過(guò)內(nèi)部DC-DC變換生成4V與3. 3V直流電壓，分別為3G遠(yuǎn)程通信模塊和C8051F020單片機(jī)提供電源。智能電表接口，對(duì)C8051F020單片機(jī)串口 O進(jìn)行擴(kuò)展，智能電表接口通過(guò) RS232-485接口轉(zhuǎn)換器與具有RS485總線接口的家用智能電表連接，接收電表的電量、功率信息，用于家用電器的總能耗分析，用電計(jì)劃制定，并通過(guò)3G遠(yuǎn)程通信模塊上傳到電力管理信息中心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表。微控制器MCU，由C8051F020單片機(jī)承擔(dān)，編寫程序完成系統(tǒng)的初始化，并對(duì)遠(yuǎn)程通信模塊、WIFI通信模塊、存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊、電源模塊和智能電表接口進(jìn)行控制，包括遠(yuǎn)程連接請(qǐng)求與信息傳輸、遠(yuǎn)程請(qǐng)求偵聽與信息獲取、智能電表信息采集與家用電器用電方案制定與控制，微控制器MCU控制程序流程如圖2所示。C8051R)20單片機(jī)的內(nèi)部RAM用于各功能模塊的信息交換，包括設(shè)備運(yùn)行狀況、實(shí)時(shí)電價(jià)、瞬時(shí)功率等臨時(shí)信息。核心電路板是整個(gè)系統(tǒng)的通信與控制中心，如圖I所示。采用C8051R)20單片機(jī)為核心控制芯片，通過(guò)對(duì)其串行口的擴(kuò)展連接外圍設(shè)備，其中串口 I連接華為MU203 3G遠(yuǎn)程通信模塊，串口 O通過(guò)緩沖器連接03型UART-WIFI無(wú)線通信模塊以及家用智能電表。通過(guò)C8051F020單片機(jī)的GPIO 口擴(kuò)展64k FLASH存儲(chǔ)器，用于存放Web頁(yè)面框架、用戶設(shè)定的用電參數(shù)、歷史用電信息及電力部門發(fā)布的管理信息。電路板的供電通過(guò)電源模塊從外部電源插座接收5V直流電源，經(jīng)過(guò)內(nèi)部DC-DC變換生成4V與3. 3V直流電壓，分別為3G模塊及單片機(jī)系統(tǒng)提供電源。利用3G遠(yuǎn)程通信模塊與Internet連接，實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程服務(wù)中心和用戶移動(dòng)終端的連接，并通過(guò)WIFI無(wú)線通信模塊與家庭智能插座模塊和家用電器智能遙控模塊構(gòu)成家庭無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息交互、抄表、請(qǐng)求響應(yīng)和家電設(shè)備的智能控制，是一種智能電網(wǎng)在家庭用電領(lǐng)域的延伸設(shè)備。2、家庭智能插座模塊，如圖3所示，包括單片機(jī)I、WIFI模塊I和計(jì)量模塊，由核心電路板通過(guò)WIFI模塊I以Adhoc組網(wǎng)方式接收控制命令實(shí)現(xiàn)電源通斷控制，并由計(jì)量模塊獲得瞬時(shí)功率信息判斷用電設(shè)備的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)保護(hù)控制，并將信息傳輸?shù)胶诵碾娐钒宕鎯?chǔ)，作為用電方案的制定依據(jù)。其中，單片機(jī)I，由C8051F020單片機(jī)承擔(dān)，通過(guò)串口對(duì)WIFI模塊I的控制實(shí)現(xiàn)無(wú)線局域網(wǎng)的組網(wǎng)，采用ADC接口實(shí)現(xiàn)計(jì)量模塊的信息采集，通過(guò)C8051F020單片機(jī)的GPIO口控制繼電器，實(shí)現(xiàn)插座的電源通斷控制。WIFI模塊I，通過(guò)串口與C8051F020單片機(jī)連接，接收控制命令實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，完成信息傳輸。計(jì)量模塊，完成對(duì)插座的電壓電流取樣與濾波，去除干擾，并傳輸?shù)紺8051F020單片機(jī)采集并完成功率計(jì)算。
家庭智能插座模塊是一個(gè)向家用電器供電的電源插座，以C8051F020單片機(jī)為控制核心，通過(guò)WIFI接口與核心電路板通信，可以接收控制命令控制繼電器通斷，還可以對(duì)瞬時(shí)用電功率進(jìn)行計(jì)量，上傳核心電路板進(jìn)行用電協(xié)調(diào)，并分析家電工作狀態(tài)，實(shí)施臨時(shí)斷電，保護(hù)用電設(shè)備。3、家用電器智能遙控模塊，如圖4所示，包括單片機(jī)II、WIFI模塊II和多路電子開關(guān)，單片機(jī)II通過(guò)WIFI模塊II接收核心電路板發(fā)送的控制命令，并驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)控制家電遙控器，實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的啟停控制和運(yùn)行狀況設(shè)置。其中，單片機(jī)II，由C8051F020單片機(jī)承擔(dān)，通過(guò)串口對(duì)WIFI模塊II的控制實(shí)現(xiàn)無(wú)線局域網(wǎng)的組網(wǎng)，通過(guò)C8051F020單片機(jī)的GPIO 口連接多路電子開關(guān)控制遙控器，模擬按鍵操作。WIFI模塊II，通過(guò)串口與C8051F020單片機(jī)連接，接收控制命令實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，完成信息傳輸。 多路電子開關(guān)，輸入端與C8051F020單片機(jī)的GPIO 口連接，接收C8051F020單片機(jī)發(fā)出的控制信息，電子開關(guān)的輸出端連接家電遙控器的鍵盤引腳，通過(guò)對(duì)輸入信息的譯碼實(shí)現(xiàn)按鍵的通斷，模擬手工遙控操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的運(yùn)行控制。家用電器智能遙控模塊是一個(gè)對(duì)家用遙控器的改裝部件，該模塊目的是解決目前許多家用電器在上電后還需要使用遙控器控制具體運(yùn)行的問(wèn)題。仍以C8051F020單片機(jī)為控制核心，通過(guò)WIFI接口與核心電路板通信，用于接收核心電路板的控制命令控制家用電器的啟停。將原始遙控器的按鍵引腳用排線引出，連接到多路電子開關(guān)。C8051R)20單片機(jī)通過(guò)GPIO接口控制多路電子開關(guān)，模擬人為按鍵，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家電運(yùn)行的遠(yuǎn)程控制。該面向智能用電的通信與控制系統(tǒng)所含的三個(gè)模塊都使用了 C8051R)20單片機(jī)，都需要軟件支撐，如圖2所示。軟件負(fù)責(zé)完成整個(gè)系統(tǒng)的自檢與初始化；通過(guò)串行口 I發(fā)送3G遠(yuǎn)程通信模塊的AT命令集，完成網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)并獲取IP地址；通過(guò)串口 O發(fā)送WIFI模塊的AT命令集，建立與智能插座和遙控終端的無(wú)線連接；完成存儲(chǔ)器規(guī)劃，建立公共存儲(chǔ)區(qū)作為信息交換池用于所有任務(wù)之間的信息交換；設(shè)置Web服務(wù)器并建立HTML頁(yè)面，與IP地址關(guān)聯(lián)供遠(yuǎn)程訪問(wèn)；啟動(dòng)定時(shí)器工作，采用定時(shí)中斷信號(hào)作為依據(jù)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的時(shí)間分配和協(xié)調(diào)運(yùn)行。其任務(wù)包括四項(xiàng)
(I)依據(jù)IP地址向遠(yuǎn)程電力控制中心或小區(qū)物業(yè)管理部門建立連接，發(fā)送用電量等相關(guān)信息并接收實(shí)時(shí)電價(jià)等廣播信息，放入信息交換池。具體的通信協(xié)議以電力部門或物業(yè)管理部門頒布的信息通信方式為標(biāo)準(zhǔn)制訂。(2) Web服務(wù)程序偵聽遠(yuǎn)程連接，在通過(guò)密碼認(rèn)證后，從信息交換池提取實(shí)時(shí)信息更新HTML頁(yè)面并發(fā)送。遠(yuǎn)程用戶可查詢家庭用電狀況，并填寫頁(yè)面參數(shù)實(shí)施遠(yuǎn)程控制。處理程序獲取回傳的控制參數(shù)放入信息交換池，作為對(duì)家用電器的控制依據(jù)。(3)智能電表讀取，通過(guò)C8051F020單片機(jī)串行口 O讀取家用智能電表的監(jiān)測(cè)信息，依據(jù)其數(shù)據(jù)手冊(cè)提取用電量、總功率等用電參數(shù)放入信息交換池，供分析和傳輸使用。(4)智能插座與家用電器控制任務(wù)首先從信息交換池獲取信息，根據(jù)電價(jià)信息、遠(yuǎn)程請(qǐng)求和家電的運(yùn)行狀況制定家電的使用策略，通過(guò)串行口 O建立的WIFI連接發(fā)送控制命令實(shí)現(xiàn)家用電器的遙控操作和插座的電源通斷，讀回智能插座傳送的用電參數(shù)，存入信息交換池供其它任務(wù)使用。
最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種面向智能用電的通信與控制系統(tǒng)，其特征在于包括核心電路板、家庭智能插座模塊和家用電器智能遙控模塊； 所述核心電路板以C8051R)20單片機(jī)為控制核心，完成通信、控制及用戶交互功能；該核心電路板包括遠(yuǎn)程通信模塊、WIFI通信模塊、存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊、電源模塊、智能電表接口和微控制器MCU ； 所述遠(yuǎn)程通信模塊采用3G遠(yuǎn)程通信模塊，3G遠(yuǎn)程通信模塊通過(guò)插座連接C8051F020單片機(jī)，對(duì)C8051F020單片機(jī)的串口 I進(jìn)行擴(kuò)展，在C8051F020單片機(jī)控制下建立網(wǎng)絡(luò)連接，獲取公網(wǎng)IP地址； 所述WIFI通信模塊通過(guò)緩沖器接口與C8051F020單片機(jī)串口 O連接，以Adhoc方式組成無(wú)線局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸，WIFI通信模塊由C8051R)20單片機(jī)控制； 所述存儲(chǔ)模塊由FLASH存儲(chǔ)芯片組成，與C8051F020單片機(jī)的GPIO 口連接形成擴(kuò)展存儲(chǔ)器，通過(guò)C8051F020單片機(jī)程序進(jìn)行讀寫，用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)； 所述時(shí)鐘模塊提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)作為C8051F020單片機(jī)的工作時(shí)鐘； 所述電源模塊分別為3G遠(yuǎn)程通信模塊和C8051F020單片機(jī)提供電源； 所述智能電表接口對(duì)C8051F020單片機(jī)串口 O進(jìn)行擴(kuò)展，智能電表接口通過(guò)RS232-485接口轉(zhuǎn)換器與具有RS485總線接口的家用智能電表連接，接收電表的電量、功率信息，用于家用電器的總能耗分析，用電計(jì)劃制定，并通過(guò)3G遠(yuǎn)程通信模塊上傳到電力管理信息中心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表； 所述微控制器MCU由C8051R)20單片機(jī)承擔(dān)，并對(duì)遠(yuǎn)程通信模塊、WIFI通信模塊、存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊、電源模塊和智能電表接口進(jìn)行控制； 所述家庭智能插座模塊包括單片機(jī)I、WIFI模塊I和計(jì)量模塊，由核心電路板通過(guò)WIFI模塊I以Adhoc組網(wǎng)方式接收控制命令實(shí)現(xiàn)電源通斷控制，并由計(jì)量模塊獲得瞬時(shí)功率信息判斷用電設(shè)備的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)保護(hù)控制，并將信息傳輸?shù)胶诵碾娐钒宕鎯?chǔ)，作為用電方案的制定依據(jù)； 所述單片機(jī)I由C8051F020單片機(jī)承擔(dān)，通過(guò)串口對(duì)WIFI模塊I的控制實(shí)現(xiàn)無(wú)線局域網(wǎng)的組網(wǎng)，采用ADC接口實(shí)現(xiàn)計(jì)量模塊的信息采集，通過(guò)C8051F020單片機(jī)的GPIO 口控制繼電器，實(shí)現(xiàn)插座的電源通斷控制； 所述WIFI模塊I通過(guò)串口與C8051F020單片機(jī)連接，接收控制命令實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，完成信息傳輸； 所述計(jì)量模塊完成對(duì)插座的電壓電流取樣與濾波，去除干擾，并傳輸?shù)紺8051F020單片機(jī)； 所述家用電器智能遙控模塊包括單片機(jī)II、WIFI模塊II和電子開關(guān)，單片機(jī)II通過(guò)WIFI模塊II接收核心電路板發(fā)送的控制命令，并驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)控制家電遙控器，實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的啟停控制和運(yùn)行狀況設(shè)置； 所述單片機(jī)II由C8051F020單片機(jī)承擔(dān)，通過(guò)串口對(duì)WIFI模塊II的控制實(shí)現(xiàn)無(wú)線局域網(wǎng)的組網(wǎng)，通過(guò)C8051F020單片機(jī)的GPIO 口連接電子開關(guān)控制遙控器；所述WIFI模塊II通過(guò)串口與C8051F020單片機(jī)連接，接收控制命令實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接；所述電子開關(guān)的輸入端與C8051F020單片機(jī)的GPIO 口連接，接收C8051F020單片機(jī)發(fā)出的控制信息，電子開關(guān)的輸出端連接家電遙控器的鍵盤引腳，通過(guò)對(duì)輸入信息的譯碼實(shí)現(xiàn)按鍵的通斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的面向智能用電的通信與控制系統(tǒng)，其特征在于所述3G遠(yuǎn)程通信模塊采用定時(shí)驅(qū)動(dòng)方式作為客戶終端向遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，以IP地址方式建立網(wǎng)絡(luò)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種面向智能用電的通信與控制系統(tǒng)，包括核心電路板、家庭智能插座模塊和家用電器智能遙控模塊；核心電路板以C8051F020單片機(jī)為控制核心，完成通信、控制及用戶交互功能；家庭智能插座模塊通過(guò)WIFI模塊Ⅰ接收控制命令實(shí)現(xiàn)電源通斷控制，并由計(jì)量模塊獲得瞬時(shí)功率并判斷用電設(shè)備的運(yùn)行狀況；家用電器智能遙控模塊通過(guò)WIFI模塊Ⅱ接收核心電路板發(fā)送的控制命令，并驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)控制家電遙控器。本發(fā)明采用了3G通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸，采用基于單片機(jī)的Web服務(wù)器技術(shù)實(shí)現(xiàn)用戶信息交互，采用基于Adhoc架構(gòu)的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與智能插座和家電遙控設(shè)備的信息交換，具有先進(jìn)性和實(shí)用性并易于擴(kuò)展。
文檔編號(hào)G08C17/02GK102866699SQ20121038161
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者毛玉星, 楊棟棋, 苗伽略, 汪泉霖, 何為 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)