一種用于用電終端的用電監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種用于用電終端的用電監(jiān)控系統(tǒng)，包括控制器、實(shí)時采集模塊、電能計(jì)量模塊、無線通信模塊、用戶標(biāo)識模塊、電源管理模塊、時鐘模塊、存儲器以及遠(yuǎn)程控制終端。采用本發(fā)明所述的用電監(jiān)控系統(tǒng)，用戶可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程接收用電終端的用電信息并發(fā)送控制指令給CPU，通過CPU控制電器的用電開關(guān)。根據(jù)本發(fā)明所述的電力監(jiān)控系統(tǒng)，可以適用于家庭、學(xué)校、寫字樓、酒店、車站、會所等多種環(huán)境，具有無線通訊功能，是實(shí)現(xiàn)智能建筑與智能家居中用電管理的理想產(chǎn)品；通過對該系統(tǒng)的使用可遠(yuǎn)程無線實(shí)時掌握家庭等單位的用電狀況，發(fā)現(xiàn)用電浪費(fèi)，引導(dǎo)用戶主動節(jié)能。
【專利說明】-種用于用電終端的用電監(jiān)控系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力監(jiān)測控制裝置，屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種具有無 線通信功能的、用于用電終端的電能監(jiān)控系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，通過電力負(fù)荷監(jiān)測與控制系統(tǒng)可對配電設(shè)備的數(shù)字化信息進(jìn)行采集和處 理，主要是用于實(shí)現(xiàn)配電站配電的監(jiān)控，為制定電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和電力生產(chǎn)計(jì)劃提供決 策依據(jù)，而適用于用戶側(cè)的電力監(jiān)測和控制尚沒有較好的技術(shù)方案，長期以來一直停留在 僅僅使用電度表進(jìn)行月用電量統(tǒng)計(jì)的初步階段。
[0003] 隨著物質(zhì)條件的改善和人們生活水平的提高，家用電器日益普遍、廣泛運(yùn)用于家 庭生活。用電安全成了現(xiàn)代家居用電的重要性能指標(biāo)，家庭用電也成為了節(jié)能、環(huán)保的重要 領(lǐng)域。為此，對家庭用電狀況進(jìn)行有效監(jiān)測和控制，以維護(hù)家庭用電安全和環(huán)保變得更有必 要。
[0004] 但是，家庭用電安全節(jié)能是一個長期的過程，在用戶外出之時同樣存在，因此最好 是能使用戶隨時掌握自己家里的用電狀況并可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。近年來，我國信息事業(yè)持 續(xù)、快速發(fā)展，通信基礎(chǔ)設(shè)施日臻完善，尤其是無線通信發(fā)展迅速。據(jù)國家工業(yè)與信息產(chǎn)業(yè) 部的統(tǒng)計(jì)資料，我國僅移動電話用戶數(shù)量就已經(jīng)達(dá)到7億。這為實(shí)現(xiàn)用戶實(shí)時監(jiān)測家庭用 電狀況提供了可以努力的方向和可能。如果能利用現(xiàn)有的個人通信終端，實(shí)現(xiàn)手機(jī)對家庭 用電的遠(yuǎn)程監(jiān)控，既可以節(jié)約投資，又便于推廣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用無線通信技術(shù)和單片機(jī)控制技術(shù)，提出了一種用 于用電終端的用電監(jiān)控系統(tǒng)，包括以下部件：
[0006] 控制器，用于控制整個系統(tǒng)的信號采集、數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)存取以及數(shù)據(jù)收發(fā)。實(shí)時 采集模塊，用于實(shí)時采集電器的用電狀況信息，包括脈沖量、開關(guān)量及模擬量，并將其傳送 給電能計(jì)量模塊。電能計(jì)量模塊，用于將所述用電狀況信息進(jìn)行分析、處理，形成各種功率、 電量、電表讀數(shù)、電流、電壓等實(shí)時數(shù)據(jù)。無線通信模塊，用于將所述數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程控制終 端。用戶標(biāo)識模塊，用于標(biāo)識所述用電終端的身份，以便與所述遠(yuǎn)程控制終端進(jìn)行無線通 信。電源管理模塊，用于為整個系統(tǒng)提供電源。時鐘模塊，用于為整個系統(tǒng)提供時鐘信號。 存儲器，用于存儲所述實(shí)時采集模塊采集的信息和電能計(jì)量模塊形成的實(shí)時數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程控 制終端，用于接收所述無線通信模塊發(fā)送的用電信息并發(fā)送控制指令給CPU，通過CPU控制 電器的用電開關(guān)。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明所述的用電監(jiān)控系統(tǒng)，最好還包括繼電控制模塊，用于根據(jù)控制器的 控制對電器的用電進(jìn)行開關(guān)控制。
[0008] 進(jìn)一步的，所述實(shí)時采集模塊可以由電流、電壓互感器和濾波器組成。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明所述的電力監(jiān)控系統(tǒng)，可以適用于家庭、學(xué)校、寫字樓、酒店、車站、會 所等多種環(huán)境，具有無線通訊功能，是實(shí)現(xiàn)智能建筑與智能家居中用電管理的理想產(chǎn)品；通 過對該系統(tǒng)的使用可遠(yuǎn)程無線實(shí)時掌握家庭等單位的用電狀況，發(fā)現(xiàn)用電浪費(fèi)，引導(dǎo)用戶 主動節(jié)能。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0010] 圖1是根據(jù)本發(fā)明所述的電力監(jiān)控系統(tǒng)的原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面以對一個家庭的家電用電進(jìn)行監(jiān)控為例對本發(fā)明作進(jìn)一步介紹，但不作為對 本發(fā)明的限定。
[0012] 如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明所述的用電監(jiān)控系統(tǒng)包括以下部件：
[0013] 控制器，其接收時鐘模塊提供的時鐘信號和電能計(jì)量模塊提供的實(shí)時數(shù)據(jù)，用于 控制整個系統(tǒng)的信號采集、數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)存取以及數(shù)據(jù)收發(fā)。本實(shí)施例中，控制器可以采 用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
[0014] 實(shí)時采集模塊，用于實(shí)時采集電器的用電狀況信息，包括三相電壓、電流、頻率、有 功、無功、功率因數(shù)、有功電能、無功電能等瞬時值，精度通常為0.5%，并將其傳送給電能計(jì) 量模塊。實(shí)時采集模塊由電流、電壓互感器和濾波器組成，從互感器出來的模擬信號經(jīng)過濾 波處理后消除了干擾信號，再進(jìn)入電能計(jì)量模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換。所述實(shí)時采集模塊還可以按照 預(yù)先設(shè)定的日期對用電終端的電度表數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲。實(shí)時采集模塊可以同時讀取多 塊電度表的數(shù)據(jù)。
[0015] 電能計(jì)量模塊，用于將所述用電狀況信息進(jìn)行分析、處理，形成各種功率、電量、電 表讀數(shù)、電流、電壓等實(shí)時數(shù)據(jù)。電能計(jì)量模塊采用計(jì)量芯片為核心，集成了參考電壓電路 以及所有包括基波、諧波和全波的各項(xiàng)電參數(shù)測量的數(shù)字信號處理電路，將接收到的模擬 信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并經(jīng)行數(shù)據(jù)運(yùn)算形成實(shí)時數(shù)據(jù)，存儲在存儲器中。日負(fù)荷曲線數(shù)據(jù)每 15分鐘采集，每天96個數(shù)據(jù)，通常保存最近10天的數(shù)據(jù)（包括有功、無功、電壓、電流等數(shù) 據(jù)）；
[0016] 無線通信模塊，用于根據(jù)控制器的控制將所述數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程控制終端，方便用 戶隨時通過遠(yuǎn)程控制終端獲得用電信息。該遠(yuǎn)程控制終端最好是手機(jī)等通信工具，從而可 以采用內(nèi)置GSM模塊通訊方式，也可采用外接無線電臺通訊方式，用戶可以自行選擇。所述 無線通信模塊可以主動向遠(yuǎn)程控制終端發(fā)起通信，也可以根據(jù)控制器的控制被動響應(yīng)遠(yuǎn)程 控制終端的通信指令。
[0017] 用戶標(biāo)識模塊（SIM)，用于標(biāo)識所述用電終端的身份，以便與所述遠(yuǎn)程控制終端進(jìn) 行點(diǎn)對點(diǎn)的無線通信，正如兩個移動電話之間的通信一樣。本實(shí)施例中，用戶標(biāo)識模塊可以 采用SM卡，從而方便與手機(jī)這類的遠(yuǎn)程控制終端進(jìn)行無線通信。
[0018] 電源管理模塊，用于為整個系統(tǒng)提供電源。
[0019] 時鐘模塊，用于為整個系統(tǒng)提供時鐘信號。
[0020] 存儲器，用于存儲所述實(shí)時采集模塊采集的信息和電能計(jì)量模塊形成的實(shí)時數(shù) 據(jù)，以供控制器讀取。遠(yuǎn)程控制終端也可以通過發(fā)送控制指令給控制器，要求查詢用電信 肩、。
[0021] 遠(yuǎn)程控制終端，用于接收所述無線通信模塊發(fā)送的用電信息并發(fā)送控制指令給 CPU，通過CPU控制電器的用電開關(guān)。本實(shí)施例中，以手機(jī)為遠(yuǎn)程控制終端。用戶手機(jī)接收 到上述用電信息后，可以通過預(yù)先設(shè)置的適當(dāng)?shù)姆绞桨ǖ幌抻谡Z音或者短信息向控制 器發(fā)送電器控制命令，控制器在接收到命令后通過繼電器控制模塊進(jìn)行開關(guān)操作。遠(yuǎn)程控 制終端同時可實(shí)現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的查詢功能。
[0022] 繼電控制模塊，用于根據(jù)控制器的控制對電器的用電進(jìn)行開關(guān)控制，閉合或斷開 用電開關(guān)，啟動或關(guān)閉電器。遠(yuǎn)程控制終端需要斷開家用電器的用電或者給家用電器通電 啟動其工作時，可以發(fā)出指令給控制器，由控制器控制繼電控制模塊進(jìn)行家用電器的開關(guān) 操作。
[0023] 其中，控制器可根據(jù)電壓、電流諧波閥值對監(jiān)測點(diǎn)的電壓諧波、電流諧波進(jìn)行分 析，并記錄分相2?19次諧波電壓含有率及總畸變率日最大值及發(fā)生時間，同時統(tǒng)計(jì)分相 諧波越限數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)包括分相總畸變電壓含有率越限日累計(jì)時間、分相2?19次諧波 電壓含有率越限日累計(jì)時間、分相總畸變電流越限日累計(jì)時間、分相2?19次諧波電流越 限日累計(jì)時間等。當(dāng)用電器的諧波超標(biāo)時，控制器向遠(yuǎn)程控制終端發(fā)送報警信號。控制器 還可以記錄上電、掉電、斷相、過壓、失壓、失流、逆相序、超負(fù)荷、三相電流不平衡、CT 一次短 路、CT二次短路、CT二次開路、計(jì)量箱開門等事件的發(fā)生時間、狀態(tài)、數(shù)據(jù)、事件類型及相關(guān) 情況，并按照發(fā)生的時間順序分為一般事件和重要事件兩個隊(duì)列分別進(jìn)行記錄，每個隊(duì)列 記錄的最大長度為255條，隊(duì)列則按先進(jìn)先出方式刷新。對于預(yù)先設(shè)置的重要事件（如功 控跳閘、電控跳閘、遙控跳閘、重要參數(shù)變更等），當(dāng)事件發(fā)生后，控制器可以實(shí)時刷新存儲 器的內(nèi)容、作好記錄，并將事件記錄上報遠(yuǎn)程控制終端。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明所述的用電監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時、精確地測量家庭內(nèi)電器的用電狀況 數(shù)據(jù)信息，隨時獲取實(shí)時詳細(xì)的監(jiān)測報告，并可直接對用電設(shè)備進(jìn)行管理和控制，從而有效 地改善用電負(fù)荷的曲線形狀，提高用戶的負(fù)荷率，從而提高用電設(shè)備的利用率，達(dá)到家庭用 電的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。通過現(xiàn)場試驗(yàn)及專家鑒定，各項(xiàng)性能均可達(dá)標(biāo)。數(shù)據(jù)采集功能測試結(jié) 果和電能計(jì)量功能測試結(jié)果的誤差在0.2%以內(nèi)，對家電進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的功能經(jīng)過了 500 次測驗(yàn)，沒有誤操作發(fā)生，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，能夠應(yīng)對多種惡劣環(huán)境。
[0025] 以上所述已對本發(fā)明的內(nèi)容做了詳盡說明。對本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，在不背 離本發(fā)明精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都構(gòu)成對本發(fā)明專利的侵犯，將 承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于用電終端的用電監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于包括以下部件： 控制器，用于控制整個系統(tǒng)的信號采集、數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)存取以及數(shù)據(jù)收發(fā)， 實(shí)時采集模塊，用于實(shí)時采集電器的用電狀況信息，包括脈沖量、開關(guān)量及模擬量，并 將其傳送給電能計(jì)量模塊， 電能計(jì)量模塊，用于將所述用電狀況信息進(jìn)行分析、處理，形成各種功率、電量、電表讀 數(shù)、電流、電壓等實(shí)時數(shù)據(jù)， 無線通信模塊，用于將所述數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程控制終端， 用戶標(biāo)識模塊，用于標(biāo)識所述用電終端的身份，以便與所述遠(yuǎn)程控制終端進(jìn)行無線通 ?目， 電源管理模塊，用于為整個系統(tǒng)提供電源， 時鐘模塊，用于為整個系統(tǒng)提供時鐘， 存儲器，用于存儲所述實(shí)時采集模塊采集的信息和電能計(jì)量模塊形成的實(shí)時數(shù)據(jù)， 遠(yuǎn)程控制終端，用于接收所述無線通信模塊發(fā)送的用電信息并發(fā)送控制指令給控制 器，通過控制器控制所述實(shí)時采集模塊、電能計(jì)量模塊以及無線通信模塊。
2. 如權(quán)利要求1所述的用電監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于還包括繼電控制模塊，用于根據(jù)控 制器的控制對電器的用電進(jìn)行開關(guān)控制。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的用電監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述實(shí)時采集模塊由電流、電壓 互感器和濾波器組成。
【文檔編號】H02J13/00GK104158285SQ201310179558
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月16日
【發(fā)明者】何濤, 胡承, 馮國麗 申請人:北京中科泛美科技有限公司