本實(shí)用新型涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電力能效監(jiān)測(cè)終端。

背景技術(shù)：

電力能效監(jiān)測(cè)終端可以用于監(jiān)測(cè)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(lái)，電力能效監(jiān)測(cè)終端不僅在工礦企業(yè)得到廣泛應(yīng)用，而且隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的用戶開(kāi)始采用電力能效監(jiān)測(cè)終端對(duì)自家的電氣量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。然而，目前的電力能效監(jiān)測(cè)終端既無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，也難以在用電超標(biāo)或電氣量數(shù)據(jù)不正常的情況下及時(shí)關(guān)斷用電設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種電力能效監(jiān)測(cè)終端，既可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，也可以在用電超標(biāo)或電氣量數(shù)據(jù)不正常的情況下及時(shí)關(guān)斷用電設(shè)備。

一種電力能效監(jiān)測(cè)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(guò)通信單元連接至移動(dòng)智能終端；所述繼電器連接用電設(shè)備。

上述電力能效監(jiān)測(cè)終端的所述電氣量采集裝置對(duì)電力線路的電氣量數(shù)據(jù)進(jìn)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(jiǎn)單程序可以對(duì)所述電氣量數(shù)據(jù)是否超出預(yù)設(shè)值進(jìn)行判斷，當(dāng)所述主控器判定所述電氣量數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)值時(shí)，意味著存在用電超標(biāo)或相關(guān)電氣量數(shù)據(jù)不正常的情況，此時(shí)所述主控器可以發(fā)出報(bào)警信息，并通過(guò)所述通信單元將報(bào)警信息發(fā)送至所述移動(dòng)智能終端，而用戶通過(guò)所述移動(dòng)智能終端接收所述報(bào)警信息后可以進(jìn)行處理，示例性的，用戶可以在收到所述報(bào)警信息后關(guān)斷電源，從而關(guān)閉用電設(shè)備。當(dāng)然，所述主控器還可以在電氣量數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)值后自動(dòng)斷開(kāi)電源，并發(fā)送報(bào)警信息和斷開(kāi)信息至所述移動(dòng)智能終端，此過(guò)程可由用戶自主設(shè)定。此外，為了了解用戶用電情況，用戶可以隨時(shí)隨地通過(guò)所述移動(dòng)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(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送至所述移動(dòng)智能終端以供用戶觀察。而該過(guò)程中，所述主控器也是采用簡(jiǎn)單程序來(lái)完成上述操作的。如此，通過(guò)所述電力能效監(jiān)測(cè)終端既可以方便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，又可以在用電超標(biāo)或電氣量數(shù)據(jù)不正常的情況下及時(shí)關(guān)斷用電設(shè)備。

附圖說(shuō)明

圖1為一個(gè)實(shí)施例中電力能效監(jiān)測(cè)終端的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一個(gè)實(shí)施例中電力能效監(jiān)測(cè)終端的應(yīng)用場(chǎng)景圖；

圖3為一個(gè)具體實(shí)施例中電力能效監(jiān)測(cè)終端的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為一個(gè)實(shí)施例中電流采集電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為一個(gè)實(shí)施例中電壓采集電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為一個(gè)實(shí)施例中接口電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為一個(gè)實(shí)施例中紅外通信電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為一個(gè)實(shí)施例中RS485通信電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為一個(gè)實(shí)施例中wifi通信電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為一個(gè)實(shí)施例中電力載波通信電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為一個(gè)實(shí)施例中存儲(chǔ)器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為更進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型所采取的技術(shù)手段及取得的效果，下面結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，進(jìn)行清楚和完整的描述。

請(qǐng)參見(jiàn)圖1，一種電力能效監(jiān)測(cè)終端，包括電氣量采集裝置、主控器、通信單元、以及若干個(gè)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(guò)通信單元連接至移動(dòng)智能終端；所述繼電器連接用電設(shè)備。

本實(shí)施例中所述電氣量采集裝置對(duì)電力線路的電氣量數(shù)據(jù)進(jìn)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(jiǎn)單程序可以對(duì)所述電氣量數(shù)據(jù)是否超出預(yù)設(shè)值進(jìn)行判斷，當(dāng)所述主控器判定所述電氣量數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)值時(shí)，意味著存在用電超標(biāo)或相關(guān)電氣量數(shù)據(jù)不正常的情況，此時(shí)所述主控器可以發(fā)出報(bào)警信息，并通過(guò)所述通信單元將報(bào)警信息發(fā)送至所述移動(dòng)智能終端，而用戶通過(guò)所述移動(dòng)智能終端接收所述報(bào)警信息后可以進(jìn)行處理，示例性的，用戶可以在收到所述報(bào)警信息后關(guān)斷電源，從而關(guān)閉用電設(shè)備。當(dāng)然，所述主控器還可以在電氣量數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)值后自動(dòng)斷開(kāi)電源，并發(fā)送報(bào)警信息和斷開(kāi)信息至所述移動(dòng)智能終端，此過(guò)程可由用戶自主設(shè)定。此外，為了了解用戶用電情況，用戶可以隨時(shí)隨地通過(guò)所述移動(dòng)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(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送至所述移動(dòng)智能終端以供用戶觀察。而該過(guò)程中，所述主控器也是采用簡(jiǎn)單程序來(lái)完成上述操作的。如此，通過(guò)所述電力能效監(jiān)測(cè)終端既可以方便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，又可以在用電超標(biāo)或電氣量數(shù)據(jù)不正常的情況下及時(shí)關(guān)斷用電設(shè)備。

本實(shí)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(yù)設(shè)值可以由用戶根據(jù)自身的需求進(jìn)行設(shè)置，以滿足不同的用電需求；而所述移動(dòng)智能終端可以是手機(jī)、平板電腦等；此外，所述主控器通過(guò)所述通信單元與所述移動(dòng)智能終端之間的連接方式可以是有線連接，也可以是無(wú)線連接方式。

為了對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，在一個(gè)實(shí)施例中，還可以增設(shè)存儲(chǔ)器，并使所述存儲(chǔ)器與所述主控器連接。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，還可以增設(shè)顯示器，并使所述顯示器與所述主控器連接，以便于將實(shí)時(shí)電氣量數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，供用戶觀察。

為了使所述電力能效監(jiān)測(cè)終端可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，在一個(gè)實(shí)施例中，還可以增設(shè)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(gè)繼電器連接，以對(duì)其供電。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述通信單元中可以通過(guò)增設(shè)wifi電路或者紅外通信電路，以實(shí)現(xiàn)所述通信單元與所述移動(dòng)智能終端的無(wú)線通信。當(dāng)然也可以采用藍(lán)牙等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述主控器還可以通過(guò)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(guò)485總線或者電力線實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步的，在一個(gè)實(shí)施例中，所述通信單元中還可以增設(shè)相應(yīng)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(cè)終端與所述集中器的距離來(lái)決定。

為了對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行采集，并將所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至所述控制器，在一個(gè)實(shí)施例中，還可以在所述采集裝置中增設(shè)電流采集電路和接口電路，并使所述電流采集電路通過(guò)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(duì)電力線路的電流信號(hào)進(jìn)行采集。進(jìn)一步的，在一個(gè)實(shí)施例中，在所述采集裝置中還可以增設(shè)電壓采集電路，并使所述電壓采集電路通過(guò)所述接口電路與所述主控器連接，以便于將電壓信號(hào)進(jìn)行采集并轉(zhuǎn)發(fā)至所述主控器。示例性的，所述電壓采集電路可以對(duì)電力線路的電壓信號(hào)進(jìn)行采集。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說(shuō)明書(shū)記載的范圍。

本實(shí)用新型提供的電力能效監(jiān)測(cè)終端，可以進(jìn)行如下應(yīng)用：

圖2所示為電力能效監(jiān)測(cè)終端的應(yīng)用圖，圖中顯示電力能效監(jiān)測(cè)終端分別與電視機(jī)、電磁爐、熱水器、冰箱、空調(diào)、以及其他電器設(shè)備連接，此外，電力能效監(jiān)測(cè)終端還與集中器有線連接，與移動(dòng)智能終端無(wú)線連接，即手機(jī)連接。圖3為所述電力能效監(jiān)測(cè)終端的硬件結(jié)構(gòu)示意圖，所述電力能效監(jiān)測(cè)終端包括電氣量采集裝置、主控器、電源模塊、通信單元、存儲(chǔ)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(guò)通信單元分別與移動(dòng)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(guò)繼電器與用電設(shè)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(chǔ)器、高達(dá)64K字節(jié)的SRAM、帶校準(zhǔn)功能的32kHz RTC振蕩器、112個(gè)快速I/O端口且所有I/O口可以映像到16個(gè)外部中斷、2個(gè)I²C接口、 5個(gè)USART接口以及3個(gè)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(shí)由于芯片自帶32kHz RTC振蕩器，因此在硬件設(shè)計(jì)中無(wú)需增加時(shí)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(hào)，此兩個(gè)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(jié)構(gòu)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(duì)輸入的電流信號(hào)進(jìn)行濾波，R₅為采集電阻，RN8207C芯片通過(guò)采集R₅兩端的電壓信號(hào)來(lái)測(cè)定電力線路的電流信號(hào)。若設(shè)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(jié)構(gòu)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(guò)采集R₇兩端的電壓信號(hào)來(lái)測(cè)定電力線路的電壓信號(hào)。若設(shè)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(jié)構(gòu)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(wú)需考慮接口電路電平匹配問(wèn)題。

考慮電力能效監(jiān)測(cè)終端與集中器、移動(dòng)智能終端及其他智能設(shè)備相互通信的需求，所述通信單元中增設(shè)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(cè)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(yuǎn)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(cè)終端與集中器的通信距離來(lái)決定。而電力能效監(jiān)測(cè)終端可以通過(guò)wifi與移動(dòng)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(gè)USART及 2個(gè)SPI端口，因此在應(yīng)用時(shí)，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(duì)各通信電路進(jìn)行介紹。

圖7為紅外通信電路的結(jié)構(gòu)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(hào)后將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后再進(jìn)行解調(diào)還原成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，信號(hào)經(jīng)RXD1觸發(fā)主控器芯片串口1中斷。應(yīng)答信號(hào)由RXD1口發(fā)送，同時(shí)主控器芯片另一端口產(chǎn)生頻率為38KHz的PWM 載波信號(hào)，兩個(gè)信號(hào)用脈沖調(diào)制的方式調(diào)制成38kHz的脈沖序列，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管D1進(jìn)行發(fā)送。

圖8為RS485通信電路的結(jié)構(gòu)示意圖，在該電路中選用MAX485芯片進(jìn)行串口通信與RS485通信的信號(hào)轉(zhuǎn)換，并采用光耦進(jìn)行信號(hào)隔離，防止外部線路可能產(chǎn)生的高頻信號(hào)對(duì)內(nèi)部電路運(yùn)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(biāo)號(hào)，后圖類似。

圖9為wifi通信電路的結(jié)構(gòu)示意圖，在該電路中采用ESP8266EX芯片作為通信信號(hào)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(biāo)號(hào)。

圖10為電力載波通信電路的結(jié)構(gòu)示意圖，該電路采用MI200E通信芯片。 MI200E芯片是一款專門(mén)針對(duì)低壓電力線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的高集成度、高性能的窄帶電力線載波通訊芯片，低功耗設(shè)計(jì)，最大發(fā)射功耗僅為0.4W，符合歐洲電氣標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)EN50065-1以及IEC61000-3-8標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的低壓電力線載波通信信號(hào)頻段以及EMI的要求。

圖11為存儲(chǔ)器的電路結(jié)構(gòu)示意圖，為了滿足國(guó)標(biāo)對(duì)電力能效監(jiān)測(cè)終端的存儲(chǔ)要求，該存儲(chǔ)器采用了AT24C1024芯片。此芯片具有1024K位的存儲(chǔ)容量，采用低功耗設(shè)計(jì)，支持掉電數(shù)據(jù)保護(hù)，硬件寫(xiě)保護(hù)，具有高可靠性，讀寫(xiě)次數(shù)可達(dá)1000000次，數(shù)據(jù)保存可達(dá)100年。AT24C1024芯片采用I²C二線串行接口，因此存儲(chǔ)電路相連于主控器芯片的I²C1端口。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說(shuō)明書(shū)記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。