專利名稱：基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置。
技術(shù)背景隨著電子和信息通信技術(shù)在住宅家居中的廣泛使用，提出了智能家居的概念。智能家居又稱智能住宅(Smart Home)，是以住宅為平臺，利用自動控制技術(shù)、信息通信技術(shù)、音視頻技術(shù)及安全防范技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家居日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，從而提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán) 境。智能家居是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)之一，而智能家居供電監(jiān)控裝置是智能家居設(shè)計的重要組成部分。未來智能家居的電源可以是電網(wǎng)，可以是光伏系統(tǒng)，也可以是電動汽車。三者作為智能家居的電源各有其特點，如電網(wǎng)供電電價是實時變化的；光伏系統(tǒng)是免費的，但是只能在白天發(fā)電并受天氣因素的制約；電動汽車能隨時充放電，但需考慮原本的駕駛功能。因此，智能家居電源的最優(yōu)選擇既是智能家居減少供電費用的重要方式，又是響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度、構(gòu)建智能電網(wǎng)的關(guān)鍵。目前，在智能家居中，已有學(xué)者針對智能家居通訊接口技術(shù)，雙向智能電表以及智能家居三表合一裝置進(jìn)行了研制。然而，缺乏基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置的研究。因此，一種基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置亟待研發(fā)
實用新型內(nèi)容
針對上述尚無基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置的現(xiàn)狀，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)沒有根據(jù)實時電價，光伏系統(tǒng)和電動汽車的電能特性，來選擇智能家居電源的缺點，提供一種智能家居供電監(jiān)控裝置。本裝置不僅可以實現(xiàn)智能家居自主地選擇電源，還可以計算智能家電預(yù)期電費以及電源預(yù)期收益。該裝置具有電路簡單，體積小巧，成本低廉等特點，可安裝在智能住宅中，具有廣闊的應(yīng)用前景。本實用新型解決上述問題采取的技術(shù)方案是—種基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置，包括數(shù)據(jù)采樣模塊、輸入模塊、通訊模塊、單片機(jī)、輔助電路模塊、顯示模塊和驅(qū)動模塊；其特征在于所述數(shù)據(jù)采樣模塊包括溫度傳感器、電壓傳感器和電流傳感器，通訊模塊包括CAN接口和RS-485接口。所述數(shù)據(jù)采樣模塊、輸入模塊、通訊模塊和輔助電路模塊接入單片機(jī)的輸入端；所述單片機(jī)的輸出端接入顯示模塊和驅(qū)動模塊。本實用新型根據(jù)實時電價，光伏系統(tǒng)和電動汽車的電能特性，實現(xiàn)智能家居電源的最優(yōu)選擇；此外，本實用新型還具有計算智能家電預(yù)期電費以及電源預(yù)期收益的功能。所述數(shù)據(jù)采樣模塊包括溫度傳感器、電壓傳感器和電流傳感器，溫度傳感器的型號是TP100、電壓傳感器的型號是ZV25-P、電流傳感器的型號是ZA25-NP。所述通訊模塊包括CAN接口和RS-485接口，其型號是M49003。所述輔助電路模塊包括電源電路和時鐘電路；電源電路為單片機(jī)提供可靠而穩(wěn)定的工作電壓，其型號是LM2575-5. O，時鐘電路為單片機(jī)提供穩(wěn)定的工作時鐘，其晶振12M，起振電容30pF。所述輸出模塊包括LED顯示屏。所述驅(qū)動模塊芯片的型號是ULN2003。所述單片機(jī)的型號是STC89S51。本實用新型所述的基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置的工作原理是選擇電源的原則在于充分利用光伏系統(tǒng)電能的前提下，基于實時電價選擇最合理的電源。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷處于高峰時段(7 00 - 11 00,19 00 - 23 :00)，實時電價處于高位時，盡可能使用光伏、電動汽車作為智能家居的電源，甚至將多余的電能反饋給電網(wǎng)；故單片機(jī)選擇光伏系統(tǒng)作為智能家居的一級電源，電動汽車作為二級備用電源，而電網(wǎng)作為三級備用電源。在一級電源完全滿足智能家居供電需求的情況下，電動汽車可以將多余的電能反饋給電網(wǎng)。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷處于平段(11 00 - 19 00)時，單片機(jī)選擇光伏系統(tǒng)作為智能家居的一級電源，電網(wǎng)作為二級備用電源，而電動汽車作為三級備用電源。在一級電源完全 滿足智能家居供電需求的情況下，電動汽車可以將多余的電能反饋給電網(wǎng)。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷處于低谷時段(23 00 - 7 :00)，實時電價處于低位時，智能家居需要盡可能使用電網(wǎng)提供的電能；考慮到這個時段光伏系統(tǒng)已經(jīng)不能發(fā)電，故單片機(jī)選擇電網(wǎng)作為智能家居的一級電源，并控制電動汽車充電。此外，單片機(jī)控制通訊模塊定時讀取當(dāng)天電網(wǎng)24小時的實時電價，并將其存儲。數(shù)據(jù)采樣模塊通過采樣得到智能熱水器、智能空調(diào)、電動汽車和光伏系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，其中智能熱水器和智能空調(diào)的當(dāng)前狀態(tài)是指當(dāng)前溫度，電動汽車和光伏系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)是指當(dāng)前SOC值。用戶可以通過輸入模塊設(shè)置智能熱水器和智能空調(diào)的溫度，也可以設(shè)置光伏系統(tǒng)和電動汽車放電允許的最低SOC值。單片機(jī)根據(jù)智能熱水器的工作功率、當(dāng)前狀態(tài)和設(shè)置狀態(tài)計算出工作時間，并在該時間段內(nèi)對每個時段的工作功率和實時電價的乘積進(jìn)行求和，從而計算出智能熱水器的預(yù)期成本。智能空調(diào)的預(yù)期成本和電動汽車的充電成本也可以通過上述方法計算。計算智能空調(diào)、智能熱水器和電動汽車的預(yù)期成本之和，得到預(yù)期總成本。同理，單片機(jī)根據(jù)光伏系統(tǒng)的工作功率、當(dāng)前狀態(tài)和設(shè)置狀態(tài)計算出放電時間，并在該時間段內(nèi)對工作功率和實時電價的乘積進(jìn)行求和，從而計算出光伏系統(tǒng)的預(yù)期收益。電動汽車放電的預(yù)期收益也可以通過上述方法計算。計算光伏系統(tǒng)和電動汽車的預(yù)期收益之和，得到預(yù)期總收益。所述裝置的具體步驟包括(I)數(shù)據(jù)采樣模塊中的溫度傳感器TP100采樣得到智能熱水器和智能空調(diào)的當(dāng)前溫度，電壓傳感器ZV25-P和電流傳感器ZA25-NP分別采集電動汽車和光伏系統(tǒng)的電流和電壓，計算得到電動汽車和光伏系統(tǒng)的工作功率和當(dāng)前SOC值。這些數(shù)據(jù)以可識別的數(shù)據(jù)格式送至單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲器中對應(yīng)的存儲單元。單片機(jī)輸出智能熱水器和智能空調(diào)的當(dāng)前溫度，電動汽車和光伏系統(tǒng)的工作功率和當(dāng)前SOC值。(2)單片機(jī)控制通訊模塊定時讀取當(dāng)天電網(wǎng)24小時的實時電價，并送至單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲器中對應(yīng)的存儲單元；同時，單片機(jī)輸出當(dāng)前時段的實時電價至顯示模塊顯示。(3)當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷處于高峰時段(7 00 - 11 00,19 00 — 23 00)時，單片機(jī)輸出控制信號給驅(qū)動模塊，通過驅(qū)動模塊來選擇光伏系統(tǒng)作為智能家居的一級電源，電動汽車作為二級備用電源，而電網(wǎng)作為三級備用電源。在一級電源完全滿足智能家居供電需求的情況下，單片機(jī)根據(jù)電動汽車當(dāng)前SOC值，控制電動汽車將多余的電能反饋給電網(wǎng)。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷處于平段(11 00 - 19 00)時，單片機(jī)輸出控制信號給驅(qū)動模塊，通過驅(qū)動模塊來選擇光伏系統(tǒng)作為智能家居的一級電源，電網(wǎng)作為二級備用電源，而電動汽車作為三級備用電源。在一級電源完全滿足智能家居供電需求的情況下，單片機(jī)根據(jù)電動汽車當(dāng)前SOC值，控制電動汽車將多余的電能反饋給電網(wǎng)。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷處于低谷時段(23 00 - 7 00)時，單片機(jī)輸出控制信號給驅(qū)動模塊，通過驅(qū)動模塊來選擇電網(wǎng)作為智能家居的一級電源，并控制電動汽車充電。(4)用戶通過輸入模塊設(shè)置智能熱水器的溫度。單片機(jī)根據(jù)智能熱水器的工作功率、當(dāng)前狀態(tài)和設(shè)置狀態(tài)計算出工作時間，并在該時間段內(nèi)對每個時段的工作功率和實時電價的乘積進(jìn)行求和，從而計算出智能熱水器的預(yù)期成本。(5)用戶通過輸入模塊設(shè)置智能空調(diào)的溫度。單片機(jī)根據(jù)智能空調(diào)的工作功率、當(dāng)前狀態(tài)和設(shè)置狀態(tài)計算出工作時間，并在該時間段內(nèi)對每個時段的工作功率和實時電價的乘積進(jìn)行求和，從而計算出智能空調(diào)的預(yù)期成本?！0020](6)用戶通過輸入模塊設(shè)置電動汽車的SOC值。單片機(jī)根據(jù)電動汽車的工作功率、當(dāng)前狀態(tài)和設(shè)置狀態(tài)計算出充電或者放電時間，并在該時間段內(nèi)對每個時段的工作功率和實時電價的乘積進(jìn)行求和，從而計算出電動汽車的預(yù)期成本或者預(yù)期收益。(7)用戶通過輸入模塊設(shè)置光伏系統(tǒng)的SOC值。單片機(jī)根據(jù)光伏系統(tǒng)的工作功率、當(dāng)前狀態(tài)和設(shè)置狀態(tài)計算出放電時間，并在該時間段內(nèi)對工作功率和實時電價的乘積進(jìn)行求和，從而計算出光伏系統(tǒng)的預(yù)期收益。(8)智能空調(diào)、智能熱水器和電動汽車的預(yù)期成本之和為預(yù)期總成本。光伏系統(tǒng)和電動汽車的預(yù)期收益之和為預(yù)期總收益。其中，電動汽車的預(yù)期收益包括電動汽車供電給智能熱水器和智能空調(diào)所獲得的收益以及電動汽車反饋電能給電網(wǎng)的收益。光伏系統(tǒng)的收益包括光伏系統(tǒng)供電給智能熱水器和智能空調(diào)所獲得的收益以及光伏系統(tǒng)反饋電能給電網(wǎng)的收益。綜上所述，基于上述結(jié)構(gòu)的智能家居供電監(jiān)控裝置根據(jù)電網(wǎng)實時電價，考慮光伏系統(tǒng)和電動汽車的電能特性來選擇智能家居的電源，實現(xiàn)了智能家居電源的自主選擇，達(dá)到了減少智能家居供電費用的目的。此外，本實用新型還具有計算智能家電預(yù)期電費以及預(yù)期收益的功能，同時還具有顯示和狀態(tài)提示功能。該裝置具有電路簡單，體積小巧，成本低廉等特點，具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖I是所述的基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是所述的基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置的面板示意圖。在圖2中I - LED顯示屏 2 -按鍵圖3為所述的基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置的驅(qū)動模塊的電路原理圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例，對基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置進(jìn)行詳細(xì)描述如圖I所示，基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置包括數(shù)據(jù)采樣模塊⑴、輸入模塊(2)、通訊模塊(3)、單片機(jī)(4)、輔助電路模塊(5)、顯示模塊(6)和驅(qū)動模塊(7);其中數(shù)據(jù)采樣模塊(I)包括溫度傳感器、電壓傳感器和電流傳感器，通訊模塊(3)包括CAN接口和RS-485接口。本實用新型根據(jù)實時電價，考慮光伏系統(tǒng)和電動汽車的電能特性來自主選擇智能家居的電源，實現(xiàn)了智能家居電源的最優(yōu)選擇，達(dá)到了減少智能家居供電費用的目的。此外，本實用新型還具有計算智能家電預(yù)期電費以及電源預(yù)期收益的功能。作為具體實施例，圖I所述裝置的數(shù) 據(jù)采樣模塊(I)、輸入模塊(2)、通訊模塊(3)和輔助電路模塊(5)接入單片機(jī)(4)的輸入端；所述單片機(jī)(4)的輸出端接入顯示模塊(6)和驅(qū)動模塊(7)。作為具體實施例，圖I所述裝置的所述數(shù)據(jù)采樣模塊包括溫度傳感器、電壓傳感器和電流傳感器，溫度傳感器的型號是TP100、電壓傳感器的型號是ZV25-P、電流傳感器的型號是ZA25-NP。所述通訊模塊包括CAN接口和RS-485接口，其型號是M49003。所述輔助電路模塊包括電源電路和時鐘電路；電源電路為單片機(jī)提供可靠而穩(wěn)定的工作電源，其型號是LM2575-5. O,時鐘電路為單片機(jī)提供穩(wěn)定的工作時鐘，其晶振12M，起振電容30pF。所述輸出模塊包括LED顯示屏。所述驅(qū)動模塊的型號是ULN2003。所述單片機(jī)的型號是STC89S51。本實施例所述的基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置的面板示意圖如圖2所示，所述面板示意圖包括LED顯示屏I和按鍵2，各部分主要功能包括LED顯示屏I實時顯示實時電價、當(dāng)前狀態(tài)、設(shè)置狀態(tài)，預(yù)期收益/成本和預(yù)期總收益/成本，其中智能空調(diào)和智能熱水器的當(dāng)前狀態(tài)和設(shè)置狀態(tài)是指溫度，單位是。C，電動汽車和光伏系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)和設(shè)置狀態(tài)是指電池SOC值，沒有單位。需要說明的是“上、下、左、右”鍵用于切換所需要設(shè)置的對象和移動光標(biāo)。這里的對象是指LED顯示屏中的電動汽車、光伏系統(tǒng)、智能空調(diào)和智能熱水器。光標(biāo)是指設(shè)置電動汽車、光伏系統(tǒng)、智能空調(diào)和智能熱水器的參數(shù)時閃爍的光標(biāo)。正在設(shè)置參數(shù)的對象其背景燈將會被點亮以區(qū)別其他對象?！肮δ堋卑粹o，用于切換到設(shè)置狀態(tài)，在此狀態(tài)下可以對電動汽車、光伏系統(tǒng)、智能空調(diào)和智能熱水器的狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。本實施例所述的基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置的驅(qū)動模塊的電路原理圖如圖3所示。所述驅(qū)動模塊的電路由電阻Rl、R2、R3、R4、R5，高耐壓、大電流復(fù)合晶體管 ULN2003, 二極管 Dl、D2、D3、D4、D5，繼電器 RL1、RL2、RL3、RL4、RL5 組成。ULN2003 輸入5VTTL電平，輸出可達(dá)500mA/50V ;二極管主要起保護(hù)作用。從單片機(jī)輸出的控制信號由電阻 Rl、R2、R3、R4、R5 經(jīng)過 ULN2003 直接驅(qū)動繼電器 RL1、RL2、RL3、RL4、RL5。從電阻 Rl 端輸入的控制信號用于控制電網(wǎng)回路的繼電器RLl ;從電阻R2端輸入的控制信號用于控制電動汽車回路的繼電器RL2 ;從電阻R3端輸入的控制信號用于控制光伏系統(tǒng)回路的繼電器RL3 ;從電阻R4端輸入的控制信號用于控制智能空調(diào)回路的繼電器RL4 ;從電阻R5端輸入的控制信號用于控制智能熱水器回路的繼電器RL5。
權(quán)利要求1.一種基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置，其特征在于包括數(shù)據(jù)采樣模塊(I)、輸入模塊(2)、通訊模塊(3)、單片機(jī)(4)、輔助電路模塊(5)、顯示模塊(6)和驅(qū)動模塊(7)；其特征在于所述數(shù)據(jù)采樣模塊(I)包括溫度傳感器、電壓傳感器和電流傳感器，通訊模塊(3)包括CAN接口和RS-485接口 ；所述數(shù)據(jù)采樣模塊(I)、輸入模塊(2)、通訊模塊(3)和輔助電路模塊(5)接入單片機(jī)(4)的輸入端；所述單片機(jī)(4)的輸出端接入顯示模塊(6)和驅(qū)動模塊(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)采樣模塊(I)包括溫度傳感器、電壓傳感器和電流傳感器，溫度傳感器的型號是TP100、電壓傳感器的型號是ZV25-P、電流傳感器的型號是ZA25-NP。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置，其特征在于所述通訊模塊(3)包括CAN接口和RS-485接口，其型號是M49003。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置，其特征在于所述單片機(jī)(4)的型號是STC89S51。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置，其特征在于所述輔助電路模塊(5)包括電源電路和時鐘電路；電源電路為單片機(jī)提供可靠而穩(wěn)定的工作電壓，其型號是LM2575-5. O，時鐘電路為單片機(jī)提供穩(wěn)定的工作時鐘，其晶振12M，起振電容30pFo
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置，其特征在于所述輸出模塊(6)包括LED顯示屏。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置，其特征在于所述驅(qū)動模塊(7)的型號是ULN2003。
專利摘要本實用新型公開了一種基于實時電價的智能家居供電監(jiān)控裝置，包括數(shù)據(jù)采樣模塊、輸入模塊、通訊模塊、單片機(jī)、輔助電路模塊、顯示模塊和驅(qū)動模塊；其中，數(shù)據(jù)采樣模塊包括溫度傳感器、電壓傳感器和電流傳感器，通訊模塊包括CAN接口和RS-485接口。所述數(shù)據(jù)采樣模塊、輸入模塊、通訊模塊和輔助電路模塊接入單片機(jī)的輸入端；所述單片機(jī)的輸出端接入顯示模塊和驅(qū)動模塊。本實用新型根據(jù)實時電價，考慮光伏系統(tǒng)和電動汽車的特性，合理選擇智能家居的電源，達(dá)到減少智能家居供電費用的目的。本實用新型還具有計算智能家電預(yù)期電費以及電源預(yù)期收益的功能。
文檔編號G05B19/042GK202771201SQ20122032045
公開日2013年3月6日 申請日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月4日
發(fā)明者楊洪明, 熊腡成, 劉保平, 周雄, 李安均 申請人:長沙理工大學(xué)