本實用新型涉及家用電器控制技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種家庭智能用電系統(tǒng)智能控制器。

背景技術(shù)：

用電是電力系統(tǒng)能量消耗的必要環(huán)節(jié)，與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)更多依托于高速、實時、雙向的通信網(wǎng)絡(luò)和先進的信息技術(shù)，擁有更智能化的設(shè)備、檢測、控制和決策支持技術(shù)，具有更高的安全性能和更優(yōu)化的資源配置。未來社會發(fā)展需要清潔能源和低碳經(jīng)濟的支持，電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)不再只是保障供電安全、維持穩(wěn)定運行，還需向高效利用能源、遠(yuǎn)程多元化服務(wù)、可持續(xù)發(fā)展等方向轉(zhuǎn)變。這就要求用戶更多地參與電網(wǎng)運行，能及時反饋用電信息，響應(yīng)用電策略，主動調(diào)整用電行為。當(dāng)前用戶不能了解自身用電情況，與電網(wǎng)互動交流難以有效實現(xiàn)，歸根結(jié)底原因在于用電設(shè)備智能化程度太低，而且智能用電設(shè)備的普及并非一朝一夕的事。

因此，為克服上述技術(shù)的不足而設(shè)計出一款能實現(xiàn)家庭能效分析管理，指導(dǎo)用戶合理、經(jīng)濟用電，獲取詳細(xì)用電信息并對用電設(shè)備進行控制的一種家庭智能用電系統(tǒng)智能控制器，正是發(fā)明人所要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種家庭智能用電系統(tǒng)智能控制器，其結(jié)構(gòu)簡單，能實現(xiàn)家庭能效分析管理，指導(dǎo)用戶合理、經(jīng)濟用電，獲取詳細(xì)用電信息并對用電設(shè)備進行控制，建立家庭智能用電系統(tǒng)，使家用電器更好地參與需求響應(yīng)。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種家庭智能用電系統(tǒng)智能控制器，其包括信號采集電路、信號調(diào)理電路、電能計量電路、電源電路、FPGA芯片、無線通信模塊、繼電器控制電路，所述信號采集電路由電壓、電流互感器工作電路構(gòu)成，所述電能計量電路包括電能計量芯片，所述信號采集電路通過信號調(diào)理電路與電能計量電路連接，所述電能計量電路與電源電路連接，所述FPGA芯片分別與外部時鐘電路、復(fù)位電路、片外FLASH存儲器、繼電器控制電路、電源電路、電能計量電路連接，所述FPGA芯片通過UART接口與無線通信模塊連接，所述電源電路與無線通信模塊連接，所述無線通信模塊與移動終端、計算機連接，所述繼電器控制電路與家用電器連接；

所述FPGA芯片內(nèi)部設(shè)置有NIOS軟核處理器、PLL鎖相環(huán)電路、定時器電路、定時器中斷電路、頻率計、片內(nèi)存儲電路、片外FLASH讀寫電路、UART輸入輸出電路、繼電器控制電路，所述NIOS軟核處理器分別與PLL鎖相環(huán)電路、定時器電路、定時器中斷電路、頻率計、片內(nèi)存儲電路、片外FLASH讀寫電路、UART輸入輸出電路、繼電器控制電路連接，所述外部時鐘電路與PLL鎖相環(huán)電路連接，所述PLL鎖相環(huán)電流通過定時器電路與定時器中斷電路連接，所述定時器中斷電路通過計量脈沖輸出電路與頻率計連接。

進一步，所述無線通信模塊為WiFi通信或ZigBee通信。

本實用新型的有益效果是：

1、實用新型以FPGA技術(shù)為核心，將控制器連接在交流電源與家用電器之間，承擔(dān)家用電器與用戶以及電網(wǎng)之間信息交流的工作，且具有一定的控制用電器工作的能力。控制器功能較為全面，具有較為簡單的電路和小巧的外觀，且具有性能穩(wěn)定、保密性強、實時性好等優(yōu)點。利用控制器采集負(fù)荷用電信息并對用電設(shè)備進行控制，使家用電器更好地參與需求響應(yīng)，實現(xiàn)家庭能效分析管理，指導(dǎo)用戶合理、經(jīng)濟用電，獲取負(fù)荷的詳細(xì)用電信息，建立家庭智能用電系統(tǒng)。

附圖說明

圖1是本實用新型整體結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本實用新型FPGA芯片內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本實用新型，應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落在申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

參見圖1是本實用新型整體結(jié)構(gòu)框圖，該結(jié)構(gòu)一種家庭智能用電系統(tǒng)智能控制器，包括信號采集電路、信號調(diào)理電路、電能計量電路、電源電路、FPGA芯片、無線通信模塊、繼電器控制電路，信號采集電路由電壓、電流互感器工作電路構(gòu)成，電能計量電路包括電能計量芯片，信號采集電路通過信號調(diào)理電路與電能計量電路連接，電能計量電路與電源電路連接，F(xiàn)PGA芯片分別與外部時鐘電路、復(fù)位電路、片外存儲器、繼電器控制電路、電源電路、電能計量電路連接，F(xiàn)PGA芯片通過UART接口與無線通信模塊連接，電源電路與無線通信模塊連接。

參見圖2是本實用新型FPGA芯片內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)示意圖，F(xiàn)PGA芯片內(nèi)部設(shè)置有NIOS軟核處理器、PLL鎖相環(huán)電路、定時器電路、定時器中斷電路、頻率計、片內(nèi)存儲電路、片外FLASH讀寫電路、UART輸入輸出電路、繼電器控制電路，NIOS軟核處理器分別與PLL鎖相環(huán)電路、定時器電路、定時器中斷電路、頻率計、片內(nèi)存儲電路、片外FLASH讀寫電路、UART輸入輸出電路、繼電器控制電路連接，外部時鐘電路與PLL鎖相環(huán)電路連接，PLL鎖相環(huán)電流通過定時器電路與定時器中斷電路連接，定時器中斷電路通過計量脈沖輸出電路與頻率計連接。

本實用新型基于FPGA技術(shù)設(shè)計控制器核心模塊，利用現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA實現(xiàn)，主要針對利用單相電工作的家用電器。FPGA自身工作電路簡單，邏輯單元集成度高，支持自由定制可盡量精簡外圍電路，此外還有優(yōu)良的并行和可重構(gòu)運算能力，具有較好的開放性、保密性、穩(wěn)定性和實時性。除電源、互感、計量、通信和控制電路需要依托少數(shù)特定功能器件實現(xiàn)以外，控制器的運算模塊和眾多接口電路都集成在FPGA芯片中，家庭組網(wǎng)可通過WiFi直接與手機或PC機通信。

檢測模塊是整個控制器工作的基礎(chǔ)，能實時采集電器設(shè)備工作電壓、電流信息，將功率參數(shù)轉(zhuǎn)化為脈沖信號輸出，只要對該脈沖進行計數(shù)分析，就可以得到相應(yīng)電器用電信息，如瞬時功率、累計耗電量等。檢測電路主要由信號采集、調(diào)理及電能計量三部分電路組成。信號采集電路主要由電壓、電流互感器工作電路構(gòu)成，是測量模塊的前端電路，能將工頻單相交流電按固定變比轉(zhuǎn)換為低壓信號。最終將用電器功率信息轉(zhuǎn)換為脈沖輸出的是電能計量電路，其核心是電能計量芯片。計量芯片主要有電流和電壓兩路信號輸入，高低兩個不同頻率脈沖輸出，分別表征用電器瞬時功率和平均功率。

為了提高FPGA內(nèi)部運算速率，在片內(nèi)往往使用鎖相環(huán)電路，提高基準(zhǔn)頻率縮短指令執(zhí)行周期，同時使時鐘更穩(wěn)定精準(zhǔn)，有更強的抗干擾能力，保證系統(tǒng)有較好的同步性頻率計接收來自檢測電路的計量脈沖和定時器提供的基準(zhǔn)時間，計時滿則產(chǎn)生中斷信號，進入中斷服務(wù)程序計算功率及能耗等用電信息。這些信息，尤其是瞬時功率，將作為判斷用電設(shè)備是否正常工作的重要依據(jù)，以便在家用電器發(fā)生故障可能導(dǎo)致用電事故時及時切斷電源，如熱水器在大功率狀態(tài)下工作時間超過預(yù)期可能發(fā)生干燒，或某電器因為潮濕或其它原因出現(xiàn)短路過流等。

除頻率計數(shù)和功率計算，F(xiàn)PGA芯片還承擔(dān)了時間同步，定時設(shè)置、功率預(yù)設(shè)、數(shù)據(jù)分析和壓縮查詢等計算工作，需要大量的存儲器支撐，而片內(nèi)存儲斷電易失，只適合用做運算數(shù)據(jù)緩存，故而不可避免地還需要片外非易失FLASH存儲器支持。無線通信模塊主要有WiFi和ZigBee這2 種方式，可通過UART接口與FPGA芯片相連，也可視需求增加RS232、RS485等常用通信接口，均可利用FPGA芯片直接實現(xiàn)，并不會增加電路的復(fù)雜程度?？刂破魍ㄐ烹娐穼崿F(xiàn)了家用電器、智能終端、遠(yuǎn)程服務(wù)器三者的互聯(lián)，能完成定時發(fā)送電器用電信息、接收用戶指令等工作。

實用新型以FPGA技術(shù)為核心，將控制器連接在交流電源與家用電器之間，承擔(dān)家用電器與用戶以及電網(wǎng)之間信息交流的工作，且具有一定的控制用電器工作的能力?？刂破鞴δ茌^為全面，具有較為簡單的電路和小巧的外觀，且具有性能穩(wěn)定、保密性強、實時性好等優(yōu)點。利用控制器采集負(fù)荷用電信息并對用電設(shè)備進行控制，使家用電器更好地參與需求響應(yīng)，實現(xiàn)家庭能效分析管理，指導(dǎo)用戶合理、經(jīng)濟用電，獲取負(fù)荷的詳細(xì)用電信息，建立家庭智能用電系統(tǒng)。