本发明专利技术涉及一种智慧型电气设备控制系统，利用先进的通信与数字电源技术，将家用和商用控制面板进行模块化设计，利用现有的配电线缆，实现对各种电器设备的智能控制，如照明、电动门窗、电动窗帘。系统可以通过动态配置实现新增设备的控制，和控制点的组合控制，可以WiFi模式接入手机APP；新系统不改变原有的线路布局，借助智慧面板实现对设备的多种控制模式：(1)与本系统兼容的设备，可以实现时间、设备组合、单个设备、控制量等的精细控制；(2)与本系统不兼容的设备，可以按照原有的方式实现开关控制。本系统自带高于国家标准电表精度的电压电流检测，能够实现低至50uA的漏电检测，并且与相应控制关联。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成电路、电路硬件设计和嵌入式软件设计、PC软件以及算法设计、通信与计算机集成领域，利用先进的通信与数字电源技术，将WiFi模组和精密电压电流检测模组、火线高速开关模组集成在控制面板(传统的开关面板)上。将控制指令进行编码，通过火线的高速开关将控制指令发送到用电设备上，从而控制用电设备的运行；同时，在控制面板上对设备的用电进行数据采集，借助先进的算法和高精度的数据采集模组，获得每一个设备的用电数据，并且据此分析得到电力电缆火线和零线的漏电数据；如果漏电超过预设上限，则发出警报，同时启动联动反应，如切断火线等操作。根据不同的应用需求，控制面板对用电设备的控制可以是单个寻址的，也可以是分组寻址的；受控的用电设备可以是小功率的，也可以是大功率的，可以是同一个类型的用电设备，也可以是多个不同类型的用电设备；控制可以在面板上触摸完成，也可以通过手机APP完成。此系统可以直接替换现有的开关面板而无需更改布线，即可实现智慧家居、智慧建筑等场景对用电设备的控制。技术背景当前的智慧家居和智慧建筑的用电设备的控制，一般采用两种方式：遥控开关控制；总线控制器或者无线控制器，从而实现对单个设备或者一组设备的控制。无论哪种控制方式，都是基于对设备的传统控制模式的改造，而且总线方式需要重新布线，而无线方式需要在每个用电设备中增加一个无线模组。ZigBee模组数据速率低，而WiFi模组受到无线接入点AP的数量的限制，用电设备很多的场景下无法正常工作。当前系统如图1所示。连接关系如下：220VAC接入通过电力电缆与用电设备和控制单元的AC-DC模组24VDC连接，控制单元通过MCU总线控制模组与用电设备以总线电缆连接，或者通过无线模组与用电设备以无线方式连接。工作过程如下；用电设备在得到220VAC电力后，等待控制单元下发开关的指令；控制单元通过预设程序或者接受外部指令，以总线或者无线方式将指令下达到用电设备；用电设备根据指令，导通或者切断220VAC的供电，从而控制用电设备的工作状态：停机状态或者工作状态。目前的控制系统是传统控制方式的一种延伸，控制的仍然是开关状态或者很少设备的内部参数的控制，不满足日益增加的应用场景的新需求；没有数据采集功能，对用电设备的状态知之甚少；需要更改布线或者在用电设备中增加无线模组，施工不易，而且成本高。当前系统的主要缺陷是：控制方式和内容单一。仅仅针对每个回路、每个设备进行开关操作，而不是面向用户的应用场景，对应一个场景的不同类型的用电设备的不同的控制内容的一键控制模式很难实现。没有数据采集功能。仅仅实现了开关控制，但是用电设备的状态、设备运行性能、设备的用电数据等没有数据采集；开关导通了，设备是否能够运行不得而知。控制方法的物理实现成本高，不适合于改造项目或者即插即用方式。总线控制方式需要在应用场所增加总线线缆和进行施工；无线方式需要为每个用电设备增加一个无线模组。采用数据速率低的ZigBee无法进行快速复杂的控制，而WiFi由于接入点AP的接入数量限制无法大规模采用。不同的用电设备需要不同的控制方式和控制参数，控制单元结构复杂。用电设备类型不同，控制的内容和参数不同。针对每一个用电设备的控制，需要单独的控制模组。安全性低。没有实时数据采集和分析，对用电设备的运行参数和状态、电力电缆的工作性能、用电时相关人员操作是否正常、工作场所电力环境是否满足工作要求等，没有任何的监控措施，整个系统的运作安全性低。本
技术实现思路
本专利技术是通过如下方法实现的。如图2所示为基于快速交流开关的输电控制一体化智慧系统框图，系统分为两个部分：智慧面板和受控用电设备。智慧面板连接关系为：220VAC接入端口经过电流电压互感器后，与高速开关1、高速开关2、高速开关3连接；电流电压互感器与16～24bit、32KSMPS以上ADC模组连接后，接入ARM32MCU，ARM32MCU模组同时与WiFi模组、触摸按钮模组以及高速开关1、高速开关2、高速开关3连接。受控用电设备以3个为例：LED彩色灯具、电动门窗、电动窗帘。LED彩色灯具连接关系为：220VAC接入模组经过电源模组与LED彩色灯具的光源组件连接，220VAC接入模组经过信号变压器与MCU连接，MCU连接控制模组，控制模组与LED彩色灯具连接。电动门窗连接关系为：220VAC接入模组经过电源模组与电动门窗连接，220VAC接入模组经过信号变压器与MCU连接，MCU连接控制模组，控制模组与电动门窗连接。电动窗帘连接关系为：220VAC接入模组经过电源模组与电动窗帘连接，220VAC接入模组经过信号变压器与MCU连接，MCU连接控制模组，控制模组与电动窗帘连接。智慧面板的高速开关1模组与LED彩色灯具的220VAC接入模组和信号变压器模组以电力电缆方式连接；智慧面板的高速开关2模组与电动窗帘的220VAC接入模组和信号变压器模组以电力电缆方式连接；智慧面板的高速开关3模组与电动门窗的220VAC接入模组和信号变压器模组以电力电缆方式连接。工作原理为：智慧面板通过WiFi或者触摸按钮，获得对设备的控制指令；ARM32MCU模组将控制指令转换为N进制的PWM波形，通过高速开关直接控制220VAC电力电缆的通断，将控制指令传输到相应的用电设备；用电设备接通过电力电缆获得电能，同时通过信号变压器取出PWM波形，MCU模组将取出的波形进行解码，获得用电设备的控制指令；MCU输出控制指令到相应的控制模组，从而控制用电设备的运行。智慧面板通过电流电压互感器获得220VAC的火线L与零线N的数据，同时，根据ARM32MCU对不同的高速开关以及每个高速开关上的每一个用电设备的不同时间的开关操作，获得每一个回路以及回路上每一个用电设备的用电数据，数据结果算法分析后，鉴别是否存在漏电超限、负载超限等问题，启动联动操作如切断相应火线连接，以及将数据通过WiFi传递到网络上的其他数据处理设备。每个用电设备具有多个ID：关于自己的唯一的EID，以及隶属于多个分组的不同的GID。相关用电设备的EID和GID，以及他们与高速开关的连接关系，存储在ARM32MCU的内存中。ARM32MCU根据此连接关系表，启动相应的高速开关模组，将控制指令下发。智慧面板采用增量(减量)模式，对每一个高速开关回路以及回路上的设备进行数据采集。导通高速开关1，关闭高速开关2和高速开关3，获得高速开关1回路的用电数据；导通高速开关1和高速开关2，关闭高速开关3，获得高速开关1回路与高速开关2回路的用电数据。将以上两者数据相减，则获得高速开关1回路、高速开关2回路分别的用电数据。在每一个高速开关回路上的多个用电设备，可以通过对该回路上每一个用电设备的单独寻址从而控制其工作状态，获得增量算法数据，进而获得每一个用电设备的用电数据。在实际的用电数据采集中，根据实际应用中不同的指令，可以获得相应的用电设备数据，不需要设计不属于实际应用范围的独立的数据采集模组。一旦某个用电设备的工作指令被下达，但是本文档来自技高网...
【技术保护点】
本专利技术涉及一种智慧型电器设备控制系统，利用先进的通信与数字电源技术，将家用和商用控制面板进行模块化设计，利用现有的配电线缆，实现对各种电器设备的智能控制，如照明、电动门窗、电动窗帘。系统可以通过动态配置实现新增设备的控制，和控制点的组合控制，可以WiFi模式接入手机APP；新系统不改变原有的线路布局，借助智慧面板实现对设备的多种控制模式：(1)与本系统兼容的设备，可以实现时间、设备组合、单个设备、控制量等的精细控制；(2)与本系统不兼容的设备，可以按照原有的方式实现开关控制。本系统自带高于国家标准电表精度的电压电流检测，能够实现低至50uA的漏电检测，并且与相应控制关联。系统包括2个部分：智慧控制面板、与系统兼容的负载。
【技术特征摘要】
1.本发明涉及一种智慧型电器设备控制系统，利用先进的通信与数字电源技术，将家
用和商用控制面板进行模块化设计，利用现有的配电线缆，实现对各种电器设备的智能控制，
如照明、电动门窗、电动窗帘。系统可以通过动态配置实现新增设备的控制，和控制点的组
合控制，可以WiFi模式接入手机APP；新系统不改变原有的线路布局，借助智慧面板实现
对设备的多种控制模式：(1)与本系统兼容的设备，可以实现时间、设备组合、单个设备、
控制量等的精细控制；(2)与本系统不兼容的设备，可以按照原有的方式实现开关控制。本
系统自带高于国家标准电表精度的电压电流检测，能够实现低至50uA的漏电检测，并且与
相应控制关联。系统包括2个部分：智慧控制面板、与系统兼容的负载。
2.根据权利要求书1所述的与系统兼容的负载，其特征为：包含两种负载，能够接收
系统控制指令进行操作的负载，以及传统的不能够接收系统指令的负载。能够接收系统控制
指令进行操作的负载，可以进行负载的开关、控制量、负载组合等等模式的控制，传统的不
能够接收系统指令的负载在系统上可以进行传统的开关操作。
3.根据权利要求书1所述构造的智慧控制面板，其特征为：控制面板根据负载的大小
有2种，小功率面板的输出使用半导体交流开关ACS作为控制单元，大功率面板的输出采
用半导体交流开关ACS与继电器的混合模式；大功率面板可以在应用中取代小功率面板，
反之则不能。在多个控制面板的应用环境中，只要有一个模板的一路输出已经与负载连接，
则该路负载在其他的面板上均可控制。
4.根据权利要求书1所述构造的漏电检测功能，其特征为：采用高精度的电压电流传
感器对火线L、零线N的电压电流进行24bit、48KSMPS采样；以每个面板有1～N路火线
输出和1路N线回路为参考，在16路火线输出应用中，每路火线负载50A计算，则系统识
别的电流检测精度为50uA；当火线L的电流与零线N的电流差别在50uA以及以上，系统
即可自动识别漏电现象，并且根据设定的漏电上限值，采取关断相应火线等联动操作；系统
对漏电检测的频度为每秒48K次以内，系统内嵌算法采用32bit精度的步进增量算法对漏电
进行检测，检测频度与检测精度可以互换，当检测频度为每秒3K时，检测精度最高可达
50uA/16＝3.2uA左右；根据负载的不同，系统在比较火线L和零线N的电流以确定漏电时，
考虑了以下因素：每条输出支路的负载大小和类型、实际工作支路和负载、电流的相位变化
等。
5.根据权利要求书1所述的线路布局，其特征为：线路是指在建筑内布设的电力电缆
以及相应的开关、插座等部件。本系统在布设时，不改变原有的电力电缆布设方式，不需要
重新布线，仅需要更换原先的开关面板；原先的开关面板仅对火线L进行开关操作，本系
统的面板除对火线L进行传统开关操作外，还对火线L和零线N的电...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹登庆，
申请(专利权)人：尹登庆，
类型：发明
国别省市：广东;44
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