集总型智能家居用电细节管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种集总型智能家居用电细节管理系统，包括信号采集模块、信号处理及控制模块、电源模块、通信与智能控制模块、供电控制模块和家居用电电路；信号采集模块包括火线电流采样电路、零线电流采样电路和电压采样电路；信号处理及控制模块包括单相计量芯片、信号调理电路、模数转换器和微处理器；通信与智能终端模块包括WiFi模块、WiFi路由器、云端服务器和智能终端；供电控制模块包括漏电保护断路器、可控开关组和开关驱动电路；家居用电电路包括M个单相家电负载；本发明专利技术还提出了一种智能家居用电细节的计算流程，能在实现家居用电智能控制的同时，实现用电精细化计量和管理，同时还能实现智能家居用电电能质量的监测和管理。

【技术实现步骤摘要】
集总型智能家居用电细节管理系统
本专利技术属于用电管理
，尤其涉及一种智能家居用电细节管理系统，具体地说是一种集总型智能家居用电细节管理系统。
技术介绍
智能家居能经济合理地提供舒适的居住环境，由于人们对生活质量要求的不断提高，智能家居越来越受到关注，智能家居作为一种新型用电系统其用电总量将逐年增加，今后将成为电力系统重要的用电对象。智能家居的一个用电特点是可以控制到每个家居用电负载，这就为智能家居用电细节管理提供了可能性，而对智能家居用电细节的管理有助于对该新型用电系统用电量的精细化电能计量，这可以帮助人们建立居住环境舒适度和家居用电细节之间的关系，从而可以经济合理地选择和配置家居用电负载，达到节约设备和用电成本、优化能源使用的目的。此外，对于智能家居各个家居用电负载电能质量的监测，有利于管理的促进提高各类家居用电负载，即家用电器的电能质量，改善电力系统中居民用户的用电质量。现有的智能家居用电管理系统主要通过智能插座和控制终端等对插座供电负载的用电细节进行监测与控制，但需要在每个智能插座上安装电能计量电路、带WiFi模块的微处理系统及开关装置，每个智能插座都需要进行校准，因此带来了成本及工作量的问题。在智能插座上可以采用电能计量芯片来计量用电量，但有些电能计量芯片不具有电能质量检测功能。每个智能插座都要与控制终端进行通讯，这就增加了系统通讯的复杂性和可靠性问题。因此这里提出一种集总型智能家居用电细节管理系统，它主要由信号采集模块、信号处理及控制模块、电源模块、通信与智能控制模块和供电控制模块等组成，并采用了居用电控制策略、集总型用电细节分析、电能质量检测、互联网通信等技术，在进行家居用电智能控制的同时，实现包括电能质量数据在内的用电细节数据管理，该系统采用了集总型方案并设计了两个并行的电能计量系统，使得系统集成度高可靠性强，并且降低了硬件成本。目前这样的集总型智能家居用电细节管理系统未见有专利和文献报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：提出一种集总型智能家居用电细节管理系统，该系统在实现家居用电智能控制的同时，能在仅测量入户火线电流的基础上分析计算得到智能家居用电细节并实现用电细节的数据管理，智能家居用电细节包括每个家居负载的用电量及电能质量数据，该系统有助于智能家居用电精细化计量和管理，同时有利于实现大规模智能家居用电电能质量的监测和管理。本专利技术的技术方案：一种集总型智能家居用电细节管理系统，它包括信号采集模块、信号处理及控制模块、电源模块、通信与智能控制模块、供电控制模块和家居用电电路；信号采集模块包括火线电流采样电路、零线电流采样电路和相电压采样电路，其中火线电流采样电路由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和第二电容组成，零线电流采样电路由电流互感器、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第三电容和第四电容组成，相电压采样电路由第七电阻、第八电阻和第五电容组成；信号处理及控制模块包括单相计量芯片、信号调理电路、模数转换器和微处理器；通信与智能终端模块包括WiFi模块、WiFi路由器、云端服务器和智能终端；供电控制模块包括漏电保护断路器、可控开关组和开关驱动电路，可控开关组含有M个开关，即第一开关、第二开关、第M开关等M个开关；家居用电电路包括M个单相家电负载，即第一负载、第二负载、第M负载等M个负载；第一电阻的一端分别与电源火线、第二电阻的一端和电位参考端相连，第一电阻的另一端分别与第三电阻的一端、电源模块火线输入端和漏电保护断路器火线输入端相连，第二电阻的另一端分别与第一电容的一端、单相计量芯片火线电流采样端口的一端和信号调理电路火线电流采样端口的一端相连，第三电阻的另一端分别与第二电容的一端、单相计量芯片火线电流采样端口的另一端和信号调理电路火线电流采样端口的另一端相连，第一电容的另一端分别与第二电容的另一端和电位参考端相连；电流互感器的一次同名端分别与电源零线和第七电阻的一端相连，电流互感器的一次非同名端分别与电源模块零线输入端和漏电保护断路器零线输入端相连，第四电阻的一端分别与电流互感器的二次同名端和第五电阻的一端相连，第四电阻的另一端分别与电流互感器的二次非同名端和第六电阻的一端相连，第五电阻的另一端分别与第三电容的一端和单相计量芯片零线电流采样端口的一端相连，第六电阻的另一端分别与第四电容的一端和单相计量芯片零线电流采样端口的另一端相连，第三电容的另一端分别与第四电容的另一端和电位参考端相连；第七电阻的另一端分别与第八电阻的一端、第五电容的一端、单相计量芯片相电压采样端口的一端和信号调理电路相电压采样端口的一端相连，第八电阻的另一端、第五电容的另一端、单相计量芯片相电压采样端口的另一端和信号调理电路相电压采样端口的另一端分别与电位参考端相连；第二电阻、第三电阻、第一电容与第二电容构成了第一个抗混叠滤波电路，第一个抗混叠滤波电路差分输出火线电流流过第一电阻时产生的电压信号；电流互感器将零线电流按比例转换为零线二次测量电流，第五电阻、第六电阻、第三电容与第四电容构成了第二个抗混叠滤波电路，第二个抗混叠滤波电路差分输出零线二次测量电流流过第四电阻时产生的电压信号；第一个抗混叠滤波电路和第二个抗混叠滤波电路输出的两路电压信号同时输入单相计量芯片，可以使单相计量芯片实现防窃电功能；火线电流采样电路和相电压采样电路的电压输出信号分别经信号调理电路调理后由模数转换器转换成相应的数字采样信号，微处理器接收单相计量芯片输出的电能和频率等数字信号，微处理器同时接收模数转换器输出的相电压和火线电流采样信号，然后微处理器根据频率、相电压和火线电流的采样信号计算火线基波电流、火线谐波电流、相电压、有功功率、无功功率和电能；电源模块分别给信号处理及控制模块的单相计量芯片、信号调理电路、模数转换器、微处理器以及供电控制模块的可控开关组和开关驱动电路提供工作电源；第一开关、第二开关、第M开关等M个开关分别一一对应地控制第一负载、第二负载、第M负载等M个家电负载的通断，M个家电负载由漏电保护断路器的火线输出端和零线输出端构成的单相电源端口供电，M个开关分别安装在漏电保护断路器火线输出端与M个家电负载的火线输入端之间，漏电保护断路器的零线输出端与M个家电负载的零线输入端相连，M个家电负载都配置了地线接线端子，开关驱动电路执行来自微处理器的开关控制命令分别控制第一开关、第二开关、第M开关等M个开关的通断；微处理器通过串口实现与WiFi模块之间的通讯，WiFi模块在微处理器的控制下实现与WiFi路由器的无线通讯，云端服务器通过互联网分别与WiFi路由器和智能终端交换和存储数据；智能终端可以输入和调整智能家居用电控制策略，智能家居用电控制策略存入云端服务器，云端服务器根据预先设置的智能家居用电控制策略以及家居用电细节等实际情况产生可控开关组各个开关的通断指令，通断指令每次更新时只改变一个开关的通断状态，微处理器根据各个开关的通断指令产生开关驱动电路的开关控制命令；单相计量芯片输出的电能和通过相电压和火线电流的采样信号计算得到的电能都代表着整户的用电量，这两个电能测量结果可以相互比较和验证；家居用电细节为每个单相家电负载的用电情况，家居用电细节信息是通过对入户相电压和火线电流的采样信号的分析以及对各单相家电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集总型智能家居用电细节管理系统，包括信号采集模块(1)、信号处理及控制模块(2)、电源模块(3)、通信与智能控制模块(4)、供电控制模块(5)和家居用电电路(6)；信号采集模块(1)包括火线电流采样电路(7)、零线电流采样电路(8)和相电压采样电路(9)，其中火线电流采样电路(7)由第一电阻(10)、第二电阻(11)、第三电阻(12)、第一电容(13)和第二电容(14)组成，零线电流采样电路(8)由电流互感器(15)、第四电阻(16)、第五电阻(17)、第六电阻(18)、第三电容(19)和第四电容(20)组成，相电压采样电路(9)由第七电阻(21)、第八电阻(22)和第五电容(23)组成；信号处理及控制模块(2)包括单相计量芯片(24)、信号调理电路(25)、模数转换器(26)和微处理器(27)；通信与智能终端模块(4)包括WiFi模块(28)、WiFi路由器(29)、云端服务器(30)和智能终端(31)；供电控制模块(5)包括漏电保护断路器(32)、可控开关组(33)和开关驱动电路(34)，可控开关组(33)含有M个开关，即第一开关(35)、第二开关(36)、第M开关(37)等M个开关；家居用电电路(6)包括M个单相家电负载，即第一负载(38)、第二负载(39)、第M负载(40)等M个负载；第一电阻(10)的一端分别与电源火线、第二电阻(11)的一端和电位参考端相连，第一电阻(10)的另一端分别与第三电阻(12)的一端、电源模块(3)火线输入端和漏电保护断路器(32)火线输入端相连，第二电阻(11)的另一端分别与第一电容(13)的一端、单相计量芯片(24)火线电流采样端口的一端和信号调理电路(25)火线电流采样端口的一端相连，第三电阻(12)的另一端分别与第二电容(14)的一端、单相计量芯片(24)火线电流采样端口的另一端和信号调理电路(25)火线电流采样端口的另一端相连，第一电容(13)的另一端分别与第二电容(14)的另一端和电位参考端相连；电流互感器(15)的一次同名端分别与电源零线和第七电阻(21)的一端相连，电流互感器(15)的一次非同名端分别与电源模块(3)零线输入端和漏电保护断路器(32)零线输入端相连，第四电阻(16)的一端分别与电流互感器(15)的二次同名端和第五电阻(17)的一端相连，第四电阻(16)的另一端分别与电流互感器(15)的二次非同名端和第六电阻(18)的一端相连，第五电阻(17)的另一端分别与第三电容(19)的一端和单相计量芯片(24)零线电流采样端口的一端相连，第六电阻(18)的另一端分别与第四电容(20)的一端和单相计量芯片(24)零线电流采样端口的另一端相连，第三电容(19)的另一端分别与第四电容(20)的另一端和电位参考端相连；第七电阻(21)的另一端分别与第八电阻(22)的一端、第五电容(23)的一端、单相计量芯片(24)相电压采样端口的一端和信号调理电路(25)相电压采样端口的一端相连，第八电阻(22)的另一端、第五电容(23)的另一端、单相计量芯片(24)相电压采样端口的另一端和信号调理电路(25)相电压采样端口的另一端分别与电位参考端相连；第二电阻(11)、第三电阻(12)、第一电容(13)与第二电容(14)构成了第一个抗混叠滤波电路，第一个抗混叠滤波电路差分输出火线电流流过第一电阻(10)时产生的电压信号；电流互感器(15)将零线电流按比例转换为零线二次测量电流，第五电阻(17)、第六电阻(18)、第三电容(19)与第四电容(20)构成了第二个抗混叠滤波电路，第二个抗混叠滤波电路差分输出零线二次测量电流流过第四电阻(16)时产生的电压信号；第一个抗混叠滤波电路和第二个抗混叠滤波电路输出的两路电压信号同时输入单相计量芯片(24)，可以实现单相计量芯片(24)的防窃电功能；火线电流采样电路(7)和相电压采样电路(9)的电压输出信号经信号调理电路(25)调理后由模数转换器(26)转换成相应的数字采样信号，微处理器(27)接收单相计量芯片(24)输出的电能和频率等数字信号，微处理器(27)同时接收模数转换器(26)输出的相电压和火线电流采样信号，然后微处理器(27)根据频率、相电压和火线电流的采样信号计算火线基波电流、火线谐波电流、相电压、有功功率、无功功率和电能；电源模块(3)分别给信号处理及控制模块(2)的单相计量芯片(24)、信号调理电路(25)、模数转换器(26)、微处理器(27)以及供电控制模块(5)的可控开关组(33)和开关驱动电路(34)提供工作电源；第一开关(35)、第二开关(36)、第M开关(37)等M个开关分别一一对应地控制第一负载(38)、第二负载(39)、第M负载(40)等M个家电负载的通断，M个家电负载由漏电保护断路器(32)的火线输出端和零线输出端构成的...

【技术特征摘要】
1.一种集总型智能家居用电细节管理系统，包括信号采集模块(1)、信号处理及控制模块(2)、电源模块(3)、通信与智能控制模块(4)、供电控制模块(5)和家居用电电路(6)；信号采集模块(1)包括火线电流采样电路(7)、零线电流采样电路(8)和相电压采样电路(9)，其中火线电流采样电路(7)由第一电阻(10)、第二电阻(11)、第三电阻(12)、第一电容(13)和第二电容(14)组成，零线电流采样电路(8)由电流互感器(15)、第四电阻(16)、第五电阻(17)、第六电阻(18)、第三电容(19)和第四电容(20)组成，相电压采样电路(9)由第七电阻(21)、第八电阻(22)和第五电容(23)组成；信号处理及控制模块(2)包括单相计量芯片(24)、信号调理电路(25)、模数转换器(26)和微处理器(27)；通信与智能终端模块(4)包括WiFi模块(28)、WiFi路由器(29)、云端服务器(30)和智能终端(31)；供电控制模块(5)包括漏电保护断路器(32)、可控开关组(33)和开关驱动电路(34)，可控开关组(33)含有M个开关，即第一开关(35)、第二开关(36)、第M开关(37)等M个开关；家居用电电路(6)包括M个单相家电负载，即第一负载(38)、第二负载(39)、第M负载(40)等M个负载；第一电阻(10)的一端分别与电源火线、第二电阻(11)的一端和电位参考端相连，第一电阻(10)的另一端分别与第三电阻(12)的一端、电源模块(3)火线输入端和漏电保护断路器(32)火线输入端相连，第二电阻(11)的另一端分别与第一电容(13)的一端、单相计量芯片(24)火线电流采样端口的一端和信号调理电路(25)火线电流采样端口的一端相连，第三电阻(12)的另一端分别与第二电容(14)的一端、单相计量芯片(24)火线电流采样端口的另一端和信号调理电路(25)火线电流采样端口的另一端相连，第一电容(13)的另一端分别与第二电容(14)的另一端和电位参考端相连；电流互感器(15)的一次同名端分别与电源零线和第七电阻(21)的一端相连，电流互感器(15)的一次非同名端分别与电源模块(3)零线输入端和漏电保护断路器(32)零线输入端相连，第四电阻(16)的一端分别与电流互感器(15)的二次同名端和第五电阻(17)的一端相连，第四电阻(16)的另一端分别与电流互感器(15)的二次非同名端和第六电阻(18)的一端相连，第五电阻(17)的另一端分别与第三电容(19)的一端和单相计量芯片(24)零线电流采样端口的一端相连，第六电阻(18)的另一端分别与第四电容(20)的一端和单相计量芯片(24)零线电流采样端口的另一端相连，第三电容(19)的另一端分别与第四电容(20)的另一端和电位参考端相连；第七电阻(21)的另一端分别与第八电阻(22)的一端、第五电容(23)的一端、单相计量芯片(24)相电压采样端口的一端和信号调理电路(25)相电压采样端口的一端相连，第八电阻(22)的另一端、第五电容(23)的另一端、单相计量芯片(24)相电压采样端口的另一端和信号调理电路(25)相电压采样端口的另一端分别与电位参考端相连；第二电阻(11)、第三电阻(12)、第一电容(13)与第二电容(14)构成了第一个抗混叠滤波电路，第一个抗混叠滤波电路差分输出火线电流流过第一电阻(10)时产生的电压信号；电流互感器(15)将零线电流按比例转换为零线二次测量电流，第五电阻(17)、第六电阻(18)、第三电容(19)与第四电容(20)构成了第二个抗混叠滤波电路，第二个抗混叠滤波电路差分输出零线二次测量电流流过第四电阻(16)时产生的电压信号；第一个抗混叠滤波电路和第二个抗混叠滤波电路输出的两路电压信号同时输入单相计量芯片(24)，可以实现单相计量芯片(24)的防窃电功能；火线电流采样电路(7)和相电压采样电路(9)的电压输出信号经信号调理电路(25)调理后由模数转换器(26)转换成相应的数字采样信号，微处理器(27)接收单相计量芯片(24)输出的电能和频率等数字信号，微...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢岳，董笑语，吴天海，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33