[发明专利]集总型智能家居用电细节管理系统

摘要

本发明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。

主权项

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单相电源端口供电，M个开关分别安装在漏电保护断路器(32)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(32)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(34)执行来自微处理器(27)的控制命令分别控制第一开关(35)、第二开关(36)、第M开关(37)等M个开关的通断；微处理器(27)通过串口实现与WiFi模块(28)之间的通讯，WiFi模块(28)在微处理器(27)的控制下实现与WiFi路由器(29)的无线通讯，云端服务器(30)通过互联网分别与WiFi路由器(29)和智能终端(31)交换和存储数据；智能终端(31)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(30)，云端服务器(30)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(33)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(27)根据各个开关的通断指令产生开关驱动电路(34)的开关控制命令；单相计量芯片(24)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用电量，因此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，集总型智能家居用电细节管理系统中的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进行分析和各单相家电负载的用电分离计算得到的，家居用电细节信息存入云端服务器(30)，云端服务器(30)建立家居用电细节信息数据库，智能终端(31)可调用家居用电细节信息数据库数据进行显示、计算及管理操作。