[發明專利]一種家庭能耗數據采集與實時顯示系統及其使用方法

無效

• 申請號: 201110054868.6
• 申請日: 2011-03-08
• 公開（公告）號: CN102184631A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 吳鍇;張競博;趙媛;龍虹毓;郭立
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G08C19/02
• 分類號: G08C19/02;H04B3/54
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域：

本發明涉及到一種嵌入式數據采集與顯示的系統，尤其是應用于家庭能耗數據采集與綜合顯示的系統。

背景技術：

據統計，中國居民生活能源消費占終端能源消費的比例僅次于工業部門。目前有關我國家庭能源消費的相關基礎數據十分匱乏，針對家庭能耗進行的研究主要還是采用問卷調查的方式，缺少直觀的數據支持。2010末年我國提出征求實施階梯電價的反饋意見，更加突出了電力需求側管理管理的現實意義。

國外的研究已經證明，家庭用戶的生活和行為方式對居民生活能耗有著顯著的影響，甚至大于建筑材料或者生活電器等對能耗的作用。通過入戶安裝實時能耗顯示裝置，從而形成對用戶的激勵，能夠在一定程度上改變用戶的耗能行為，并達到一定的節能效果。日本和加拿大最新的研究成果表明，實施該激勵后的平均節能效益為10％-15％。

智能電網的提出，勢必要求對以用電為代表的各種家庭能耗實施需量浮動費率，因此需要一種功能靈活多樣的智能計量和顯示裝置。當前國內的研究主要集中于遠程自動抄表系統的開發和研制，由于基于電力線載波通信的技術具有技術成熟，不用考慮布線等優點，因此被廣為采用。但是由于電力線上干擾較大，遠距離數據自動抄收效果并不理想，特別是短時間高頻度的數據采集有效率不高，很難滿足實際科研中樣本數據的提取。目前，針對我國單個家庭用戶的實時能耗計量顯示系統或裝置的研制較之國外尚屬欠缺。基于現狀，本發明人研制了一套適用于我國家庭用戶的能耗數據采集系統和實時顯示裝置。

發明內容：

本發明所要解決的技術問題是：提供一種能夠有效采集家庭能耗數據并進行綜合顯示的系統。適用于家庭能耗樣本數據的采集，以及居民行為節能方面的實驗研究。通過記錄和保存詳細的歷史數據，為家庭用戶提供隨時核對能耗消費情況的參考依據。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：

一種家庭能耗數據采集與實時顯示系統，包括嵌入式一體化觸摸屏、家庭能耗綜合顯示軟件、基于電力線傳輸的載波電表和載波燃氣表、電力線載波數據采集集中器、溫濕度傳感器模塊、開關電源模塊、儀器外殼。整個系統的數據處理和顯示基于嵌入式處理器和Microsoft?WindowsCE.Net?5.0操作平臺；所述的嵌入式一體化觸摸屏供電電源為DC24V，采用低功耗的S3C2410ARM9處理器和7寸真彩色液晶觸摸屏；在用戶家庭安裝電力線載波電表和燃氣表，其中電力線載波電表的測量精度為0.01度，載波燃氣表的測量精度為0.01方；電力線載波數據采集集中器和家庭中的載波表通過電力線進行數據通訊；嵌入式一體化觸摸屏與電力線載波數據采集集中器、以及溫濕度傳感器模塊之間的數據傳輸基于RS485總線，遵守標準ModbusRTU通訊協議。所述的溫濕度傳感器模塊的測溫范圍至少為-20℃-85℃，在室溫為25℃時的測量精度至少為±0.3℃；所述的濕度測量范圍為0-100％RH，測量精度小于等于±3％RH；所述的溫濕度傳感器模塊的供電電壓為DC24V。

所述的家庭能耗綜合顯示軟件基于MCGS嵌入版組態軟件，采集和顯示了家庭最小單位時間至少為15分鐘的用電量和天然氣消耗量；繪制了每天、每周、每月、每年的能耗曲線；估算了整個家庭的日常生活碳排放量和當前室內的人體舒適度；模擬了階梯電價或峰谷電價的施行效果；系統通過手動更改能耗費率，計算并顯示了當前的能耗金額；另外，系統針對各模塊的通信和停電等故障進行了報警和記錄；系統還保存了至少三年的能耗數據和故障記錄等信息，系統將上述信息導出的文件可以用Excel應用軟件打開；系統默認運行方式為屏保顯示效果，不會妨礙用戶的日常生活。

所述的家庭能耗數據采集與實時顯示裝置。包括嵌入式一體化觸摸屏、電力線載波數據采集集中器、溫濕度傳感器模塊、開關電源模塊、儀器外殼。其中電力線載波數據采集集中器的輸入部分與開關電源模塊的輸入部分相連，外接220V的交流電源；開關電源模塊的輸出部分為DC24V，通過導線與嵌入式一體化觸摸屏和溫濕度傳感器模塊的電源端口相連；電力線載波數據采集集中器的輸出部分與溫濕度傳感器模塊的輸出部分相連，接至嵌入式一體化觸摸屏上串口的7、8引腳；所述的儀器外殼將嵌入式一體化觸摸屏、電力線載波數據采集集中器、溫濕度傳感器模塊、電源模塊有機整合在一起，整個裝置僅引出一條220V的交流電源線插頭，設備密封良好，整體最大功耗不超過7W。