[發(fā)明專利]基于快速交流開關(guān)的輸電控制一體化智慧系統(tǒng)

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• 申請日: 2016-02-16
• 公開（公告）號: CN105634134A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹登慶
• 申請（專利權(quán)）人: 尹登慶
• 主分類號: H02J13/00
• 分類號: H02J13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路、電路硬件設(shè)計和嵌入式軟件設(shè)計、PC軟件以及算法設(shè)計、通信與計算機集成領(lǐng)域，利用先進的通信與數(shù)字電源技術(shù)，將WiFi模組和精密電壓電流檢測模組、火線高速開關(guān)模組集成在控制面板(傳統(tǒng)的開關(guān)面板)上。將控制指令進行編碼，通過火線的高速開關(guān)將控制指令發(fā)送到用電設(shè)備上，從而控制用電設(shè)備的運行；同時，在控制面板上對設(shè)備的用電進行數(shù)據(jù)采集，借助先進的算法和高精度的數(shù)據(jù)采集模組，獲得每一個設(shè)備的用電數(shù)據(jù)，并且據(jù)此分析得到電力電纜火線和零線的漏電數(shù)據(jù)；如果漏電超過預(yù)設(shè)上限，則發(fā)出警報，同時啟動聯(lián)動反應(yīng)，如切斷火線等操作。根據(jù)不同的應(yīng)用需求，控制面板對用電設(shè)備的控制可以是單個尋址的，也可以是分組尋址的；受控的用電設(shè)備可以是小功率的，也可以是大功率的，可以是同一個類型的用電設(shè)備，也可以是多個不同類型的用電設(shè)備；控制可以在面板上觸摸完成，也可以通過手機APP完成。此系統(tǒng)可以直接替換現(xiàn)有的開關(guān)面板而無需更改布線，即可實現(xiàn)智慧家居、智慧建筑等場景對用電設(shè)備的控制。

技術(shù)背景

當前的智慧家居和智慧建筑的用電設(shè)備的控制，一般采用兩種方式：遙控開關(guān)控制；總線控制器或者無線控制器，從而實現(xiàn)對單個設(shè)備或者一組設(shè)備的控制。

無論哪種控制方式，都是基于對設(shè)備的傳統(tǒng)控制模式的改造，而且總線方式需要重新布線，而無線方式需要在每個用電設(shè)備中增加一個無線模組。ZigBee模組數(shù)據(jù)速率低，而WiFi模組受到無線接入點AP的數(shù)量的限制，用電設(shè)備很多的場景下無法正常工作。當前系統(tǒng)如圖1所示。

連接關(guān)系如下：220VAC接入通過電力電纜與用電設(shè)備和控制單元的AC-DC模組24VDC連接，控制單元通過MCU總線控制模組與用電設(shè)備以總線電纜連接，或者通過無線模組與用電設(shè)備以無線方式連接。

工作過程如下；用電設(shè)備在得到220VAC電力后，等待控制單元下發(fā)開關(guān)的指令；控制單元通過預(yù)設(shè)程序或者接受外部指令，以總線或者無線方式將指令下達到用電設(shè)備；用電設(shè)備根據(jù)指令，導(dǎo)通或者切斷220VAC的供電，從而控制用電設(shè)備的工作狀態(tài)：停機狀態(tài)或者工作狀態(tài)。

目前的控制系統(tǒng)是傳統(tǒng)控制方式的一種延伸，控制的仍然是開關(guān)狀態(tài)或者很少設(shè)備的內(nèi)部參數(shù)的控制，不滿足日益增加的應(yīng)用場景的新需求；沒有數(shù)據(jù)采集功能，對用電設(shè)備的狀態(tài)知之甚少；需要更改布線或者在用電設(shè)備中增加無線模組，施工不易，而且成本高。

當前系統(tǒng)的主要缺陷是：

控制方式和內(nèi)容單一。僅僅針對每個回路、每個設(shè)備進行開關(guān)操作，而不是面向用戶的應(yīng)用場景，對應(yīng)一個場景的不同類型的用電設(shè)備的不同的控制內(nèi)容的一鍵控制模式很難實現(xiàn)。

沒有數(shù)據(jù)采集功能。僅僅實現(xiàn)了開關(guān)控制，但是用電設(shè)備的狀態(tài)、設(shè)備運行性能、設(shè)備的用電數(shù)據(jù)等沒有數(shù)據(jù)采集；開關(guān)導(dǎo)通了，設(shè)備是否能夠運行不得而知。

控制方法的物理實現(xiàn)成本高，不適合于改造項目或者即插即用方式?？偩€控制方式需要在應(yīng)用場所增加總線線纜和進行施工；無線方式需要為每個用電設(shè)備增加一個無線模組。采用數(shù)據(jù)速率低的ZigBee無法進行快速復(fù)雜的控制，而WiFi由于接入點AP的接入數(shù)量限制無法大規(guī)模采用。

不同的用電設(shè)備需要不同的控制方式和控制參數(shù)，控制單元結(jié)構(gòu)復(fù)雜。用電設(shè)備類型不同，控制的內(nèi)容和參數(shù)不同。針對每一個用電設(shè)備的控制，需要單獨的控制模組。

安全性低。沒有實時數(shù)據(jù)采集和分析，對用電設(shè)備的運行參數(shù)和狀態(tài)、電力電纜的工作性能、用電時相關(guān)人員操作是否正常、工作場所電力環(huán)境是否滿足工作要求等，沒有任何的監(jiān)控措施，整個系統(tǒng)的運作安全性低。

本發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是通過如下方法實現(xiàn)的。

如圖2所示為基于快速交流開關(guān)的輸電控制一體化智慧系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)分為兩個部分：智慧面板和受控用電設(shè)備。

智慧面板連接關(guān)系為：220VAC接入端口經(jīng)過電流電壓互感器后，與高速開關(guān)1、高速開關(guān)2、高速開關(guān)3連接；電流電壓互感器與16～24bit、32KSMPS以上ADC模組連接后，接入ARM32MCU，ARM32MCU模組同時與WiFi模組、觸摸按鈕模組以及高速開關(guān)1、高速開關(guān)2、高速開關(guān)3連接。

受控用電設(shè)備以3個為例：LED彩色燈具、電動門窗、電動窗簾。

LED彩色燈具連接關(guān)系為：220VAC接入模組經(jīng)過電源模組與LED彩色燈具的光源組件連接，220VAC接入模組經(jīng)過信號變壓器與MCU連接，MCU連接控制模組，控制模組與LED彩色燈具連接。