[發明專利]集總型智能家居用電細節管理系統

在審

• 申請號: 201710863018.8
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107528388A
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 謝岳;董笑語;吳天海
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 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

1.一種集總型智能家居用電細節管理系統，包括信號采集模塊(1)、信號處理及控制模塊(2)、電源模塊(3)、通信與智能控制模塊(4)、供電控制模塊(5)和家居用電電路(6)；信號采集模塊(1)包括火線電流采樣電路(7)、零線電流采樣電路(8)和相電壓采樣電路(9)，其中火線電流采樣電路(7)由第一電阻(10)、第二電阻(11)、第三電阻(12)、第一電容(13)和第二電容(14)組成，零線電流采樣電路(8)由電流互感器(15)、第四電阻(16)、第五電阻(17)、第六電阻(18)、第三電容(19)和第四電容(20)組成，相電壓采樣電路(9)由第七電阻(21)、第八電阻(22)和第五電容(23)組成；信號處理及控制模塊(2)包括單相計量芯片(24)、信號調理電路(25)、模數轉換器(26)和微處理器(27)；通信與智能終端模塊(4)包括WiFi模塊(28)、WiFi路由器(29)、云端服務器(30)和智能終端(31)；供電控制模塊(5)包括漏電保護斷路器(32)、可控開關組(33)和開關驅動電路(34)，可控開關組(33)含有M個開關，即第一開關(35)、第二開關(36)、第M開關(37)等M個開關；家居用電電路(6)包括M個單相家電負載，即第一負載(38)、第二負載(39)、第M負載(40)等M個負載；第一電阻(10)的一端分別與電源火線、第二電阻(11)的一端和電位參考端相連，第一電阻(10)的另一端分別與第三電阻(12)的一端、電源模塊(3)火線輸入端和漏電保護斷路器(32)火線輸入端相連，第二電阻(11)的另一端分別與第一電容(13)的一端、單相計量芯片(24)火線電流采樣端口的一端和信號調理電路(25)火線電流采樣端口的一端相連，第三電阻(12)的另一端分別與第二電容(14)的一端、單相計量芯片(24)火線電流采樣端口的另一端和信號調理電路(25)火線電流采樣端口的另一端相連，第一電容(13)的另一端分別與第二電容(14)的另一端和電位參考端相連；電流互感器(15)的一次同名端分別與電源零線和第七電阻(21)的一端相連，電流互感器(15)的一次非同名端分別與電源模塊(3)零線輸入端和漏電保護斷路器(32)零線輸入端相連，第四電阻(16)的一端分別與電流互感器(15)的二次同名端和第五電阻(17)的一端相連，第四電阻(16)的另一端分別與電流互感器(15)的二次非同名端和第六電阻(18)的一端相連，第五電阻(17)的另一端分別與第三電容(19)的一端和單相計量芯片(24)零線電流采樣端口的一端相連，第六電阻(18)的另一端分別與第四電容(20)的一端和單相計量芯片(24)零線電流采樣端口的另一端相連，第三電容(19)的另一端分別與第四電容(20)的另一端和電位參考端相連；第七電阻(21)的另一端分別與第八電阻(22)的一端、第五電容(23)的一端、單相計量芯片(24)相電壓采樣端口的一端和信號調理電路(25)相電壓采樣端口的一端相連，第八電阻(22)的另一端、第五電容(23)的另一端、單相計量芯片(24)相電壓采樣端口的另一端和信號調理電路(25)相電壓采樣端口的另一端分別與電位參考端相連；第二電阻(11)、第三電阻(12)、第一電容(13)與第二電容(14)構成了第一個抗混疊濾波電路，第一個抗混疊濾波電路差分輸出火線電流流過第一電阻(10)時產生的電壓信號；電流互感器(15)將零線電流按比例轉換為零線二次測量電流，第五電阻(17)、第六電阻(18)、第三電容(19)與第四電容(20)構成了第二個抗混疊濾波電路，第二個抗混疊濾波電路差分輸出零線二次測量電流流過第四電阻(16)時產生的電壓信號；第一個抗混疊濾波電路和第二個抗混疊濾波電路輸出的兩路電壓信號同時輸入單相計量芯片(24)，可以實現單相計量芯片(24)的防竊電功能；火線電流采樣電路(7)和相電壓采樣電路(9)的電壓輸出信號經信號調理電路(25)調理后由模數轉換器(26)轉換成相應的數字采樣信號，微處理器(27)接收單相計量芯片(24)輸出的電能和頻率等數字信號，微處理器(27)同時接收模數轉換器(26)輸出的相電壓和火線電流采樣信號，然后微處理器(27)根據頻率、相電壓和火線電流的采樣信號計算火線基波電流、火線諧波電流、相電壓、有功功率、無功功率和電能；電源模塊(3)分別給信號處理及控制模塊(2)的單相計量芯片(24)、信號調理電路(25)、模數轉換器(26)、微處理器(27)以及供電控制模塊(5)的可控開關組(33)和開關驅動電路(34)提供工作電源；第一開關(35)、第二開關(36)、第M開關(37)等M個開關分別一一對應地控制第一負載(38)、第二負載(39)、第M負載(40)等M個家電負載的通斷，M個家電負載由漏電保護斷路器(32)的火線輸出端和零線輸出端構成的單相電源端口供電，M個開關分別安裝在漏電保護斷路器(32)火線輸出端與M個家電負載的火線輸入端之間，漏電保護斷路器(32)的零線輸出端與M個家電負載的零線輸入端相連，M個家電負載都配置了地線接線端子，開關驅動電路(34)執行來自微處理器(27)的控制命令分別控制第一開關(35)、第二開關(36)、第M開關(37)等M個開關的通斷；微處理器(27)通過串口實現與WiFi模塊(28)之間的通訊，WiFi模塊(28)在微處理器(27)的控制下實現與WiFi路由器(29)的無線通訊，云端服務器(30)通過互聯網分別與WiFi路由器(29)和智能終端(31)交換和存儲數據；智能終端(31)可以輸入和調整智能家居用電控制策略，智能家居用電控制策略存入云端服務器(30)，云端服務器(30)根據預先設置的智能家居用電控制策略以及家居用電細節等實際情況產生可控開關組(33)各個開關的通斷指令，通斷指令每次更新時只改變一個開關的通斷狀態，微處理器(27)根據各個開關的通斷指令產生開關驅動電路(34)的開關控制命令；單相計量芯片(24)輸出的電能和通過相電壓和火線電流的采樣信號計算得到的電能都代表著整戶用電量，因此這兩個電能測量結果可以相互比較和驗證；家居用電細節為每個單相家電負載的用電情況，集總型智能家居用電細節管理系統中的家居用電細節信息是通過對入戶相電壓和火線電流的采樣信號進行分析和各單相家電負載的用電分離計算得到的，家居用電細節信息存入云端服務器(30)，云端服務器(30)建立家居用電細節信息數據庫，智能終端(31)可調用家居用電細節信息數據庫數據進行顯示、計算及管理操作。