[发明专利]基于Zigbee技术的细粒度电量监控无线智能插座

说明书

技术领域

本发明涉及自动计量电量以及控制用电器交流回路开闭的装置，尤其涉及一种基于无线传感器网络的智能式电量监控设备，基于Zigbee技术的细粒度电量监控无线智能插座。

背景技术

目前，全球都处于能源紧缺的状态，节约能源对于中国的可持续发展具有非常重要的意义。要想节约能源，就必须合理地利用有限的能源。这就要求做到将无故的浪费减少到最小，需要对用电器进行用电量监测，但是现有的计量设备都是用来计量用户的总的用电量信息，对每一台电器详细的耗电情况无从获取。研究表明，实时细粒度电器耗能反馈将能改变用户行为，使用电量降低10％到20％。另外，除了测量也需要对电器进行控制，如电视关闭后，与之相连的机顶盒、音响等也要自动关闭以节能；电脑长时间不使用要关闭，并且关闭与之相连的打印机等附件。可见，为了有效节能，急需一种能提供家电详细耗电情况的统计和控制手段。也只有获知每一台电器的详细能耗才能够做到合理的节能，否则会给生活带来不便。

现有的发明“智能插座”[1]也可实现控制插在插座上用电器回路的通断，但它是通过定时器实现的，通断只由单纯的时间指标来决定。[2]具有与电量监测和无线传输功能，但不具备对用电器回路通断进行控制的功能。[3]具有通过表盘显示通过插座接入的用电器所用的电量，但不具备无线通信功能和通断控制功能。[4]利用单片机技术和无线通信技术来实现对用电器的工作情况进行监控。[5]通过控制用电设备电源的通断来达到节能，但其只能定时控制，没有达到程序控制或者是外部自定义事件控制。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种安全、准确、便捷的电量监控智能无线传感器，可以实现无线自动抄表、监测一个用电设备的电量、自动控制用电设备通断等应用。为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，一种基于Zigbee技术的细粒度电量监控无线智能插座，接在220伏供电系统中，由监测部分、无线微控制模块、电源模块以及继电器控制模块构成，监测部分由电流互感器、电压互感器、流/压变换电路、电子式电能表专用芯片组成；无线微控制模块由无线微控制器、RS232通信芯片组成；电源模块由电源转换芯片组成，而控制部分则是由电磁继电器实现；电压采样和电流采样结果通过流/压变换电路转换为电子式电能表专用芯片接受的信号并输入至电子式电能表专用芯片的模拟信号输入端，电子式电能表专用芯片据此由内部的电能计算函数计算出电能以及包括有功功率、无功功率、功率因数的各种电参数，并按类型存入相应寄存器中；无线微控制模块通过双向串行接口与电子式电能表专用芯片相连，读取测量的各种电参数数据，并通过内部的无线通信电路将计量结果向控制中心传输。

所述的电流互感器是交流电流采样器，采用特制隔离模块，将被测交流电流转换成同频同相的小交流电流信号，将220V的N线按照电流互感器产品标签上的输入信号方向穿过互感器，以保证输出信号与被测信号同相。

所述的电压互感器是交流电压采样器，采用特制隔离模块，将被测交流电压隔离转换成同频同相的小交流电流信号，将220V的N线与L线按照电压互感器产品标签上的标注分别与V+与V-连接，以保证输出信号与输入信号同相。

所述的流/压变换电路是将电流互感器、电压互感器所测得的电流、电压信号转换为电子式电能表芯片模拟输入端要求范围内的小电流、电压信号。

所述的电子式电能表专用芯片是一种可以监测电流、电压、功率、电量等电参数的专用芯片。

所述的无线微控制器是一种低功耗Zigbee无线通信微处理模块。实现Zigbee通信协议，可与其他Zigbee设备组网进行数据传输。

本发明与现有技术相比的有益效果在于，采用了高精度的电子式电能表专用芯片，配合低功耗无线微控制模块实施电能监测，既可以安装在用户电计量装置进户线的首端，监测用户所有用电设备总的用电量，克服了用电设备人工抄表的不方便，也可以连接单个用电设备，监测该设备的细粒度能耗，同时还可以动态控制用电器的通断。另外，由于此设备装有无线微控制器模块(Zigbee模块)，因此，可以用来和其它带有Zigbee模块的设备组成网络，从而使电量数据具有更广泛的应用。简单适用，结构简洁，低功耗，低成本。该设备可以用于住宅、大型商城、超市、楼宇以及工厂企业的用电耗能监控，还可以为未来实时电价提供辅助工具

附图说明

图1是本发明工作原理框图；

图2是本发明所用电压互感器电路连接图；

图3是本发明所用电流互感器电路连接图；

图4是电能表芯片CS5463与无线微控制模块JN5139模块的接口连接图；