[发明专利]一种家庭能耗数据采集与实时显示系统及其使用方法

权利要求书

1.一种家庭能耗数据采集与实时显示系统，包括嵌入式一体化触摸屏、家庭能耗综合显示软件、基于电力线传输的载波电表和载波燃气表、电力线载波数据采集集中器、温湿度传感器模块模块、开关电源模块、仪器外壳，其特征在于：系统基于Microsoft WindowsCE.Net 5.0嵌入式操作平台；在用户家庭安装电力线载波电表和燃气表；电力线载波数据采集集中器跟家庭中的载波表通过电力线进行数据通讯，其中电力线载波数据采集集中器的输入部分与开关电源模块的输入部分相连，外接220V的交流电源；开关电源模块的输出部分为DC24V，通过导线与嵌入式一体化触摸屏和温湿度传感器模块的电源端口相连；电力线载波数据采集集中器的输出部分与温湿度传感器模块的输出部分相连，接至嵌入式一体化触摸屏上串口的7、8引脚；所述的仪器外壳将嵌入式一体化触摸屏、电力线载波数据采集集中器、温湿度传感器模块、电源模块有机整合在一起，整个装置仅引出一条220V的交流电源线插头。

2.根据权利要求1所述的一种家庭能耗数据采集与实时显示系统，其特征在于：所述的嵌入式一体化触摸屏供电电源为DC24V，采用低功耗的S3C2410ARM9处理器和7寸真彩色液晶触摸屏；所述的嵌入式一体化触摸屏与电力线载波数据采集集中器、以及温湿度传感器模块之间的数据传输基于RS485总线，遵守标准ModbusRTU通讯协议。

3.根据权利要求1所述的一种家庭能耗数据采集与实时显示系统，其特征在于：所述的基于电力线传输的载波电表的测量精度为0.01度；载波燃气表的测量精度为0.01方。

4.根据权利要求1所述的一种家庭能耗数据采集与实时显示系统，其特征在于：所述的温湿度传感器模块的测温范围至少为-20℃-85℃，在室温为25℃时的测量精度至少为±0.3℃；湿度测量范围为0-100％RH，测量精度小于等于±3％RH；所述的温湿度传感器模块的供电电压为DC24V。

5.根据权利要求1所述的一种家庭能耗数据采集与实时显示系统的用途，其特征在于：所述的家庭能耗综合显示软件基于MCGS嵌入版组态软件，采集和显示了家庭最小单位时间至少为15分钟的用电量和天然气消耗量；绘制了每天、每周、每月、每年的能耗曲线；估算了整个家庭的日常生活碳排放量和当前室内的人体舒适度；模拟了阶梯电价或峰谷电价的施行效果；系统通过手动更改能耗费率，计算并显示了当前的能耗金额；另外，系统针对各模块的通信和停电等故障进行了报警和记录；系统还保存了至少三年的能耗数据和故障记录等信息，系统将上述信息导出的文件可以用Excel应用软件打开；系统默认运行方式为屏保显示效果，不会妨碍用户的日常生活。

6.基于权利要求1所述家庭能耗数据采集与实时显示系统的使用方法，其特征在于，按照下述步骤：

步骤S101，上电开机，启动工作流程；

步骤S102，加载驱动，主要包括液晶触摸屏和串口驱动程序等；

步骤S103，启动操作系统，即Microsoft Windows CE.Net 5.0嵌入式操作系统；

步骤S104，自动运行主程序，即家庭能耗数据采集与实时显示系统软件；

步骤S1041，启动各循环子程序，主要包括每秒故障巡检子程序，30s循环子程序，15分钟循环子程序，24小时循环子程序，每月循环子程序，每年循环子程序等。通过不同的循环子程序，将对数据进行不同的处理；

步骤S1042，嵌入式处理器通过串口向各通信模块发送标准ModbusRTU读取指令，各设备的串口参数设置要保持一致，但不同的设备需要分配不同的通信地址，对于所述的基于电力线传输的载波电表和燃气表，通讯等待时间至少为300ms；

步骤S1043，检测通信故障与否；

步骤S1044，如果出现通信故障，则液晶触摸屏上显示相关故障信息，同时对该故障进行记录保存；

步骤S1045，是在无通信故障时，系统各模块，如载波电表、载波燃气表、温湿度传感器等模块将当前的数据通过串口发送给嵌入式处理器，但采到的数据还要进行一定的转换处理才能最终显示和保存；

步骤S1046，根据不同的循环子程序，将采集到的数据分别进行计算、显示或存储；

步骤S105，在系统启动时，设置标志位对启动时间进行标记和保存，从而得到系统运行时间信息等；

步骤S106，系统开机运行后首先加载封面窗口。程序中各个窗口本质上是不同的线程，系统运行的过程中始终保持打开一个窗口同时关闭其他窗口，这样有利于系统的稳定；

步骤S107，判断是否有屏幕触摸动作，进而根据不同的触摸位置，调用不同的动作相应函数；

步骤S108，当系统运行在封面窗口时，自动打开计时器，等待10秒；

步骤S109，当系统运行在封面窗口时，等待触摸动作，或是计时10秒结束后，自动关闭封面窗口，加载启动窗口，该窗口也是系统运行时的门户界面；用来显示当前用电量和用气量、碳排放量、温湿度、人体舒适度、时间等实时数据和曲线；

步骤S110，当系统运行在启动窗口时，同时等待触摸操作，并打开计时器，进行20分钟倒计时；

步骤S1101，是当系统运行在启动窗口时，根据触摸点击到的不同按键，加载其他的窗口，如自动查询窗口、每周能耗窗口、每月能耗窗口、年度能耗窗口、阶梯电价窗口、故障记录窗口；

步骤S1102，当系统关闭启动窗口，加载了其他窗口时，在个别窗口显示页面上设置了导出数据的选项，可根据需要将相关数据导出；

步骤S1103，根据步骤S1102中的选择，如果触摸了导出按键，这时系统会将相关数据导出到外接U盘的指定路径下，文件名根据导出数据以及时间信息等分别自动命名。文件格式为逗号分隔的.csv文件，该类文件可以用Office Excel软件打开；

步骤S1104，当系统关闭启动窗口，加载了其他窗口时，在这些窗口上设置了返回按键，可根据需要返回启动窗口，同时还将关闭已打开的其他窗口；

步骤S1105，当执行步骤S1101加载了其他窗口时，如果没有任何触摸动作，则计时器计时10分钟后，自动关闭本窗口，同时加载启动窗口；

步骤S111，当执行步骤S109，进入启动窗口后，计时器计时20分钟，期间如果没有任何触摸动作，则进入步骤S112；

步骤S112，加载屏保窗口，该窗口以较大字体凸出显示实时能耗信息，以及室内温湿度，从而对家庭用户形成潜在的节能提醒；

步骤S113，当系统在显示屏保窗口时，同时也处于等待触摸动作的状态，如果发生触摸动作，则关闭屏保窗口，加载启动窗口；

步骤S114，当系统在显示屏保窗口时，如果没有任何动作，则系统将始终保持屏保窗口的显示。