一种家庭智能用电系统智能控制器的制作方法

  本实用新型涉及家用电器控制技术领域，具体的说是一种家庭智能用电系统智能控制器。

  用电是电力系统能量消耗的必要环节，与传统电网相比，智能电网更多依托于高速、实时、双向的通信网络和先进的信息技术，拥有更智能化的设备、检测、控制和决策支持技术，具有更高的安全性能和更优化的资源配置。未来社会持续健康发展需要清洁能源和低碳经济的支持，电网的发展目标不再只是保障供电安全、维持稳定运行，还需向高效利用能源、远程多元化服务、可持续发展等方向转变。这就要求用户更多地参与电网运行，能及时反馈用电信息，响应用电策略，主动调整用电行为。当前用户不能了解自身用电情况，与电网互动交流难以有效实现，归根结底原因主要在于用电设备智能化程度太低，而且智能用电设备的普及并非一朝一夕的事。

  因此，为克服上述技术的不足而设计出一款能实现家庭能效分析管理，指导用户合理、经济用电，获取详细用电信息并对用电设备做控制的一种家庭智能用电系统智能控制器，正是发明人所要解决的问题。

  针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种家庭智能用电系统智能控制器，其结构简单，能实现家庭能效分析管理，指导用户合理、经济用电，获取详细用电信息并对用电设备来控制，建立家庭智能用电系统，使家用电器更好地参与需求响应。

  本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种家庭智能用电系统智能控制器，其包括信号采集电路、信号调理电路、电能计量电路、电源电路、FPGA芯片、无线通信模块、继电器控制电路，所述信号采集电路由电压、电流互感器工作电路构成，所述电能计量电路包括电能计量芯片，所述信号采集电路通过信号调理电路与电能计量电路连接，所述电能计量电路与电源电路连接，所述FPGA芯片分别与外部时钟电路、复位电路、片外FLASH存储器、继电器控制电路、电源电路、电能计量电路连接，所述FPGA芯片通过UART接口与无线通信模块连接，所述电源电路与无线通信模块连接，所述无线通信模块与移动终端、计算机连接，所述继电器控制电路与家用电器连接；

  所述FPGA芯片内部设置有NIOS软核处理器、PLL锁相环电路、定时器电路、定时器中断电路、频率计、片内存储电路、片外FLASH读写电路、UART输入输出电路、继电器控制电路，所述NIOS软核处理器分别与PLL锁相环电路、定时器电路、定时器中断电路、频率计、片内存储电路、片外FLASH读写电路、UART输入输出电路、继电器控制电路连接，所述外部时钟电路与PLL锁相环电路连接，所述PLL锁相环电流通过定时器电路与定时器中断电路连接，所述定时器中断电路通过计量脉冲输出电路与频率计连接。

  1、实用新型以FPGA技术为核心，将控制器连接在交流电源与家用电器之间，承担家用电器与用户以及电网之间信息交流的工作，且具有一定的控制用电器工作的能力。控制器功能较为全面，具有较为简单的电路和小巧的外观，且具有性能稳定、保密性强、实时性好等优点。利用控制器采集负荷用电信息并对用电设备做控制，使家用电器更好地参与需求响应，实现家庭能效分析管理，指导用户合理、经济用电，获取负荷的详细用电信息，建立家庭智能用电系统。

  下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型，应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。

  参见图1是本实用新型整体结构框图，该结构一种家庭智能用电系统智能控制器，包括信号采集电路、信号调理电路、电能计量电路、电源电路、FPGA芯片、无线通信模块、继电器控制电路，信号采集电路由电压、电流互感器工作电路构成，电能计量电路包括电能计量芯片，信号采集电路通过信号调理电路与电能计量电路连接，电能计量电路与电源电路连接，FPGA芯片分别与外部时钟电路、复位电路、片外存储器、继电器控制电路、电源电路、电能计量电路连接，FPGA芯片通过UART接口与无线通信模块连接，电源电路与无线通信模块连接。

  参见图2是本实用新型FPGA芯片内部硬件结构示意图，FPGA芯片内部设置有NIOS软核处理器、PLL锁相环电路、定时器电路、定时器中断电路、频率计、片内存储电路、片外FLASH读写电路、UART输入输出电路、继电器控制电路，NIOS软核处理器分别与PLL锁相环电路、定时器电路、定时器中断电路、频率计、片内存储电路、片外FLASH读写电路、UART输入输出电路、继电器控制电路连接，外部时钟电路与PLL锁相环电路连接，PLL锁相环电流通过定时器电路与定时器中断电路连接，定时器中断电路通过计量脉冲输出电路与频率计连接。

  本实用新型基于FPGA技术设计控制器核心模块，利用现场可编程逻辑器件FPGA实现，主要针对利用单相电工作的家用电器。FPGA自身工作电路简单，逻辑单元集成度高，支持自由定制可尽量精简外围电路，此外还有优良的并行和可重构运算能力，具有较好的开放性、保密性、稳定性和实时性。除电源、互感、计量、通信和控制电路需要依托少数特定功能器件实现以外，控制器的运算模块和众多接口电路都集成在FPGA芯片中，家庭组网可通过WiFi直接与手机或PC机通信。

  检测模块是整个控制器工作的基础，能实时采集电器设备工作电压、电流信息，将功率参数转化为脉冲信号输出，只要对该脉冲进行计数分析，就可以得到相应电器用电信息，如瞬时功率、累计耗电量等。检测电路主要由信号采集、调理及电能计量三部分电路组成。信号采集电路主要由电压、电流互感器工作电路构成，是测量模块的前端电路，能将工频单相交流电按固定变比转换为低压信号。最终将用电器功率信息转换为脉冲输出的是电能计量电路，其核心是电能计量芯片。计量芯片主要有电流和电压两路信号输入，高低两个不同频率脉冲输出，分别表征用电器瞬时功率和平均功率。

  为了提高FPGA内部运算速率，在片内往往使用锁相环电路，提高基准频率缩短指令执行周期，同时使时钟更稳定精准，有更强的抗干扰能力，保证系统有较好的同步性频率计接收来自检测电路的计量脉冲和定时器提供的基准时间，计时满则产生中断信号，进入中断服务程序计算功率及能耗等用电信息。这些信息，尤其是瞬时功率，将作为判断用电设备是否正常工作的重要依据，以便在家用电器发生故障可能导致用电事故时及时切断电源，如热水器在大功率状态下工作时间超过预期可能发生干烧，或某电器因为潮湿或其它原因出现短路过流等。

  除频率计数和功率计算，FPGA芯片还承担了时间同步，定时设置、功率预设、数据分析和压缩查询等计算工作，需要大量的存储器支撑，而片内存储断电易失，只适合用做运算数据缓存，故而不可避免地还需要片外非易失FLASH存储器支持。无线通信模块主要有WiFi和ZigBee这2 种方式，可通过UART接口与FPGA芯片相连，也可视需求增加RS232、RS485等常用通信接口，均可利用FPGA芯片直接实现，并不会增加电路的复杂程度。控制器通信电路实现了家用电器、智能终端、远程服务器三者的互联，能完成定时发送电器用电信息、接收用户指令等工作。

  实用新型以FPGA技术为核心，将控制器连接在交流电源与家用电器之间，承担家用电器与用户以及电网之间信息交流的工作，且具有一定的控制用电器工作的能力。控制器功能较为全面，具有较为简单的电路和小巧的外观，且具有性能稳定、保密性强、实时性好等优点。利用控制器采集负荷用电信息并对用电设备来控制，使家用电器更好地参与需求响应，实现家庭能效分析管理，指导用户合理、经济用电，获取负荷的详细用电信息，建立家庭智能用电系统。

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  1.振动信号时频分析理论与检测系统设计 2.汽车检测系统设计 3.汽车电子控制管理系统设计