專利名稱：照明燈具用電量采集及無線控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種智能用電技術，特別涉及一種照明燈具用電量采集及無線控制裝置。
背景技術：
近年來隨著智能用電技術的發(fā)展，家庭能源管理系統(tǒng)(HEMS :Home EnergyManagement System)得到廣泛的關注，HEMS能夠監(jiān)測家庭用電設備的能源使用情況,優(yōu)化家庭能源消耗結構，實現(xiàn)家庭節(jié)能。要實現(xiàn)HEMS的功能，必須采集家庭各負荷的用電信息，并且建立雙向互動平臺，互動平臺不僅可以獲得電力市場的實時電價并且可以根據(jù)相應的能效管理策略對家庭負荷進行開關操作等，因此用戶用電信息采集系統(tǒng)的建設和雙向互動平臺是構建HEMS系統(tǒng)不可缺少的兩個內(nèi)容。智能用電環(huán)節(jié)及家庭能效管理系統(tǒng)中強調(diào)用戶的參與，鼓勵電網(wǎng)和用戶之間的雙向互動。要構建雙向互動的需求響應，電力部門需要采集用戶側的電能消耗情況與各電器設備的詳細用電信息，根據(jù)這些用電信息進行負荷預測，制定電價以及用電策略并反饋給用戶。同時用戶可以看到電器的用電信息能夠?qū)ψ约弘娖鞯碾娔芟M情況有一個更加直觀、量化的了解，這就從側面激勵用戶去更加合理的使用電能。在用戶信息采集系統(tǒng)和雙向互動平臺中，用戶的各個用電器的電量采集和控制成為關鍵的問題，對于居民負荷，各類電器(除了已安裝的燈具)都是通過插頭插入到插座上的，他們的用電信息的采集和控制可以通過智能插座完成。但是家庭的燈具，其電線已經(jīng)植入到墻體內(nèi)，而且所有的走線都不可見，對于燈具的用電信息的采集和控制難度非常大?？紤]到安全，美觀等因素，將燈的走線從墻體內(nèi)挖出來接上采集控制裝置是不可行的，從燈的總控制板上安裝設備雖然可以實現(xiàn)，但用戶自己安裝是不安全的，只能找專業(yè)的電工技術人員才可以實現(xiàn)安裝，這會帶來不便和費用上的增加。因此照明燈具的采集控制裝置設計遇到了很大的障礙。要實現(xiàn)優(yōu)化家庭能源消耗結構和家庭節(jié)能，燈具的用電信息是必不可少的，因此燈具的用電信息采集控制裝置及控制系統(tǒng)是必不可少的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對照明燈具電量采集裝置安裝的不便及現(xiàn)有的采集裝置不具有控制燈具開關功能的問題，提出了一種照明燈具用電量采集及無線控制裝置，為一簡單、方便的接入系統(tǒng)，該裝置可以避免打開燈線控制面板帶來的不安全因素和撥開墻體安裝裝置帶來的美觀破壞影響?？梢詫y量的數(shù)據(jù)通過無線傳輸?shù)綗o線控制平臺，并且接受控制平臺的指令進行開關操作。不僅可以方便用戶，實現(xiàn)燈具的無線控制，對于家庭待裝修的用戶，還可以避免安裝開關而使用大量電線，經(jīng)濟節(jié)約，對于燈具的用電信息有直觀的認識；對于家庭已裝修的用戶本裝置可以使用戶方便的進行電燈的開關操作，無需到開關旁進行操作，方便，人性化。
本發(fā)明的技術方案為一種照明燈具用電量采集及無線控制裝置，置于電源與照明燈具之間，由電源模塊、實時時鐘電路、無線通訊模塊、電量測量模塊、微處理器模塊、燈具接頭、過載保護模塊、開關電路、調(diào)光電路和燈具接頭模塊組成，電源模塊與實時時鐘電路、無線通訊模塊、電量測量模塊、微處理器模塊連接，提供電能；微處理器模塊與通訊模塊、電量測量模塊、開關電路，調(diào)光電路連接，控制它們協(xié)調(diào)運行，燈具接頭一頭接市電，另一頭接過載保護模塊，過載保護模塊輸出端接電量測量模塊和開關電路，調(diào)光電路輸出通過燈具接頭模塊接燈具。所述無線通訊模塊采用ZigBee收發(fā)芯片CC2430，通過4線的SPI接口與微處理器模塊連接，以ZigBee無線通訊進行雙向通訊，上報燈具電量信息及接受控制指令，無線通訊方式除了采用zigbee通訊方式外還可以采用wifi無線通訊方式。所述電量測量模塊包括電壓和電流采集電路，電壓和電流采集電路采集的電壓和電流信號經(jīng)過A/D轉換成數(shù)字信號送入微處理器模塊。所述電量測量模塊可選用AD采樣電路或電能測量芯片。 所述微處理器模塊可采用DSP單片機、PIC單片機作為微處理器。所述過載保護電路可選保險管，當燈具發(fā)生短路或過載嚴重時可以快速斷電。所示開關電路與微處理器模塊的I/O 口連接，采用線圈側電壓為5V的繼電器進行通斷電控制，用三極管S8050驅(qū)動繼電器。所述調(diào)光電路與微處理器模塊的I/O 口連接，微處理器模塊根據(jù)通過無線通訊模塊接收來自交互終端傳輸過來的指令調(diào)節(jié)流過燈具電流的大小。所述燈具接頭模塊為根據(jù)所接通用燈具設計出的安全接入端子。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明照明燈具用電量采集及無線控制裝置，外觀小巧，安裝簡單方便，可以無線傳輸數(shù)據(jù)和進行無線控制，與互動終端進行雙向通訊，對于還沒有裝修的用戶可以省去開關布線所需的大量開關電線。靈巧的解決了燈具測量裝置接入困難的問題。且開關操作更方便靈活。


圖I為本發(fā)明照明燈具用電量采集及無線控制裝置結構示意 圖2為傳統(tǒng)照明燈具的接線方式 圖3為本發(fā)明照明燈具用電量采集及無線控制裝置接入方式示意 圖4為本發(fā)明照明燈具用電量采集及無線控制裝置使用方式圖。
具體實施例方式如I所示照明燈具用電量采集及無線控制裝置結構示意圖，智能控制器的內(nèi)部結構由電源模塊I、實時時鐘電路2、無線通訊模塊3、電量測量模塊4、微處理器模塊5、燈具接頭6、過載保護模塊7、開關電路8、調(diào)光電路9和燈具接頭模塊10組成。電源模塊I與實時時鐘電路2、無線通訊模塊3、電量測量模塊4、微處理器模塊5連接，提供電能；微處理器模塊5與通訊模塊3、電量測量模塊4、開關電路8，調(diào)光電路9連接，控制它們協(xié)調(diào)運行；燈具接頭6與市電連接，過載保護模塊7作為照明燈具的快速保護模塊，串接與電路當中，過載保護t吳塊7兩端分別接燈具接頭6和開關電路8,調(diào)光電路9串接在開關電路8與燈具接頭模塊10電路當中，根據(jù)微處理器的信號對電路中的電流進行調(diào)節(jié)，控制流過燈具電流的大小，起到調(diào)節(jié)燈具明暗的效果，燈具接頭模塊10為根據(jù)各個通用燈具設計出的安全接入端子。
電源模塊I為采集裝置的各模塊提供電源，由采集裝置的燈具接頭6電源接線引入220V電壓，通過小型變壓器降壓，再通過整流轉化成直流，為各相應模塊提供電源。
采集裝置設有無線通訊模塊3，其采用專業(yè)ZigBee收發(fā)芯片CC2430，外圍電路包括晶振時鐘電路、射頻輸入/輸出匹配電路和微控制器接口電路三個部分，通過4線的SPI 接口(引腳S0, SI，CSn和SCLK)與微處理器模塊5連接，CC2430符合IEEE802. 15. 4標準， 它的工作頻率為2. 405-2. 480GHz,數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbit/s，采用O-QPSK調(diào)試方式，芯片采用可編程功率輸出模式，發(fā)送功率0-4dBm，接受靈敏度-92dBm，傳輸距離可200m。以 ZigBee無線通訊實現(xiàn)燈具設備的組網(wǎng)，與控制系統(tǒng)進行雙向通訊，上報燈具電量信息及接受控制指令。無線通訊模塊3除采用Zigbee外還可以采用wifi等無線通訊方式。
電量測量模塊4包括電壓采集電路A、電流采集電路B。電壓采集電路采用分壓原理，電力線220V電壓信號經(jīng)過分壓電阻和濾波器，變換為直流電壓信號，由A/D轉換成數(shù)字信號。電流信號經(jīng)電流互感器CT轉換為電壓信號，經(jīng)濾波器由A/D轉換成數(shù)字 信號。通過采集的電壓電流信號計算出功率，功率因數(shù)，也可以求出諧波等其他參數(shù)。電量測量模塊4 可采用AD采樣電路外還可以采用電能測量芯片。
微控制器模塊中采用DSP單片機作為微處理器。
過載保護模塊7作為電燈的保護模塊，還可以擴展溫度，煙霧報警等功能。
開關電路8與微處理器模塊5的I/O 口連接，采用線圈側電壓為5V的繼電器進行通斷電控制，用三極管S8050驅(qū)動繼電器。
調(diào)光電路9與微處理器模塊5的I/O 口連接，微處理器模塊5根據(jù)通過無線通訊模塊3接收來自交互終端傳輸過來的指令調(diào)節(jié)流過燈具電流的大小來達到調(diào)節(jié)燈具明暗的效果。
燈具接頭接入方式有多中，傳統(tǒng)的燈具形式如圖2所示；針對于傳統(tǒng)的燈具形式本發(fā)明專利的燈具接頭設計形式如圖3所示，20為照明燈具用電量采集及無線控制系統(tǒng)， 對于螺旋式的燈具采用標準的螺旋式燈座，間接接入到燈具的電路中；對于熒光燈燈具，本發(fā)明專利設計了一小巧的餅型接線端子21，如圖3所示，本接線端子小巧靈活，易于植入到熒光燈電路中。本發(fā)明專利還針對未裝修家庭設計了相應的接入方式，如圖4所示使用方式圖，直接設計成單個燈座樣式或多組燈座樣式，或者接線引入方式，這樣的方式雖然用戶不能自行安裝，但是在裝修時讓裝修工人進行安裝，同傳統(tǒng)的接線方式本裝置不僅可以節(jié)省原有的開關引線、不影響燈具的美觀而且還可以將燈具等負荷納入到能效管理系統(tǒng)當中，更有效的實現(xiàn)優(yōu)化家庭能源消耗結構和家庭節(jié)能。
控制終端可以是遙控器形式也可以使基于互動終端(上位機)安裝組態(tài)軟件，在組態(tài)軟件中建立智能用電組態(tài)工程，這樣可以實時顯示燈具的用電曲線；根據(jù)實時電價與家庭能效管理策略對燈具進行相應的控制；依據(jù)個人習慣對燈具進行定時開關，調(diào)節(jié)明暗等操作。
權利要求
1.一種照明燈具用電量采集及無線控制裝置，置于電源與照明燈具之間，其特征在于，由電源模塊(I)、實時時鐘電路(2)、無線通訊模塊(3)、電量測量模塊(4)、微處理器模塊(5)、燈具接頭(6)、過載保護模塊(7)、開關電路(8)、調(diào)光電路(9)和燈具接頭模塊(10)組成，電源模塊(I)與實時時鐘電路(2 )、無線通訊模塊(3 )、電量測量模塊(4 )、微處理器模塊(5)連接，提供電能；微處理器模塊(5)與通訊模塊(3)、電量測量模塊(4)、開關電路(8)，調(diào)光電路(9)連接，控制它們協(xié)調(diào)運行，燈具接頭(6)—頭接市電，另一頭接過載保護模塊(7),過載保護模塊(7)輸出端接電量測量模塊(4)和開關電路(8)，調(diào)光電路(9)輸出通過燈具接頭模塊(10)接燈具。
2.根據(jù)權利要求I所述照明燈具用電量采集及無線控制裝置，其特征在于，所述無線通訊模塊(3)采用ZigBee收發(fā)芯片CC2430，通過4線的SPI接口與微處理器模塊(5)連接，以ZigBee無線通訊進行雙向通訊，上報燈具電量信息及接受控制指令，無線通訊方式除了采用zigbee通訊方式外還可以采用wifi無線通訊方式。
3.根據(jù)權利要求I所述照明燈具用電量采集及無線控制裝置，其特征在于，所述電量測量模塊(4)包括電壓和電流采集電路，電壓和電流采集電路采集的電壓和電流信號經(jīng)過A/D轉換成數(shù)字信號送入微處理器模塊(5)。
4.根據(jù)權利要求I所述照明燈具用電量采集及無線控制裝置，其特征在于，所述電量測量模塊(4)可選用AD采樣電路或電能測量芯片。
5.根據(jù)權利要求I所述照明燈具用電量采集及無線控制裝置，其特征在于，所述微處理器模塊(5)可采用DSP單片機、PIC單片機作為微處理器。
6.根據(jù)權利要求I所述照明燈具用電量采集及無線控制裝置，其特征在于，所述過載保護電路(7)可選保險管，當燈具發(fā)生短路或過載嚴重時可以快速斷電。
7.根據(jù)權利要求I所述照明燈具用電量采集及無線控制裝置，其特征在于，所示開關電路(8)與微處理器模塊(5)的I/O 口連接，采用線圈側電壓為5V的繼電器進行通斷電控制，用三極管S8050驅(qū)動繼電器。
8.根據(jù)權利要求I所述照明燈具用電量采集及無線控制裝置，其特征在于，所述調(diào)光電路(9)與微處理器模塊(5)的I/O 口連接，微處理器模塊(5)根據(jù)通過無線通訊模塊(3)接收來自交互終端傳輸過來的指令調(diào)節(jié)流過燈具電流的大小。
9.根據(jù)權利要求I所述照明燈具用電量采集及無線控制裝置，其特征在于，所述燈具接頭模塊(10)為根據(jù)所接通用燈具設計出的安全接入端子。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種照明燈具用電量采集及無線控制裝置，置于電源與照明燈具之間，電源模塊與實時時鐘電路、無線通訊模塊、電量測量模塊、微處理器模塊連接，提供電能；微處理器模塊與通訊模塊、電量測量模塊、開關電路，調(diào)光電路連接，控制它們協(xié)調(diào)運行，燈具接頭與市電連接，過載保護模塊輸出端接電量測量模塊和開關電路，調(diào)光電路輸出通過燈具接頭模塊接燈具。裝置外觀小巧，安裝簡單方便，可以無線傳輸數(shù)據(jù)和進行無線控制，與互動終端進行雙向通訊，對于還沒有裝修的用戶可以省去開關布線所需的大量開關電線。靈巧的解決了燈具測量裝置接入困難的問題。且開關操作更方便靈活。
文檔編號H05B37/02GK102917519SQ20121046195
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權日2012年11月16日
發(fā)明者林順富, 劉慶強, 崔龍龍, 李東東 申請人:上海電力學院