基于GPRS的插头式需求侧响应终端的制作方法

本实用新型涉及需求侧响应终端尤其涉及到基于GPRS无线通信的插头式需求侧响应终端。

背景技术：

需求侧响应是指电力用户根据电力市场中的电价信号、政府和电力公司的激励政策，结合自身的用电信息，主动调整常规电力消费模式的市场参与行为。伴随智能电网的建设，需求侧响应技术的研究得以迅速发展，配网侧通过措施和经济激励来引导用户在高峰时期少用电、低谷时多用电，不仅可以提高用电效率、优化用电方式，还可以缓解缺电压力、降低供电成本、提高电网资产利用率，电力用户则结合自身实际的用电信息，主动地改变电力需求来获取相应的利益。通过电力需求侧响应，需求侧可以积极主动地与供给侧共同维持电力系统的稳定性和可靠性。

为了实现需求侧和配网侧的双向互动，需要关键技术的支撑，即支持实时计量、双向通信以及渗透到每一终端用户每一用电设备的智能化测控系统。显然，现有的智能电表和集抄器仅能统计一户总的用电量，无法针对户内不同类型的用电设备进行数据采集和用电分析，更不具备响应用户用电需求改变的能力，无法实现用户对用电设备的远程控制和对用户用电行为的智能分析。因此，要有效提高需求侧响应的主动性，需要具备针对单个用电设备的智能化测控终端。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于GPRS无线通信的插头式需求侧响应终端，能够准确地采集各种家用电器负荷的用电信息，并对获取到的电气数据和环境信息进行多维数据的糅合计算，完成用户用电模式的智能分析和决策，同时利用可靠的通信技术实现需求侧与供给侧的数据交互、用户对用电器的按需控制。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于GPRS的插头式需求侧响应终端，包括进线插头和出线插头，所述进线插头和出线插头之间通过220V电网连接，所述进线插头和出线插头之间的220V电网并联有供电单元且与供电单元的输入端连接，所述供电单元的输出端连接有采样单元、环境数据检测单元、GPRS通信模块、液晶屏、开关单元和中央处理单元；所述采样单元与220V电网并联，开关单元与220V电网串联；所述中央处理单元与采样单元、环境数据检测单元、GPRS通信模块、液晶屏、开关单元分别连接。

进一步的，所述供电单元包括防浪涌保护电路、AC/DC转换电路、滤波电路和DC/DC转换电路，且各电路依次相连；所述防浪涌保护电路与220V电网并联，DC/DC转换电路的输出端分别与采样单元、环境数据检测单元、GPRS通信模块、液晶屏、开关单元、中央处理单元连接。

进一步的，所述采样单元包括电阻分压电路、康铜电阻丝、低通滤波电路和A/D转换电路；所述电阻分压电路与220V电网并联，康铜电阻丝与220V电网串联，电阻分压电路和康铜电阻丝的输出均依次经过低通滤波电路和A/D转换电路，转换结果输出至中央处理单元。

更进一步的，所述开关单元包括三极管驱动电路和继电器，三极管驱动电路的输入端和中央处理单元连接，三极管驱动电路的输出端和继电器连接，继电器和220V电网串联，用于控制用电器负载的接通和断开。

再进一步的，所述中央处理单元包括DSP芯片、EEPROM和RTC芯片，DSP芯片对检测数据进行智能分析计算以及协调控制各部分模块的运行，EEPROM用于存储修正参数和累计用电量，RTC芯片用于记录实时时间以及给检测数据添加时间标志。

上述GPRS通信模块用于与云端服务器和用户手机端进行信息交互，传输检测数据并响应控制指令，液晶屏用于向用户展示检测数据和用电行为分析结果，完善人机交互。

与现有技术相比，本实用新型的有益之处是：

本实用新型中的插头式需求侧响应终端是利用采样单元对配电网220V电压输出和用电器负载电流进行采集；利用环境数据检测单元实现室内环境的温度、湿度、光强、空气质量、噪声强度的测量；利用GPRS通信模块实现终端向云端服务器、用户手机端上传检测数据，并响应用户手机端的控制指令；利用液晶屏完善人机交互，直观展示数据和分析结果；利用开关单元完成对用电器负载的通断控制；所述中央处理单元以DSP芯片为核心，利用本地优化算法对检测数据进行智能分析，同时协调控制各部分模块的运行，实现需求侧响应的智能化。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型基于GPRS插头式需求侧响应终端的结构示意图；

图2为插头式需求侧响应终端的具体实施例结构示意图。

图中：1、进线插头；2、出线插头。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示的基于GPRS的插头式需求侧响应终端，包括进线插头1，出线插头2，对220V电网单相电压和用电器负载电流进行采集的采样单元，对室内环境的温度、湿度、光强、空气质量、噪声强度进行测量的环境数据检测单元，用于与云端服务器和用户手机端进行信息交互的GPRS通信模块，用于向用户展示检测数据和用电行为分析结果的液晶屏，对用电器通断控制的开关单元以及对检测数据进行智能分析调控制各部分模块运行的中央处理单元；所述进线插头和出线插头之间通过220V电网连接，所述供电单元的输入端并联220V电网上，输出端与采样单元、环境数据检测单元、GPRS通信模块、液晶屏、开关单元、中央处理单元分别连接；所述中央处理单元与采样单元、环境数据检测单元、GPRS通信模块、液晶屏、开关单元分别连接；所述采样单元与220V电网并联，开关单元与220V电网串联。

其中供电单元包括：防浪涌保护电路、AC/DC转换电路、滤波电路、DC/DC转换电路；防浪涌保护电路并联于220V单相配电线路，含PPTC自恢复保险丝TRF250-1000和压敏电阻TVR10471，用于防止浪涌对内部电路的破坏；AC/DC转换电路采用开关电源模块GD-MD05，将220V交流电转换为5V直流电，最大输出功率为5W；滤波电路采用CLC滤波电路滤除开关电源模块输出的纹波；DC/DC转换电路包括两片电源芯片，分别为不同模块供电，其中：TPS73HD301芯片将5V转换为3.3V和1.9V，为中央处理单元的DSP芯片供电，AMS1117稳压芯片将5V转换为3.3V，为需要3.3V的模块供电。

采样单元包括：电阻分压电路、康铜电阻丝、低通滤波电路、A/D转换电路；电阻分压电路和220V单相线路并联，采用两个精密电阻PTF65构成，阻值分别为1KΩ和1MΩ，将大电压转换为小电压信号；康铜电阻丝串联于220V单相电路的零线，阻值为10mΩ，将负载电流转换为小电压信号；低通滤波电路采用RC低通滤波电路，滤除采样信号中的高频分量；A/D转换电路由16位A/D转换芯片AD7705构成，该芯片是具备2个全差分输入通道的ADC，自带片内数字滤波器和自校正功能，可对电压及电流采样信号进行16位输出的A/D转换。

环境数据检测单元包括：温湿度传感器、光照强度传感器、空气质量传感器、噪声强度传感器；温湿度传感器采用AM2302温湿度模块，模块具备精度高、稳定性好、抗干扰能力强的优点，其中温度测量范围宽达-20—80℃；光照强度传感器采用BH1750FVI模块，该模块具有接近视觉灵敏度的光谱灵敏度特性，能以高分辨率探测较大范围的光强度变化；空气质量传感器采用TVOC检测模块KQM2801AU，用于检测空气中有机化合物气体的浓度，包括氨气、甲醛、一氧化碳等有机化合挥发气体，以及烹饪油烟、腐烂臭气等生活异味；噪声强度传感器采用直读式噪音分贝检测模块AS11-X，测量范围为30—120dB，模块测量误差小、响应速度快、可靠性高。

所述GPRS通信模块采用GA6 mini，用于终端和云端服务器、用户手机端的数据交互和指令响应，模块支持移动和联通2G，以及全球的GSM网络，并支持符合GSM 07.10协议的串口复用功能，为终端提供稳定的无线通信功能。

所述液晶屏采用TFT液晶彩色显示模块GPU 20B，向用户展示检测数据和分析结果，屏幕尺寸为2.0寸，分辨率220×176。

开关单元包括：三极管驱动电路、继电器；三极管驱动电路选用贴片三极管MMBT9013H构成，其输入端与中央处理单元的DSP芯片连接，输出端和继电器连接，用于驱动继电器的通断；继电器串联于220V单相线路的火线中。

中央处理单元包括：DSP芯片、EEPROM、RTC芯片；DSP芯片采用TMS320F28335，对采样单元和环境数据检测单元传输过来的数据进行复杂计算，处理出电压、电流、功率、用电量、谐波、温湿度、光强等信息，并智能分析用电行为，同时控制采样单元、环境数据检测单元、GPRS通信模块、液晶屏、开关单元之间的协调运行；EEPROM采用AT24C64，芯片存储容量高达64Kbit，用于存储关键参数和累计用电量，防止数据的掉电丢失；RTC芯片选用涓流充电计时芯片DS1302Z，用于读取实时时间以及给检测数据添加时间标志位。

在图1的本实用新型结构示意图中，插头式需求侧响应终端，通过采样单元对配电网220V单相电压和用电器负载电流进行采集；通过环境数据检测单元完成室内环境的温度、湿度、光强、空气质量、噪声强度的测量；通过GPRS通信模块实现终端向云端服务器、用户手机端上传检测数据，并响应用户手机端的控制指令；通过液晶屏完善人机交互；通过开关单元完成对用电器的通断控制；中央处理单元以DSP芯片为核心，利用本地优化算法对检测数据进行智能分析，同时协调控制各部分模块的运行，实现需求侧响应的智能化。

综上所述，本实用新型家庭用户接入的需求侧能源管理装置具有如下特点：

第一，终端采用DSP芯片作为运算及控制核心，负责底层多维数据的采集和计算、用电行为的分析和决策，控制GPRS模块进行网络连接和数据传输，控制开关单元实现用电器负载的按需通断，实现需求侧用电的智能化。

第二，终端依托先进的GPRS模块实现无线通信功能，数据传输速度快、通信质量稳定，能可靠地将多种检测信息和用电分析结果传输至用户手机端，同时远程响应手机端下达的控制指令，实现需求侧的主动响应。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。