非侵入式用电设备自动识别装置的制作方法

本实用新型涉及用电设备识别技术领域，尤其涉及一种非侵入式用电设备自动识别装置。

背景技术：

电力负荷分解是智能用电领域的一个重要研究方向，对于国家、电网公司和电力用户都有重要意义。随着社会节能意识的逐渐提高，迫切需要一种途径能够获取家庭内部各负荷的耗能信息。目前，电器用电细节检测技术主要有侵入式和非侵入式两种。

nonintrusive(appliance)loadmonitoring非侵入式(设备)负载监测(nilm或nialm)，是一种从电力干线的电参数数据中分辨别出被监测电路上所有运行的用电设备的方法。非侵入式负荷监测是指在电力干线的总端安装监测装置，通过采集电器特征参数，分析得到系统内电器的使用状态，实现对系统内电器的状态监测。相比于侵入式负荷识别，非侵入式负荷识别具有便捷、维护性强、易于推广等优点。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种电路结构设计新颖的非侵入式用电设备自动识别装置。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型所采用的技术方案为：

设计一种非侵入式用电设备自动识别装置，它包括：

电流互感采集模块，与电力干线连接并将电力干线中的大电流转换为小电流信号；

电压互感采集模块，与电力干线连接并将电力干线中的大电压转换为小电压信号；

微控制器模块，电流互感采集模块和电压互感采集模块的电流输出端、电压输出端分别与微控制器模块连接，微控制器模块用于采集电流互感采集模块按比例缩小后的电流值和电压互感采集模块按比例缩小后的电压值；

数据集中器模块，与微控制器模块连接，数据集中器模块用于将微控制器模块发送的电器特征参数组成训练集，根据数据训练集生成决策树，所述决策树用于识别当前工作用电设备。

电流互感采集模块包括电流互感器，电流互感器的两个电流采集端与电力干线连接，电流互感器的第一电流输出端和第二电流输出端a0之间连接有采样电阻r1，其中，第二电流输出端a0与微控制器模块连接；

还包括串联的偏置电阻r2、偏置电阻r3，串联后的偏置电阻r2、偏置电阻r3的输入端与电源连接，串联后的偏置电阻r2、偏置电阻r3输出端接地；

其中，与第一电流输出端连接的采样电阻r1一端通过电容c1接地，电流互感器的第一电流输出端还接入至偏置电阻r2、偏置电阻r3之间。

电压互感采集模块包括电压互感器，电压互感器上的电压接线端上连接有大电流接线端子，电压互感器通过大电流接线端子与电力干线连接，其中，在电压互感器上的第二电压接线端和大电流接线端子之间串联有电阻r7；

电压互感器的第一电压输出端a1和第二电压输出端之间连接有采样电阻r4，其中，第一电压输出端a1与微控制器模块连接；

还包括串联连接的偏置电阻r5、偏置电阻6，串联后的偏置电阻r5、偏置电阻r6的输入端与电源连接，串联后的偏置电阻r5、偏置电阻r6输出端接地；

其中，与第二电压输出端连接的采样电阻r4一端通过电容c2接地，电压互感器的第二电压输出端还接入至偏置电阻r5、偏置电阻r6之间。

本实用新型的有益效果在于：

本设计的非侵入式用电设备识别装置在使用中，具有学习和分析检测两种模式，本装置在识别电器之前植入电器特征参数和运算算法(此为现有技术)，本装置通过电器特征参数生成决策树来识别电器(现有技术)，大大提高了识别的准确率，适合面向家庭用户推广，对于节能环保、智能用电都具有重要意义。

附图说明

图1为本装置的整体结构示意图；

图2为本装置中电流互感采集模块电路图；

图3为本装置中电压互感采集模块电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

实施例1：一种非侵入式用电设备自动识别装置，参见图1至图3；它包括：

电流互感采集模块，利用电流互感器将电力干线中的大电流转换至微控制器模块能够处理的小电流信号；

电压互感采集模块，利用电压互感器将电力干线中的大电压转换至微控制器模块能够处理的小电压信号；

微控制器模块，电流互感采集模块和电压互感采集模块的电流输出端、电压输出端分别与微控制器模块连接，此微控制器模块于采集电流互感采集模块按比例缩小后的电流值和电压互感采集模块按比例缩小后的电压值，微控制器模块经过内部运算，得到当前组合用电器下电力干线的电流有效值，电压有效值，功率因素，有功功率，无功功率，视在功率等电器特征参数，再把每一组电特征参数以固定格式发送给数据集中器模块，并且根据数据集中器模块下发的控制命令作出相应的动作；

数据集中器模块，与微控制器模块连接，数据集中器模块用于将微控制器模块发送的电器特征参数组成训练集，根据数据训练集生成决策树，并对微控制器模块下发相应的功能指令，所述决策树用于识别当前工作用电设备。

具体来说，参见图2，电流互感采集模块包括电流互感器，电流互感器的两个电流采集端与电力干线连接，电流互感器的第一电流输出端和第二电流输出端a0之间连接有采样电阻r1，其中，第二电流输出端a0与微控制器模块连接。

还包括串联的偏置电阻r2、偏置电阻r3，串联后的偏置电阻r2、偏置电阻r3的输入端与电源连接，串联后的偏置电阻r2、偏置电阻r3输出端接地，偏置电阻r2、偏置电阻r3作用是产生偏置电压，保证a0输出端为正电压，a0输出端接微控制器模块的adc输入口。

其中，与第一电流输出端连接的采样电阻r1一端通过电容c1接地，电流互感器的第一电流输出端还接入至偏置电阻r2、偏置电阻r3之间。

本电流互感采集模块电路中，电流互感器采用变比为1000：1的精密电流互感器，其可以把最大10a的大电流转变为10ma的小电流。

具体来说，参见图3，电压互感采集模块包括电压互感器，电压互感器上的电压接线端上连接有大电流接线端子，电压互感器通过大电流接线端子与电力干线连接，其中，在电压互感器上的第二电压接线端和大电流接线端子之间串联有电阻r7。

电压互感器的第一电压输出端a1和第二电压输出端之间连接有采样电阻r4，其中，第一电压输出端a1与微控制器模块连接。

还包括串联连接的偏置电阻r5、偏置电阻6，串联后的偏置电阻r5、偏置电阻r6的输入端与电源连接，串联后的偏置电阻r5、偏置电阻r6输出端接地。

其中，与第二电压输出端连接的采样电阻r4一端通过电容c2接地，电压互感器的第二电压输出端还接入至偏置电阻r5、偏置电阻r6之间。

本电压互感采集模块电路中，电压互感器采用额定输入输出电流为2ma：2ma的精密电压互感器，最大电流输入为10ma。本设计通过串联电阻r7可将电压转化为电流，而后经过匝数比1500：1500的线圈，将电流互感到副线圈输出端，通过输出端的采样电阻r4转化为微控制器可以承受的adc模拟电压值，a1输出端接微控制器模块的adc输入口。

本装置电路中，所述微控制器模块选用了基于armcortex-m3内核的atmelsam3x8e微控制器，其内部集成了一个16通道12位adc，控制前端的电流互感采集模块、电压互感采集模块进行电流和电压的测量，与数据集中器模块之间通过usb接口进行数据通信。本装置的电源电路采用3.3v的输入电压供电，微控制器内部电压基准作为微控制器adc的参考输入，使得微控制器可以获得实时准确的参考电压。

所述数据集中器模块选用raspberrypi3modelb卡片式计算机，中央处理单元采用broadcom公司的bcm2837芯片，在数据集中器上移植的操作系统为轻量简洁的raspbianlinux系统，用usb接口与微控制器模块通信。

本装置在使用中，具有学习和分析检测两种模式，本装置在识别电器之前植入电器特征参数和运算算法(此为现有技术)，本装置通过电器特征参数生成决策树来识别电器(现有技术)。

本装置在使用中，通过电流互感采集模块、电压互感采集模块分别采集电力杆线上的电流和电压值，而后分别通过电流互感采集模块、电压互感采集模块的a0、a1输出端输送至述微控制器模块内，微控制器模块经过运算得到当前组合用电器下电力干线的电流有效值、电压有效值、功率因素、有功功率、无功功率、视在功率等电器特征参数(通过运算得到电流有效值、电压有效值、功率因素、有功功率、无功功率、视在功率的方法为现有技术)，而后再把每一组电特征参数以固定格式发送给数据集中器模块中，此后，数据集中器模块将微控制器模块发送的电器特征参数组成训练集，根据数据训练集生成决策树(以上通过电器特征参数组成训练集并生成决策树的技术为现有技术)，而后通过决策树用于识别当前工作用电设备。本装置在学习模式下，可测试并存储各单件电器在各种状态下用于识别电器及其工作状态的电器特征参量；而在分析监测模式下，可实时指示电器的类别和工作状态。

本实用新型的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本实用新型的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本实用新型的精神，都在本实用新型的保护范围内。