非侵入式负载监控系统、可见光通信设备及负载监测设备的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种基于电力载波与红外线遥控的非侵入式负载监控系统、可见光通信设备及负载监测设备，属于智能家居管理系统技术领域。


背景技术：

[0002]
非侵入式负载识别技术(non-intrusive load monitoring),又称非介入式负荷监测技术(nilm技术)，是对用电器能耗信息进行分析识别的一种技术，其原理是基于用电器电力线能耗数据的波动规律，识别出下游用电器能耗的时空分布状况。
[0003]
现有技术的非侵入式负载识别系统主要有两类。一类是通过物联网的形式，对家电进行远程控制。该类技术在解决将家电的控制信息进行联网的问题上，事实上对家电的类型和分布进行了人为的信息标定。然而，这类控制存在一个非常大的问题，即控制信号发送之后，是否获得相应家电的响应，是无从知道的。这更像一种广播系统，信息的传递是单向的，而未获得双向反馈确认。
[0004]
现有技术中的另一类则是专注在利用识别总线路上的电压电流的波动特征，来识别起停用电器的类型和能耗大小(统称为nilm技术)。这类技术利用各种手段采集线路上的电流电压信号，进行信号处理分析，基于各类型监督学习的机器学习算法，进行用电器特征识别。然而，这类算法的部署需要用户主动输入，或者由开发人员进行特征库标定，无法做到自动批量标注，因此其应用受到了极大的限制。与此同时，该类应用，只能做到识别，无法做到管控。因此在应用中，属于被动接受信息的一个环节。
[0005]
由此可见，现有技术只能被动地对用电器状态变化所产生的信号波动进行识别，准确度往往无法得到保障。更重要的是，基于机器学习算法的监控设备，通常只能做到对用电行为的诊断，而无法根据识别结果对用电器进行控制，致nilm技术无法与用电器无法形成闭环控制，不能发挥出nilm技术及用电器的最大价值。


技术实现要素：

[0006]
本实用新型的目的在于提供一种可以方便快捷且有效的管理传统家电智能家居管理系统，提高组网效率，改善通信效果。
[0007]
本实用新型的技术方案如下。
[0008]
本实用新型第一方面提供了一种基于电力载波通信(plc)与红外线遥控的非侵入式负载监控系统，包括负载监测设备和可见光通信设备；
[0009]
所述可见光通信设备包括电源电路、主控单元、第二plc通信模块、红外通信电路，以及照明电路；
[0010]
所述负载监测设备包括电能采样功能单元、识别与控制单元、第一plc通信模块和电源；
[0011]
优选地，所述可见光通信设备为照明灯具。
[0012]
优选地，所述电能采样功能单元分别与所述电力线和所述识别与控制单元连接；
[0013]
所述识别与控制单元分别与第一plc通信模块和所述电能采样功能单元连接。
[0014]
优选地，所述电源电路与所述第二plc通信模块分别与所述电力线连接；
[0015]
所述红外通信电路与所述主控单元连接；
[0016]
所述第二plc通信模块与所述电力线和所述主控单元连接。
[0017]
优选地，所述第二plc通信模块包括电力线耦合电路、滤波电路、解调电路、plc微控制器、调制电路、功率放大电路；
[0018]
所述电力线耦合电路与所述电力线和所述滤波电路、功率放大电路连接；
[0019]
所述滤波电路与所述电力线耦合电路和解调电路连接；
[0020]
所述解调电路与所述滤波电路和所述plc微控制器连接；
[0021]
所述plc微控制器与所述调制电路、解调电路连接及主控单元连接；
[0022]
所述调制电路与所述功率放大电路和plc微控制器连接；
[0023]
所述功率放大电路与所述调制电路和所述电力线耦合电路连接。
[0024]
优选地，所述红外通信电路包括红外发送模块、红外接收模块；
[0025]
所述红外接收模块和所述红外发送模块分别与所述主控单元连接。
[0026]
本实用新型第二方面提供了一种可见光通信(lifi)设备，用于非侵入式负载监控，包括电源电路、主控单元、plc通信模块、红外通信电路，以及照明电路；
[0027]
所述电源电路与所述plc通信模块分别与电力线连接；
[0028]
所述红外通信电路与所述主控单元连接；
[0029]
所述plc通信模块与所述电力线和所述主控单元连接。
[0030]
优选地，所述红外通信电路包括红外发送模块、红外接收模块；
[0031]
所述红外接收模块与所述主控单元连接；
[0032]
所述红外发送模块与所述主控单元连接，包括红外驱动电路和红外发射管。
[0033]
本实用新型第三方面提供了一种负载监测设备，其特征在于，包括电能采样功能单元、识别与控制单元，以及plc通信模块和电源；
[0034]
所述负载监测设备与被监测的用电器连接在同一电力线；
[0035]
所述电能采样功能单元分别与所述电力线和所述识别与控制单元连接；
[0036]
所述识别与控制单元分别与所述plc通信模块和所述电能采样功能单元连接。
[0037]
优选地，还包括存储单元。
[0038]
通过以上技术方案，本实用新型能够取得如下的有益效果。
[0039]
(1)本实用新型的技术方案通过电力线实现多种设备互联，形成泛电力物联网环境，无需另外架设通信线路，不需要升级传统家电。
[0040]
(2)本实用新型的用于非侵入式负载监控的照明灯具为透传设备，不需要了解各用电器的红外通信协议。
[0041]
(3)本实用新型的系统能够形成用电器闭环反馈机制，实现对用电器的精准调节，达到用户所设定的控制状态的目的
附图说明
[0042]
图1是本实用新型的非侵入式负载监控系统结构示意图；
[0043]
图2是图1中的非侵入式负载监控系统的负载监测设备结构示意图；
[0044]
图3是图1中的非侵入式负载监控系统的可见光通信设备结构示意图；
[0045]
图4是图3中的可见光通信设备的红外通信电路结构示意图；
[0046]
图5是本实用新型使用的plc通信模块结构示意图。
具体实施方式
[0047]
实施例1
[0048]
本实施例提供了一种基于电力载波通信(plc)与红外遥控的非侵入式负载监控系统，包括负载监测设备和可见光通信设备，如图1 所示。
[0049]
所述可见光通信设备能够接收红外遥控器发射的控制命令，并与所述负载监测设备通过电力线连接，从而将所述控制命令通过电力载波信号发送给所述负载监测设备。
[0050]
所述负载监测设备通过电力线分别与所述可见光通信设备和被监控的用电器连接，从而读取所述控制命令并识别所述用电器的用电特征，从而把所述用电特征与特征模型进行对比，判断所述用电特征与所述用电器需要设定的工作状态是否一致。
[0051]
在一优选的实施方式中，当所述用电特征与所述用电器需要设定的工作状态不一致，所述负载监测设备通过电力载波信号将所述控制命令重新传输到所述可见光通信设备。
[0052]
如图2所示，所述负载监测设备包括电能采样功能单元、识别与控制单元、第一plc通信模块和电源。
[0053]
所述电能采样功能单元分别与所述电力线和所述识别与控制单元连接，用于对所述用电器的用电参数进行检测，并将检测到的用电参数发送到所述识别与控制单元。
[0054]
所述识别与控制单元分别与第一plc通信模块和所述电能采样功能单元连接，用于接收所述可见光通信设备发来的控制命令，以及接收所述电能采样功能单元发来的用电参数并识别所述用电器的用电特征。
[0055]
如图3所示，所述可见光通信设备包括电源电路、主控单元、第二plc通信模块、红外通信电路，以及照明电路。
[0056]
所述电源电路与所述第二plc通信模块分别与所述电力线连接。
[0057]
所述第二plc通信模块能够通过所述电力线接收所述第一plc 通信模块发送的载波信号，并解析为控制指令，发送给所述主控单元。
[0058]
所述红外通信电路与所述能够接收经调制的红外信号，并解析成数字信号发送给所述主控单元，还能够接收所述主控单元发送的控制命令，并转换为红外信号。
[0059]
如图4所示，所述红外通信电路包括红外发送模块、红外接收模块。
[0060]
所述红外接收模块与所述主控单元连接，用于接收遥控器发出的经调制的红外信号，解调成数字信号传送给主控单元解析处理。
[0061]
所述红外发送模块与所述主控单元连接，用于接收由主控单元输出的经调整的远红外信号，经红外驱动电路驱动后由红外发射管发送。
[0062]
如图5所示，所述第二plc通信模块包括电力线耦合电路、滤波电路、解调电路、plc微控制器、调制电路、功率放大电路。
[0063]
所述电力线耦合电路与所述电力线和所述滤波电路、功率放大电路连接，用于将所述电力线上的载波信号耦合到所述滤波电路。
[0064]
所述滤波电路与所述电力线耦合电路和解调电路连接，用于将所述载波信号滤波后送至所述解调电路。
[0065]
所述解调电路与所述滤波电路和所述plc微控制器连接，用于将所述载波信号解调出数字信号，并发送给所述plc微控制器。
[0066]
所述plc微控制器与所述调制电路、解调电路连接及主控单元连接，用于将所述数字信号进行处理后送至所述主控单元，以及从所述主控单元接收需要发送的数据，处理后发送到所述调制电路。
[0067]
所述调制电路与所述功率放大电路和plc微控制器连接，用于将所述plc微控制器发来的数据调制成载波信号，并发送至所述功率放大电路。
[0068]
所述功率放大电路与所述调制电路和所述电力线耦合电路连接，用于将所述载波信号功率放大后送至所述电力线耦合电路发送到所述电力线。
[0069]
下面说明使用本实施例的非侵入式负载监控系统监控用电器状态的方法。
[0070]
步骤s1，将可见光通信(lifi)设备部署在需要监测的用电器附近，并且与负载监测设备通过电力载波通讯(plc)建立通信连接。
[0071]
步骤s2，用电器的红外遥控器发出设定用电器状态的控制命令。
[0072]
步骤s3，可见光通信设备与被监测的用电器接收所述控制命令，同时所述可见光通信设备将所述控制命令通过电力载波信号传输到所述负载监测设备。
[0073]
步骤s4，负载监测设备通过所述电力载波信号接收所述控制命令之后，通过电能采样获取所述用电器的用电特征并将所述用电特征与特征模型进行对比，判断所述用电特征与所述用电器需要设定的工作状态是否一致，若不一致则转到步骤s5，若一致则转到步骤s6。
[0074]
步骤s5，负载监测设备通过所述电力载波信号向所述可见光通信设备发送所述控制命令，由可见光通信设备将所述控制命令再次发送给所述用电器。
[0075]
步骤s6，将所述用电器的用电特征记录在负责监测设备的存储单元。
[0076]
实施例2
[0077]
本实施例提供了一种非侵入式负载监测设备，包括电能采样功能单元、识别与控制单元，以及plc通信模块和电源；
[0078]
所述非侵入式负载监测设备与被监测的用电器连接在同一电力线；
[0079]
所述电能采样功能单元分别与所述电力线和所述识别与控制单元连接，用于对所述用电器的用电参数进行检测，并将检测到的用电参数发送到所述识别与控制单元；
[0080]
所述识别与控制单元分别与所述plc通信模块和所述电能采样功能单元连接，用于接收用户对所述用电器的控制命令，以及接收所述电能采样功能单元发来的用电参数并识别所述用电器的用电特征；
[0081]
所述识别与控制单元能够把所述用电特征与特征模型进行对比，判断所述用电特征与所述用电器需要设定的工作状态是否一致；以及
[0082]
当所述用电特征与所述用电器需要设定的工作状态不一致，通过所述plc通信模块发出载波信号，从而将所述控制命令重新传输给所述用电器。
[0083]
在一优选的实施方式中，所述非侵入式负载监测设备还包括存储单元，用于存储识别出的所述用电器的用电特征，以及需要监测的用电器的特征模型。
[0084]
实施例3
[0085]
本实施例提供了一种用于非侵入式负载监控的可见光通信设备，包括电源电路、主控单元、plc通信模块、红外通信电路，以及照明电路；
[0086]
所述电源电路与所述plc通信模块分别与电力线连接；
[0087]
所述红外通信电路与所述主控单元连接，用于接收经调制的红外信号，并解调成数字信号发送给所述主控单元从而解析成控制命令，以及接收所述主控单元发送的控制命令，并转换为红外信号；
[0088]
所述plc通信模块与所述电力线和所述主控单元连接，用于接收主控单元解析处理出的所述控制命令并通过电力线的载波信号发送，以及通过所述电力线接收载波信号，并解析为控制指令，发送给所述主控单元。
[0089]
在一优选的实施方式中，所述红外通信电路包括红外发送模块、红外接收模块；
[0090]
所述红外接收模块与所述主控单元连接，用于接收遥控器发出的经调制的红外信号，解调成数字信号传送给主控单元解析处理；
[0091]
所述红外发送模块与所述主控单元连接，包括红外驱动电路和红外发射管；用于接收由主控单元输出的经调整的远红外信号，经红外驱动电路驱动后由红外发射管发送。
[0092]
在一优选的实施方式中，所述照明电路以发光二极管(led)作为光源。
[0093]
在一优选的实施方式中，所述可见光通信设备为照明灯具。
[0094]
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。