一种家庭用户接入的需求侧能源信息采集装置的制作方法

本实用新型属于需求侧能源信息采集技术，尤其涉及一种家庭用户接入的需求侧能源信息采集装置。

背景技术：

需求侧能源管理旨在鼓励和促进用户主动参与自身的运行和管理，实现配网侧与需求侧之间的互动。对于需求侧的用户而言，掌握自身的用电信息，实时获得电网公司的实时电价和用电激励信息，主动灵活地根据实际需要选择不同的用电方法，实现科学用电，节省电费。而配网侧通过统计用户的用电信息，分析用户的用电行为习惯，根据电网实时的调度需要，制定适宜的电价激励策略，对配网侧的能源使用起到主动的管理作用。

为了实现配网侧和用户的实时互动，达到智能能源管理的目的，前提是要实时、准确、全面地获得用户的用电信息情况。要采集海量的用户用电信息，目前的集中式入户电表是无法胜任的，入户电表所采集的只是一个用户内总的用电情况，至于一个用户内部有什么用电设备，各个设备的用电情况如何都是无法得知的。若要采集详细的用电情况采集，则需要安装数量庞大的监控设备。导致成本高，效率低下等技术问题；因此在实现用户用电信息实时准确全面采集的研究中必须考虑设备的成本以及实际的用户供电模式。

技术实现要素：
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本实用新型要解决的技术问题：提供一种家庭用户接入的需求侧能源信息采集装置，以解决现有技术对用户用电信息实时准确全面采集需要安装数量庞大的监控设备，导致成本高，效率低下等技术问题。

本实用新型技术方案：

一种家庭用户接入的需求侧能源信息采集装置，它包括：DSP核心单元，电气采集单元、环境检测单元和开关单元与DSP核心单元导线连接，DSP核心单元与ARM核心单元导线连接；ARM核心单元与通信单元和液晶触摸屏导线连接。

所述电气采集单元包括电流互感器和电压互感器，电流互感器和电压互感器与AD转换电路导线连接；AD转换电路与DSP核心单元导线连接。

所述环境检测单元包括温湿度传感器和空气质量传感器。

通讯单元包括载波模块、ZigBee模块和WIFI模块。

本实用新型的有益效果：

本实用新型利用电气采集单元和环境采集单元采集用户电气信息和环境信息的测量；DSP核心单元为底层数据处理提供强大的运算能力；利用通讯单元支持多种通讯方式与上下级设备进行通讯以及连接到互联网；所述液晶触摸屏基于安卓系统的操作界面，可实现方便的人机互动以及信息通信功能；本实用新型通过集成，实现用电信息、环境信息和通讯的一体化简化了监控设备数量繁多的问题；解决了现有技术要采集详细的用电情况采集，则需要安装数量庞大的监控设备。导致成本高，效率低下等技术问题。

附图说明：

图1为本实用新型结构原理示意图；

图2为本实用新型具体结构示意图。

具体实施方式：

本实用新型包括（见图1）供电单元、电气采集单元、开关单元、DSP核心单元、环境采集单元、通讯单元、ARM核心单元和液晶触摸屏。

所述供电单元的输入端与交流220V电网并联；所述电气采集单元、开关单元依次与交流220V电网串联；所述供电单元的输出端与电气采集单元、开关单元、DSP核心单元、环境采集单元、通讯单元、ARM核心单元、液晶触摸屏分别连接。所述DSP核心单元与电气采集单元、开关单元、环境采集单元、通讯单元分别连接。所述ARM核心单元与液晶触摸屏、网络通讯单元分别连接。所述DSP核心单元和ARM核心单元互相连接。

在图1的本实用新型结构示意图中，通过电气采集单元和环境采集单元对用户侧的电气量和环境量进行测量；通过DSP核心单元对电气及环境数据进行处理；通过通讯单元与上下级设备进行多种通信方式的通讯以及将本装置连接网络；通过液晶触摸屏实现方便的人机交互；ARM核心单元基于安卓系统。

图2所述的本实用新型供电单元包括：AC/DC电路、DC/DC电路。AC/DC电路的输入端并联至交流220V线路，采用LD12-20B05模块，该模块可以将220V交流电转换为5V直流电，最大输出功率12W；DC/DC电路由多款电源芯片构成，以为不同的模块供电，其中包括：TPS73HD318芯片作为DSP芯片的专用电源芯片，将5V转换成1.8V和3.3V，LM2596S模块作为所有需要3.3V的模块的电源，将5V转换成3.3V；TPS60403将5V转换成-5V，作为运算放大芯片的负电源。

电气采集单元包括：电压互感器、电流互感器、AD转换电路。电压互感器采用ZMPT107，电流互感器采用ZMCT118A，这两款互感器体积小，精度高，可以将电网的大电压、大电流转换为小电压、小电流信号，其输出均接AD转换电路的模拟输入接口；AD转换电路采用16位真双极性模数转换芯片AD7606-4，该芯片最多可实现多达4通道的同时采样，可以对输入的电压电流信号进行同时采样，其转换结果输出到DSP芯片的XINTF外部储存器接口。

所述开关单元包括大功率继电器和驱动电路。大功率继电器采用JQX-40F-1Z单相继电器，该继电器额定工作电压220V，最大切换电流60A，由DSP芯片发出的指令切换通断状态；驱动电路采用IB0512S模块和9013晶体管组成，IB0512S提供继电器动作所需的12V线圈电压，晶体管作为线圈供电回路的开关。

所述通讯单元包括载波模块、ZigBee模块、WIFI模块。载波模块的一次接口连接到220V线路，二次接口连接到DSP芯片，用于和其他装置建立电力线载波通讯连接；ZigBee模块采用DRF1609H模块，主要用于和上下级设备进行ZigBee组网通信；WIFI模块采用AP6212无线模块，支持802.11b/g/n，Bluetooth 4.0 dual mode，可以提供流畅的无线上网。

所述环境采集单元包括温湿度传感器和空气质量传感器。温湿度传感器采用HTU21D温湿度模块，专为低功耗小体积应用设计，具有快的响应速度、抗干扰能力强、微小的体积，极低的功耗。空气质量传感器采用MQ135空气质量检测模块，具有数字输出和模拟输出两种输出方式，空气有害气体浓度越大，模拟输出电压越高，对硫化物、苯系蒸汽、烟雾等有害气体具有很高的灵敏度，具有寿命长、可靠性高、响应恢复快等优点。

所述液晶触摸屏采用X710电容触摸显示屏，基于安卓系统的操作界面，可以为用户提供精美的交互界面和流畅的操作体验。

所述DSP核心单元包括DSP芯片、EEPROM。EEPROM芯片采用AT24C62，主要用于储存设备的预设参数如编号、自身特性、地址，以及各项修正参数如电压修正系数，电流系数等；DSP芯片采用TMS320F28335芯片，负责接收AD转换模块、温湿度传感器、空气质量传感器的原始测量数据，处理后得到电压、电流、功率、谐波、温湿度、空气质量等各项数据，处理结果传送给ARM芯片做高级优化计算以及显示，同时DSP芯片还负责与上下级设备和下级设备进行通讯。

所述ARM核心单元包括eMMC和ARM芯片。eMMC闪存采用KLM8G1WEPD-B031芯片，容量8GB，主要用于烧录ARM芯片运行所用的安卓系统；ARM芯片采用RK3188处理器，采用4核Cortex-A9架构，最高主频1.6GHz，安装装置配套软件，可以处理综合能源管理优化问题，得到最优化决策后将命令传输给DSP芯片，再由DSP芯片传输给各个下级装置或电器，从而实现自动的需求侧能源管理。

综上所述，本实用新型具有如下特点：

第一，装置采用DSP+ARM双核心架构，DSP芯片主要负责底层信息采集和运算，与其他电气设备设备进行通讯，ARM芯片主要提供用户交互界面，进行网络连接，以及根据底层采集到的数据进行能源管理优化，实现需求侧的主动响应。

第二，装置依托高精度的互感器和16位4通道的AD转换芯片，以及先进的传感器，可实现实时精确的电气测量和环境信息采集，为进行需求侧响应和能源管理优化提供了基础。

第三，装置具有良好的交互性，搭载液晶电容触摸屏，可以方便灵活地定制设备的交互界面，测量数据和优化结果一目了然，用户可以方便地进行参数设置或是直接对设备进行操作。