适合阶梯电价和分时电价的家用节电系统的制作方法
【专利摘要】一种适合阶梯电价和分时电价的家用节电系统，其特征是：其包括控制装置、输入输出设备、控制开关组和家用电表；控制装置包括微控制器和监控模块；微控制器可以读取其上的用电度数；监控模块置包括主控模块、一类家用电器驱动模块、二类家用电器驱动模块、三类家用电器驱动模块；主控模块用于对整个系统的集中控制，其首先用于对系统进行初始化，接受用户输入的家用电器开关信息，并根据其属性分别存放到一、二或三类家用电器开关信息序列缓存区中；并根据家用电器开关信息序列缓存区情况分别调用一、二、三类家用电器驱动模块进行处理。其能解决在降低电网周期总负荷时还可以减少高峰用电的瞬时功率。
【专利说明】适合阶梯电价和分时电价的家用节电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力需求终端领域，特别是一种适合阶梯电价和分时电价的家用节电系统。
【背景技术】
[0002]长期以来，我国对居民电价采取低价政策，从而造成用电量越多的用户，享受的补贴越多。为了促进资源节约和环境友好型社会建设，引导居民合理用电、节约用电，国家发改委提出对居民生活用电实行阶梯电价。阶梯电价鼓励大家周期(例如一月或一年内)用电总量减少，但是从用电波峰波谷来看，会导致尖峰(高峰)很高，低谷更低，导致发电机组的利用率下降、损耗会增加，由此国家又实行了分时电价，即用电高峰时电价高，用电低谷时电价低，以鼓励人们在用电低谷时使用更多的电器。阶梯电价限制人们周期内过多使用电能，分时电价使人们避免高峰时过多同时用电，政府通过这两项规定，力求同时解决在控制整个电网在一定时期(例如一个月或一年内)总负荷与减少瞬时负荷可能过高的矛盾。而目前配电网的现状:居民小区安装的电能表只是测量用户用电信息，并不能收集用户的预测用电信息，也不能根据阶段电价和分时电价的功能来指导用户用电，人们往往难以掌握一个月怎样使用各类电器才会少使用高档电价，也不会过多地在高价用电时间使用较大的用电器。即目前难以同时解决在降低电网周期总负荷时还可以减少高峰用电的瞬时功率与用户节约用电开资的难题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种适合阶梯电价和分时电价的家用节电系统；其能解决在降低电网周期总负荷时还可以减少高峰用电的瞬时功率，并可节约用户用电开资，即其可以很好地实现国家推出的阶梯电价和分时电价的目的，同时还能节约用户用电开资，且并不影响用户用电方便。
[0004]本发明的技术方案是:一种适合阶梯电价和分时电价的家用节电系统，其包括控制装置、输入输出设备、控制开关组和家用电表；
控制装置包括微控制器和监控模块；
输入输出设备与微控制器相连接，其用于输入控制信息和输出提不信息；
控制开关组包括一个以上的可控开关，每个可控开关设有输出回路和控制端，可控开关的输出回路并接在家用电器的启动开关上，实现对家用电器的开关进行控制，可控开关的控制端分别与微控制器相连接；
家用电表为数字电表，其电源端连接在用户用电线路中，其数据端口与微控制器相连接，微控制器可以读取其上的用电度数；
监控模块置于微控制器内，其包括主控模块、一类家用电器驱动模块、二类家用电器驱动模块和三类家用电器驱动模块；
主控模块用于对整个系统的集中控制，其首先用于对系统进行初始化，初始化包括如下操作:在存储区分出用于存放家用电器分类信息存储区，并将该存储区中再划分为一类家用电器开关信息序列缓存区、二类家用电器开关信息序列缓存区、三类家用电器开关信息序列缓存区，再将各家用电器分为三类，即分别按照各家用电器响应的紧迫性分成一类家用电器、二类家用电器或三类家用电器，并对各家用电器进行编号，将包括家用电器编号和家用电器分类号的家用电器信息根据其分类号分别存储到一类家用电器开关信息序列缓存区、二类家用电器开关信息序列缓存区、三类家用电器开关信息序列缓存区中，其还在存储区中分出用于存放家用电表数据信息的存储区，即分出家用电表数据信息存储区，还在存储区中分出用于存放国家电网中的阶梯电价及分时电价信息的存储区，即开辟出阶梯电价及分时电价信息存储区，并将国家电网的阶梯电价和分时电价储存在其中；初始化完毕后，接受用户输入的家用电器开关信息，家用电器开关信息包括家用电器编号、开关属性和执行预约时间属性三个属性，并根据其属性分别存放到一类家用电器开关信息序列缓存区、二类家用电器开关信息序列缓存区或三类家用电器开关信息序列缓存区中；然后依次查询一类家用电器开关信息序列缓存区、二类家用电器开关信息序列缓存区、三类家用电器开关信息序列缓存区中是否有家用电器开关信息，如果存在相应信息就分别调用一类家用电器驱动模块、二类家用电器驱动模块、三类家用电器驱动模块进行处理，处理完毕后再返回，进入用户输入接口；
一类家用电器驱动模块，其用于调度一类家用电器的运行，其首先判断一类家用电器开关信息序列缓存区是否为空，如果不存在则返回；如果存在，则从中读取一个家用电器开关信息，然后根据这个家用电器开关信息的内容，再进行开关时效判断处理:判断家用电器开关信息开关时间是否大于或者等于当前系统时间，如果是，则根据该家用电器开关信息具体内容，启动或者关闭相应家用电器，同时在一类家用电器开关信息序列缓存区删除这个家用电器开关信息，然后进入下一次判断一类家用电器开关信息序列缓存区是否为空，如果时间不相等，则跳过当前家用电器开关信息，再进入循环判断一类家用电器开关信息序列缓存区是否为空；
二类家用电器驱动模块，其用于调度二类家用电器开关信息序列缓存区中的二类家用电器的运行，其结构是在一类家用电器驱动模块结构的基础上增加了具有判断和处理本周期已用电量大于或等于阶梯电价中某一高档电量阀值的部件，其在一类家用电器驱动模块功能的基础上增加了给用户选择在高档电量时是否能继续使用相应的二类家用电器，即二类家用电器驱动模块包括开关时效的判断处理功能部件和本周期已用电量大于或等于阶梯电价中某一高档电量阀值的判断处理功能部件两个功能部件；
三类家用电器驱动模块，其用于调度三类家用电器开关信息序列缓存区中的三类家用电器的运行，其结构是在二类家用电器驱动模块结构的基础上增加了具有判断和处理“系统时间是否在分时电价的低价时段”的部件，其在二类家用电器驱动模块功能的基础上增加了给用户选择在低价时段是否能继续使用相应的三类家用电器，即三类家用电器驱动模块包括开关时效的判断处理功能部件、本周期已用电量大于或等于阶梯电价中某一高档电量阀值的判断处理功能部件和系统时间是否在分时电价的低价时段的判断处理功能部件三个功能部件。
[0005]本发明进一步的技术方案是:所述的微控制器为STM32F103C8T6单片机。
[0006]本发明更进一步的技术方案是:其还包括报警器，报警器为发光二极管和/或喇口八，其与微控制器STM32F103C8T6的I/O端口的PC(T7引脚相连接。
[0007]本发明再进一步的技术方案是:所述的输入输出设备包括具有输入输出功能的触摸屏，触摸屏与微控制器STM32F103C8T6的I/O端口的PB(Tl5引脚相连接。
[0008]本发明还进一步的技术方案是:所述的可控开关为继电器，各继电器的控制端分别与微控制器STM32F103C8T6的I/O端口的PA(Tl5引脚相连接。
[0009]本发明还进一步的技术方案是:所述的各继电器的控制端分别与微控制器STM32F103C8T6之间还串接有锁存器和光电隔离元件；继电器组与微控制器STM32F103C8T6之间还连接译码器。
[0010]本发明还进一步的技术方案是:所述的微控制器还与国家电网信息中心相连接，以向国家电网信息中下载阶梯电价与分时电价相关信息和向国家电网传送用户用电需求；监控模块还包括国家电网信息交换模块，主控模块初始化后还在存储区中分出阶梯电价及分时电价信息存储区，主控模块在初始化后调用国家电网信息交换模块；国家电网信息交换模块用于同国家电网信息中心交换数据，即用于获取关于用户用电的有关阶梯电价和分时电价数据，同时也可以向国家电网信息中心传送用户预用电信息，其周期性查询国家电网信息中心的数据中有关阶梯电价或分时电价信息是否变动，如果有变动则下载阶梯电价或分时电价信息，存放在阶梯电价及分时电价信息存储区，否则不下载，然后再查询电网是否有数据收集请求，如果有则向国家电网信息中心上传该用户的家用电器预用电信息，为国家电网用电调度提供基础数据，否则不上传，再返回。
[0011]本发明还进一步的技术方案是:所述的二类家用电器驱动模块，其用于，首先判断二类家用电器开关信息序列缓存区是否为空，如果为空则返回；如果不为空，则从中读取一个家用电器开关信息，然后读取家用电表中当前的用电量，同时存储到家用电表数据信息存储区中，并从家用电表数据信息存储区中读取上一周期结束时的用电量，使用当前的用电量减去上一周期结束时的用电量得到本周期已经用电量，再从阶梯电价及分时电价信息存储区读取阶梯电价信息，如果本周期已用电量大于或等于阶梯电价中某一高档电量阀值就启动用户提示功能，并等待用户确认是否允许启动该家用电器；如果本周期已用电量小于阶梯电价中某一高档电量阀值则跳过该用户确认启动判断；如果用户确认不允许启动该家用电器，则直接跳过当前家用电器开关信息，再进入循环判断二类家用电器开关信息序列缓存区是否为空；如果用户允许在高档电量时启动该家用电器，则再判断该家用电器开关信息中所规定的开关时间是否大于或者等于与当前时间，如果大于或者等于，则根据开关信息具体内容，启动或者关闭相应家用电器，同时在一类家用电器开关信息序列缓存区删除这个家用电器开关信息，然后进入下一次循环判断二类家用电器开关信息序列缓存区是否为空；如果该家用电器的开关信息中开关时间小于当前时间，则跳过当前家用电器开关信息，再进入循环判断二类家用电器开关信息序列缓存区是否为空。
[0012]本发明还进一步的技术方案是:所述的三类家用电器驱动模块，其用于，首先判断三类家用电器开关信息序列缓存区是否为空，如果为空则返回；如果不为空，则从中读取一个家用电器开关信息，然后读取家用电表中当前的用电量，同时存储到家用电表数据信息存储区中，并从家用电表数据信息存储区中读取上一周期结束时的用电量，使用当前的用电量减去上一周期结束时的用电量得到本周期已经用电量，再从阶梯电价及分时电价信息存储区读取阶梯电价信息，如果本周期已用电量大于或等于阶梯电价中某一高档电量阀值就启动用户提示功能，并等待用户确认是否允许启动该家用电器；如果本周期已用电量小于阶梯电价中某一高档电量阀值则跳过该用户确认启动判断；如果用户确认不允许启动该家用电器，则直接跳过当前家用电器开关信息，再进入循环判断三类家用电器开关信息序列缓存区是否为空；如果用户允许在高档电量时启动该家用电器，则进行分时电价的判断，即通过从阶梯电价及分时电价信息的存储区中读取低价时段，然后判断系统时间是否在分时电价的低价时段，如果在，则跳过用户对分时电价启动的确认，如果不在低价时段，则提示用户输入确认，并等待用户确认是否允许启动该家用电器，当用户不允许启动时，则跳过当前家用电器开关信息，再进入循环判断三类家用电器开关信息序列缓存区是否为空；如果用户确认不在低价时段时也允许启动，则再判断该家用电器开关信息中所规定的开关时间是否大于或者等于与当前时间，如果大于或者等于，则根据开关信息具体内容，启动或者关闭相应家用电器，同时在一类家用电器开关信息序列缓存区删除这个家用电器开关信息，然后进入下一次循环判断三类家用电器开关信息序列缓存区是否为空；如果该家用电器的开关信息中开关时间小于当前时间，则跳过当前家用电器开关信息，再进入循环判断三类家用电器开关信息序列缓存区是否为空。
[0013]本发明还进一步的技术方案是:所述的一类家用电器包括照明灯、电磁炉、电冰箱和电饭锅，二类家用电器包括电脑、电视、音箱和空调，三类家用电器包括洗衣机和除尘器。
[0014]本发明与现有技术相比具有如下特点:
1、其能解决在降低电网周期总负荷时还可以减少高峰用电的瞬时功率，并可节约用户用电开资，其可以很好地实现国家推出的阶梯电价和分时电价的目的，同时还能节约用户用电开资，且并不影响用户用电方便；
2、实现电网与用户协调运行:既可以方便用户将用电需求上传至调度中心(依赖于电网信息中心的数据)，也方便接收电网实时用电信息，以便于调节用户用电行为；对电网而言，可以使总负荷在时间上均匀；对用户而言，在高电价时提醒用户少用电，或者不用电，或者将一些可以延时用电的电器安排在电价较低的时候启动，从而带来经济实惠，为国家节约电能。
[0015]为了更清楚地说明本发明，列举以下实施例，但其对发明的范围无任何限制。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的主控模块的工作流程原理示意图；
图3为本发明的国家电网信息交换模块的工作流程原理示意图；
图4为本发明的一类家用电器驱动模块的工作流程原理示意图；
图5为本发明的二类家用电器驱动模块的工作流程原理示意图；
图6为本发明的三类家用电器驱动模块的工作流程原理示意图。
[0017]【具体实施方式】。
[0018]实施例1
如图1所示，一种适合阶梯电价和分时电价的家用节电系统，其包括控制装置、输入输出设备、控制开关组、报警器和家用电表。
[0019]控制装置包括微控制器和监控模块；微控制器内具有微处理器CPU、内存等部件，其还可以连接存储卡等外存，其可直接采用基于ARM的32位微控制器STM32F103C8T6。微控制器STM32F103C8T6为TI公司(德州仪器)产品。
[0020]输入输出设备包括显示器、键盘，或/和同时具有输入输出功能的触摸屏，显示器、键盘、触摸屏均与控制装置的微控制器STM32F103C8T6的I/O端口(即输入输出端口)的ΡΒ(Γ15引脚相连接；触摸屏可采用2.8英寸、控制器为SPFD5408的TFT液晶触摸屏。
[0021]微控制器还通过以太网、异步串行通信等方式与国家电网信息中心相连接，以向国家电网信息中下载阶梯电价与分时电价相关信息，同时可以向国家电网传送用户用电需求(预用电计划)，方便国家电网统筹用电调度。
[0022]控制开关组为继电器组(当然，其也可以为其他可控开关组，这属于等同技术替换)，继电器组为一个以上的继电器，其个数与所在家庭需要统一进行节电控制的用电器的个数相同(或者是大于)，每个继电器的电路端(即输出回路，也即触点或被控制系统)并接(即并连连接)在家用电器的启动开关上，实现对家用电器的开关(即启动与关闭)进行控制；各继电器的控制端(一般为线包线圈，即控制系统)分别与微控制器STM32F103C8T6的I/O端口的ΡΑ(Γ15引脚相连接，实现微控制器对各继电器的开关控制(进而实现对家用电器的开关控制)，各继电器的控制端分别与微控制器STM32F103C8T6之间还可以串接锁存器和光电隔离元件，锁存器可以保持开关的状态，光电隔离元件可以增强保护功能。继电器组与微控制器STM32F103C8T6之间还可以连接译码器，实现更多家用电器的控制，即家用电器超过16个引脚的个数时，可以采用译码器连接，扩大可控制范围。
[0023]报警器为发光二极管、喇叭、震动器等具有提醒作用的器件，其与微控制器STM32F103C8T6的I/O端口的PC(T7引脚相连接，其间还可以连接功率放大器(附图没有示出这一结构)，报警器主要用于人们在打开用电器时，提醒与当时电价相关的情况。
[0024]家用电表一般采用数字电表，其电源端连接在用户用电线路中，其数据端口与微控制器STM32F103C8T6的I/O端口的PC8?15引脚相连接，微控制器STM32F103C8T6可以读取其上的用电度数。
[0025]如图2-6所示，监控模块置于微控制器STM32F103C8T6内，其包括主控模块、国家电网信息交换模块、一类家用电器驱动模块、二类家用电器驱动模块和三类家用电器驱动模块；
如图2所示，主控模块用于对整个系统的集中控制，其首先用于对系统进行初始化，初始化主要包括如下操作:在存储区(可以是内存，也可以是外存，最好为掉电不会丢失的存储卡的外存上)分出用于存放家用电器分类信息存储区，每一个家用电器信息至少包括“家用电器编号”和“家用电器分类号”两个基本信息；对各家用电器进行编号，并分成三类，家用电器一般采用如下方式分类:一类家用电器为日常生活必需的，同时需要立即响应(开启或关闭)的家用电器，例如，如:照明、电磁炉、电冰箱、电饭锅等，二类家用电器非绝对即时响应，只是增加家庭环境舒适度的家用电器，如:电脑、电视、音箱、空调等，三类家用电器增加家庭环境舒适度且不必要立即开启使用的家用电器如:洗衣机、除尘器等；家用电器信息登记在家用电器分类信息存储区，用户的所有家用电器信息存储在家用电器分类信息存储区中，这种登记可以通过输入输出设备录入(包括键盘录入或者U盘拷贝等方式输入);在存储区中再分出三个缓存区，其分别用于存储一、二、三类家用电器的开关信息序列，即一类家用电器开关信息序列缓存区、二类家用电器开关信息序列缓存区、三类家用电器开关信息序列缓存区；其还在存储区中分出用于存放国家电网中的阶梯电价及分时电价信息的存储区，即开辟出阶梯电价及分时电价信息存储区；其还在存储区中分出用于存放家用电表数据信息的存储区，即开辟出家用电表数据信息存储区；
初始化完毕后，进入用户输入接口，查询是否有用户输入的家用电器开关信息(用户输入的家用电器开关信息一般是先暂存在缓存中，然后发中断请求，系统CPU有空时就采集这些信息)，如果有，则接受用户通过触摸屏、键盘等方式输入的家用电器开关信息，即将用户输入的家用电器开关信息存入，每个开关信息中至少包括三个属性，一个为家用电器名称或者编号，另一个为功能信息属性，即为“打开”或者“关闭”，再一个为执行预约时间属性，即什么时候开始执行打开或者关闭，如果需要立即打开，则预约时间为“零”，例如:“1、on、15:01”、“2、off >20:02”分别为一个开关信息，其分别表不“第I号家用电器于15:01时开始运行”、“第2号家用电器20:02时关闭”，当然还可以设计循环执行方式，例如“l、on、MT 15:01”表示“第I号家用电器于每天15:01时开始运行”，其中“MT”表示每天，等格式均可事先定义，对所有用户输入的开关信息序列，根据其家用电器编号从家用电器分类信息存储区中的家用电器登记信息中查找相应分类号，再根据分类号分别存于相应家用电器开关信息序列缓存区(一类家用电器开关信息序列缓存区、二类家用电器开关信息序列缓存区或三类家用电器开关信息序列缓存区)中，即一类家用电器开关信息序列缓存区、二类家用电器开关信息序列缓存区、三类家用电器开关信息序列缓存区中分别存放用户输入的一、二、三类家用电器开关信息序列，相应信息还可以发送到显示装置(如触摸屏)上，给用户以直观的感觉提示；主控模块还控制与国家电网信息中心进行信息交换，为提高效率，一般采用周期性与国家电网信息中心进行信息交换，例如每天或每个月的某个固定时间进行一次信息交换，而不是时刻不断访问国家电网信息中心进行信息中，否则容易造成系统总是处于忙碌状态，且可能给国家电网信息中心造成沉重信息处理负担，甚至卡死，当到一固定交换信息时间时，再查询与国家电网信息中心的网络是否畅通，网络畅通就调用国家电网信息交换模块，实现与国家电网进行信息交换，主要是下载变动的阶梯电价及分时电价信息和上传用户已经用电信息和预用电信息；然后依次查询一类家用电器开关信息序列缓存区、二类家用电器开关信息序列缓存区、三类家用电器开关信息序列缓存区中是否有家用电器开关信息，如果存在相应信息就分别调用相应的家用电器驱动模块(一类家用电器驱动模块、二类家用电器驱动模块、三类家用电器驱动模块)进行处理，处理完毕后再返回，进入用户输入接口。
[0026]如图3所示，国家电网信息交换模块，其用于同国家电网信息中心交换数据，即用于获取关于用户用电的有关阶梯电价和分时电价数据，同时也可以向国家电网信息中心传送用户预用电信息(通过对家用电器开关信息序列缓存区中的信息进行计算和统计可以知道用户在将来一定时期内可能使用电量情况，国家电网信息中心根据用户预用电信息可得到往后一定时期(一般为一天、一个星期或一个月或半年)需要启动哪些电器、电器使用时间、电器功率，国家电网获得这些用户预用电信息后，可以推算出一户、一个社区或一个片区在将来一段时间可能使用的电能，为电能调度提供可参考的数据；)；其首先判断目前时刻是不是查询时间，一般采用周期性(例如可以设定一天、一星期或一个月在某一时刻查询一次)查询国家电网信息中心的数据，而不每运行一次就查询一次，这样采用周期性查询可以节约系统运行资源，不会使系统过多地浪费在查询中，如果是在查询时间，则查询电网的阶梯电价或分时电价信息是否变动，如果有变动则下载阶梯电价或分时电价信息，存放在阶梯电价及分时电价信息存储区，否则不下载；然后再查询电网是否有数据收集请求，如果有则向国家电网信息中心上传该用户的家用电器预用电信息，为国家电网用电调度提供基础数据，否则不上传；再返回。
[0027]如图4所示，一类家用电器驱动模块，其用于调度一类家用电器的运行，其首先判断一类家用电器开关信息序列缓存区是否为空(即是否还存在家用电器开关信息)，如果不存在则返回；如果存在，则从中读取一个家用电器开关信息，然后根据这个家用电器开关信息的内容，判断其开关时间是否大于或者等于当前系统时间(即开关时间是否已经到达)，如果是，则根据该家用电器开关信息具体内容，启动或者关闭相应(家用器的编号与家用电器相对应，打开或者关闭相应的继电器)家用电器，同时在一类家用电器开关信息序列缓存区删除这个家用电器开关信息，然后进入下一次判断一类家用电器开关信息序列缓存区是否为空；如果时间不相等，则跳过当前家用电器开关信息，再进入循环判断一类家用电器开关信息序列缓存区是否为空。
[0028]如图5所示，二类家用电器驱动模块，其用于调度二类家用电器的运行，其基本结构是在一类家用电器驱动模块的基础上增加了具有判断和处理“本周期已用电量大于或等于阶梯电价中某一高档电量阀值”的部件；具体是，其首先判断二类家用电器开关信息序列缓存区是否为空(即是否还存在家用电器开关信息)，如果为空则返回；如果不为空，则从中读取一个家用电器开关信息，然后读取家用电表中当前的用电量，同时存储到家用电表数据信息存储区中，并从家用电表数据信息存储区中读取上一周期结束时的用电量(一般以月为周期，即每一个月结束时，读取当时家用电表用电量存入在家用电表数据信息的存储区中，以便下次计算当前月用电量时使用)，使用当前的用电量减去上一周期结束时的用电量得到本周期(一般为本月)已经用电量，再从阶梯电价及分时电价信息存储区读取阶梯电价信息，如果本周期已用电量大于或等于阶梯电价中某一高档电量阀值(例如目前许多地方规定了家用电有两个高档电量阀值，大于180度为二档电价(即第一个高档电量阀值为180度)，大于350度为三档电价(即第二个高档电量阀值为350度))就启动用户提示功能(提示出电表读数、上一周期结束时的用电量、本周期已用电量等信息，还可以通过报警器发出提示声音)，并等待用户确认是否允许启动该家用电器，等待时间一般不大于五分钟，超过五分钟时间如果用户还没有确认是否启动，则默认用户没有确认启动；如果本周期已用电量小于阶梯电价中某一高档电量阀值则跳过该用户确认启动判断；如果用户确认不允许启动该家用电器，则直接跳过当前家用电器开关信息，再进入循环判断二类家用电器开关信息序列缓存区是否为空；如果用户允许在高档电量时启动该家用电器，则再判断该家用电器开关信息中所规定的开关(断开或关闭)时间是否大于或者等于与当前时间(即开关时间是否已经到达，一般精确到分钟)，如果大于或者等于，则根据开关信息具体内容，启动或者关闭相应(家用器的编号与家用电器相对应，打开或者关闭相应的继电器)家用电器，同时在一类家用电器开关信息序列缓存区删除这个家用电器开关信息，然后进入下一次循环判断二类家用电器开关信息序列缓存区是否为空；如果该家用电器的开关信息中开关时间小于当前时间，则跳过当前家用电器开关信息，再进入循环判断二类家用电器开关信息序列缓存区是否为空。
[0029]如图6所示，三类家用电器驱动模块，其用于调度三类家用电器的运行，其基本结构是在二类家用电器驱动模块的基础上增加了具有判断和处理“系统时间是否在分时电价的低价时段”的部件；具体是，其首先判断三类家用电器开关信息序列缓存区是否为空(即是否还存在家用电器开关信息)，如果为空则返回；如果不为空，则从中读取一个家用电器开关信息，然后读取家用电表中当前的用电量，同时存储到家用电表数据信息存储区中，并从家用电表数据信息存储区中读取上一周期结束时的用电量(一般以月为周期，即每一个月结束时，读取当时家用电表用电量存入在家用电表数据信息的存储区中，以便下次计算当前月用电量时使用)，使用当前的用电量减去上一周期结束时的用电量得到本周期(一般为本月)已经用电量，再从阶梯电价及分时电价信息存储区读取阶梯电价信息，如果本周期已用电量大于或等于阶梯电价中某一高档电量阀值(例如目前许多地方规定了家用电有两个高档电量阀值，大于180度为二档电价(即第一个高档电量阀值为180度)，大于350度为三档电价(即第二个高档电量阀值为350度))就启动用户提示功能(提示出电表读数、上一周期结束时的用电量、本周期已用电量等信息，还可以通过报警器发出提示声音)，并等待用户确认是否允许启动该家用电器，等待时间一般不大于五分钟，超过五分钟时间如果用户还没有确认是否启动，则默认用户没有确认启动；如果本周期已用电量小于阶梯电价中某一高档电量阀值则跳过该用户确认启动判断；如果用户确认不允许启动该家用电器，则直接跳过当前家用电器开关信息，再进入循环判断三类家用电器开关信息序列缓存区是否为空；如果用户允许在高档电量时启动该家用电器，则进行分时电价的判断，即通过从阶梯电价及分时电价信息的存储区中读取低价时段，然后判断系统时间(即当前时间)是否在分时电价的低价时段，如果在(即当前不在高阶时段)，则跳过用户对分时电价启动的确认，如果不在低价时段，则提示用户输入确认，并等待用户确认是否允许启动该家用电器，等待时间一般不大于五分钟，超过五分钟时间如果用户还没有确认是否启动，则默认用户没有确认启动，当用户不允许启动时(即不在高价时段用电)，则跳过当前家用电器开关信息，再进入循环判断三类家用电器开关信息序列缓存区是否为空；如果用户确认不在低价时段时也允许启动(即不考虑分时电价的影响时)，则再判断该家用电器开关信息中所规定的开关(断开或关闭)时间是否大于或者等于与当前时间(即开关时间是否已经到达，一般精确到分钟)，如果大于或者等于，则根据开关信息具体内容，启动或者关闭相应(家用器的编号与家用电器相对应，打开或者关闭相应的继电器)家用电器，同时在一类家用电器开关信息序列缓存区删除这个家用电器开关信息，然后进入下一次循环判断三类家用电器开关信息序列缓存区是否为空；如果该家用电器的开关信息中开关时间小于当前时间，则跳过当前家用电器开关信息，再进入循环判断三类家用电器开关信息序列缓存区是否为空。
[0030]本发明所指的国家电网信息中心，是指用户所接电力的管理中心(一般为当地电业所、电业局)的数据系统，其可以提供给用户用电的有关阶梯电价和分时电价数据。
[0031]所述当前时间也是指系统时间，即校正好的系统时钟时间，在国内一般是与北京时间一致。
[0032]在用户输入界面中还可以对各家用电器开关信息进行增加删除、修改等操作，以完善系统的适应性、方便性。
【权利要求】
1.一种适合阶梯电价和分时电价的家用节电系统，其特征是:其包括控制装置、输入输出设备、控制开关组和家用电表； 控制装置包括微控制器和监控模块； 输入输出设备与微控制器相连接，其用于输入控制信息和输出提不信息； 控制开关组包括一个以上的可控开关，每个可控开关设有输出回路和控制端，可控开关的输出回路并接在家用电器的启动开关上，实现对家用电器的开关进行控制，可控开关的控制端分别与微控制器相连接； 家用电表为数字电表，其电源端连接在用户用电线路中，其数据端口与微控制器相连接，微控制器可以读取其上的用电度数； 监控模块置于微控制器内，其包括主控模块、一类家用电器驱动模块、二类家用电器驱动模块和三类家用电器驱动模块； 主控模块用于对整个系统的集中控制，其首先用于对系统进行初始化，初始化包括如下操作:在存储区分出用于存放家用电器分类信息存储区，并将该存储区中再划分为一类家用电器开关信息序列缓存区、二类家用电器开关信息序列缓存区、三类家用电器开关信息序列缓存区，再将各家用电器分为三类，即分别按照各家用电器响应的紧迫性分成一类家用电器、二类家用电器或三类家用电器，并对各家用电器进行编号，将包括家用电器编号和家用电器分类号的家用电器信息根据其分类号分别存储到一类家用电器开关信息序列缓存区、二类家用电器开关信息序列缓存区、三类家用电器开关信息序列缓存区中，其还在存储区中分出用于存放家用电表数据信息的存储区，即分出家用电表数据信息存储区，还在存储区中分出用于存放国家电网中的阶梯电价及分时电价信息的存储区，即开辟出阶梯电价及分时电价信息存储区，并将国家电网的阶梯电价和分时电价储存在其中；初始化完毕后，接受用户输入的家用电器开关信息，家用电器开关信息包括家用电器编号、开关属性和执行预约时间属性三个属性，并根据其属性分别存放到一类家用电器开关信息序列缓存区、二类家用电器开关信息序列缓存区或三类家用电器开关信息序列缓存区中；然后依次查询一类家用电器开关信息序列缓存区、二类家用电器开关信息序列缓存区、三类家用电器开关信息序列缓存区中是否有家用电器开关信息，如果存在相应信息就分别调用一类家用电器驱动模块、二类家用电器驱动模块、三类家用电器驱动模块进行处理，处理完毕后再返回，进入用户输入接口； 一类家用电器驱动模块，其用于调度一类家用电器的运行，其首先判断一类家用电器开关信息序列缓存区是否为空，如果不存在则返回；如果存在，则从中读取一个家用电器开关信息，然后根据这个家用电器开关信息的内容，再进行开关时效判断处理:判断家用电器开关信息开关时间是否大于或者等于当前系统时间，如果是，则根据该家用电器开关信息具体内容，启动或者关闭相应家用电器，同时在一类家用电器开关信息序列缓存区删除这个家用电器开关信息，然后进入下一次判断一类家用电器开关信息序列缓存区是否为空，如果时间不相等，则跳过当前家用电器开关信息，再进入循环判断一类家用电器开关信息序列缓存区是否为空； 二类家用电器驱动模块，其用于调度二类家用电器开关信息序列缓存区中的二类家用电器的运行，其结构是在一类家用电器驱动模块结构的基础上增加了具有判断和处理本周期已用电量大于或等于阶梯电价中某一高档电量阀值的部件，其在一类家用电器驱动模块功能的基础上增加了给用户选择在高档电量时是否能继续使用相应的二类家用电器，即二类家用电器驱动模块包括开关时效的判断处理功能部件和本周期已用电量大于或等于阶梯电价中某一高档电量阀值的判断处理功能部件两个功能部件； 三类家用电器驱动模块，其用于调度三类家用电器开关信息序列缓存区中的三类家用电器的运行，其结构是在二类家用电器驱动模块结构的基础上增加了具有判断和处理“系统时间是否在分时电价的低价时段”的部件，其在二类家用电器驱动模块功能的基础上增加了给用户选择在低价时段是否能继续使用相应的三类家用电器，即三类家用电器驱动模块包括开关时效的判断处理功能部件、本周期已用电量大于或等于阶梯电价中某一高档电量阀值的判断处理功能部件和系统时间是否在分时电价的低价时段的判断处理功能部件三个功能部件。
2.根据权利要求1所述的适合阶梯电价和分时电价的家用节电系统，其特征是:所述的微控制器为STM32F103C8T6单片机。
3.根据权利要求2所述的适合阶梯电价和分时电价的家用节电系统，其特征是:其还包括报警器，报警器为发光二极管和/或喇叭，其与微控制器STM32F103C8T6的I/O端口的PC(T7引脚相连接。
4.根据权利要求3所述的适合阶梯电价和分时电价的家用节电系统，其特征是:输入输出设备包括具有输入输出功能的触摸屏，触摸屏与微控制器STM32F103C8T6的I/O端口的ΡΒ(Γ15引脚相连接。
5.根据权利要求4所述的适合阶梯电价和分时电价的家用节电系统，其特征是:所述的可控开关为继电器，各继电器的控制端分别与微控制器STM32F103C8T6的I/O端口的ΡΑ0?15引脚相连接。
6.根据权利要求5所述的适合阶梯电价和分时电价的家用节电系统，其特征是:所述的各继电器的控制端分别与微控制器STM32F103C8T6之间还串接有锁存器和光电隔离元件；继电器组与微控制器STM32F103C8T6之间还连接译码器。
7.根据权利要求1或2所述的适合阶梯电价和分时电价的家用节电系统，其特征是:所述的微控制器还与国家电网信息中心相连接，以向国家电网信息中下载阶梯电价与分时电价相关信息和向国家电网传送用户用电需求；监控模块还包括国家电网信息交换模块，主控模块初始化后还在存储区中分出阶梯电价及分时电价信息存储区，主控模块在初始化后调用国家电网信息交换模块；国家电网信息交换模块用于同国家电网信息中心交换数据，即用于获取关于用户用电的有关阶梯电价和分时电价数据，同时也可以向国家电网信息中心传送用户预用电信息，其周期性查询国家电网信息中心的数据中有关阶梯电价或分时电价信息是否变动，如果有变动则下载阶梯电价或分时电价信息，存放在阶梯电价及分时电价信息存储区，否则不下载，然后再查询电网是否有数据收集请求，如果有则向国家电网信息中心上传该用户的家用电器预用电信息，为国家电网用电调度提供基础数据，否则不上传，再返回。
8.根据权利要求7所述的适合阶梯电价和分时电价的家用节电系统，其特征是:所述的二类家用电器驱动模块，其用于，首先判断二类家用电器开关信息序列缓存区是否为空，如果为空则返回；如果不为空，则从中读取一个家用电器开关信息，然后读取家用电表中当前的用电量，同时存储到家用电表数据信息存储区中，并从家用电表数据信息存储区中读取上一周期结束时的用电量，使用当前的用电量减去上一周期结束时的用电量得到本周期已经用电量，再从阶梯电价及分时电价信息存储区读取阶梯电价信息，如果本周期已用电量大于或等于阶梯电价中某一高档电量阀值就启动用户提示功能，并等待用户确认是否允许启动该家用电器；如果本周期已用电量小于阶梯电价中某一高档电量阀值则跳过该用户确认启动判断；如果用户确认不允许启动该家用电器，则直接跳过当前家用电器开关信息，再进入循环判断二类家用电器开关信息序列缓存区是否为空；如果用户允许在高档电量时启动该家用电器，则再判断该家用电器开关信息中所规定的开关时间是否大于或者等于与当前时间，如果大于或者等于，则根据开关信息具体内容，启动或者关闭相应家用电器，同时在一类家用电器开关信息序列缓存区删除这个家用电器开关信息，然后进入下一次循环判断二类家用电器开关信息序列缓存区是否为空；如果该家用电器的开关信息中开关时间小于当前时间，则跳过当前家用电器开关信息，再进入循环判断二类家用电器开关信息序列缓存区是否为空。
9.根据权利要求8所述的适合阶梯电价和分时电价的家用节电系统，其特征是:所述的三类家用电器驱动模块，其用于，首先判断三类家用电器开关信息序列缓存区是否为空，如果为空则返回；如果不为空，则从中读取一个家用电器开关信息，然后读取家用电表中当前的用电量，同时存储到家用电表数据信息存储区中，并从家用电表数据信息存储区中读取上一周期结束时的用电量，使用当前的用电量减去上一周期结束时的用电量得到本周期已经用电量，再从阶梯电价及分时电价信息存储区读取阶梯电价信息，如果本周期已用电量大于或等于阶梯电价中某一高档电量阀值就启动用户提示功能，并等待用户确认是否允许启动该家用电器；如果本周期已用电量小于阶梯电价中某一高档电量阀值则跳过该用户确认启动判断；如果用户确认不允许启动该家用电器，则直接跳过当前家用电器开关信息，再进入循环判断三类家用电器开关信息序列缓存区是否为空；如果用户允许在高档电量时启动该家用电器，则进行分时电价的判断，即通过从阶梯电价及分时电价信息的存储区中读取低价时段，然后判断系统时间是否在分时电价的低价时段，如果在，则跳过用户对分时电价启动的确认，如果不在低价时段，则提示用户输入确认，并等待用户确认是否允许启动该家用电器，当用户不允许启动时，则跳过当前家用电器开关信息，再进入循环判断三类家用电器开关信息序列缓存区是否为空；如果用户确认不在低价时段时也允许启动，则再判断该家用电器开关信息中所规定的开关时间是否大于或者等于与当前时间，如果大于或者等于，则根据开关信息具体内容，启动或者关闭相应家用电器，同时在一类家用电器开关信息序列缓存区删除这个家用电器开关信息，然后进入下一次循环判断三类家用电器开关信息序列缓存区是否为空；如果该家用电器的开关信息中开关时间小于当前时间，则跳过当前家用电器开关信息，再进入循环判断三类家用电器开关信息序列缓存区是否为空。
10.根据权利要求9所述的适合阶梯电价和分时电价的家用节电系统，其特征是:所述的一类家用电器包括照明灯、电磁炉、电冰箱和电饭锅，二类家用电器包括电脑、电视、音箱和空调，三类家用电器包括洗衣机和除尘器。
【文档编号】H02J13/00GK104466955SQ201410765553
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】曾铁军 申请人:南华大学