CN103353727B - 基于合金电阻和射频识别的就地综合智能插座 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于合金电阻和射频识别的就地综合智能插座，该插座包括具有RFID识别器的插孔，所述插座的电路包括合金电阻及与其并联的电压测量单元；所述合金电阻与电压测量单元并联后分别与可控开关和大阻抗器件串联形成串联单元；与可控开关串联的串联单元接入电气回路；与大阻抗器件串联的串联单元的大阻抗器件和合金电阻分别连接火线与零线；所述可控开关和***显示交互设备分别与微控制器的输出端相连；所述微控制器的输入端分别连接电压测量单元、RFID识别器和所述***显示交互设备；所述微控制器和所述电压测量单元分别与供电单元连接。本发明集电器电量计量、自动控制、故障保护、数据分析、身份识别于一体，实现智能电器就地综合智能控制的一体化智能终端设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能家居与智能用电信息采集与控制领域的插座，具体讲涉及一种基于合金电阻和射频识别的就地综合智能插座。
背景技术
目前，智能电网已成为全球能源发展和变革中的重大研究课题。智能电网的基本思想是利用先进的数字化信息网络将发电、输电、变电、配电和用电服务以及蓄能与能源终端用户的各种电气设备和其他用能设施连接在一起，通过智能化控制实现对电能的管理，通过精确供能、对应供能、互助供能和互补供能等方式，达到提高资源利用效率，提高供电质量和可靠性的目标。
在智能电网的各环节中，智能用电作为一个重要部分打破了传统电力***对用电负荷粗放式管理的局面。以往电力***对用电负荷的感知能力仅仅局限于用户的电表，对内用户内部用电的电器种类和用电方式习惯等都缺乏感知和测量的能力。因此，作为用户用电的关键节点设备，用电插座需要具备很多传统运行方式中尚不具备的功能，成为电力***与用户用电深入感知互动的关键设备。
基于智能用电以及智能电网整体规划的需要，为了能够深入感知用户用电信息和实现智能化需求侧管理与控制。在智能电器尚不具备大规模联网和统一协调控制的阶段，在小范围内通过就地智能分析与控制的智能插座技术就显得尤为重要，以实现有限范围内(家居内)智能优化电器监测与控制。
目前市场上的智能插座良莠不齐，实现的功能尚不全面。且由于功能繁多，结构复杂且体积庞大，不便于使用。
发明内容
针对上述问题，本发明通过整合基于高精密合金电阻的电气测量技术、射频识别技术和计算机智能处理技术，提供了一种满足全面实现智能电网与智能用电对智能插座的功能需求的智能插座。
实现上述目的所采用的解决方案为：
一种基于合金电阻和射频识别的就地综合智能插座，所述插座包括RFID识别器，其改进之处在于：所述插座的电路包括合金电阻及与其并联的电压测量单元；
所述合金电阻与电压测量单元并联后分别与可控开关和大阻抗器件串联形成串联单元；所述合金电阻与电压测量单元并联后与可控开关串联组成的串联单元接入电气回路；所述合金电阻与电压测量单元并联后与大阻抗器件串联组成的串联单元中大阻抗器件连接火线，合金电阻连接零线；
所述可控开关和***显示交互设备分别与微控制器的输出端相连；所述微控制器的输入端分别连接电压测量单元、RFID识别器和所述***显示交互设备；
所述微控制器和所述电压测量单元分别与供电单元连接。
进一步的，所述电压测量单元包括电压测量传感器；所述大阻抗器件包括大阻抗电阻或电容，用于承受电网高压端的电压。
进一步的，所述插孔RFID识别器读取电器插头的RFID标签的信息；
所述RFID标签与电器身份的对应关系通过所述***显示交互设备设定存储。
进一步的，所述合金电阻的阻值小于0.001欧姆；
所述合金电阻为包括锰含量为12％和镍含量为3％的锰白铜。
进一步的，所述微控制器的周期性循环运算过程包括以下步骤：
I、读取电压测量单元的数据及电器ID；
II、计算电压和电流，获得过流和低压保护限值；
III、判断电压和/或电流；当微控制器所计算出的电流值超过过流保护限值或电压值低于低压保护限值，可发出指令使可控开关开断；
IV、获得功率及累计电量；
V、向***显示交互设备输入电流、电压、功率、电量和电气ID的数值；
VI、计算开关控制逻辑表达式；
VII、判断控制逻辑。
进一步的，所述步骤I的数据包括合金电阻两端的电压降落。
进一步的，所述步骤II的计算模块包括根据所述电压降落和合金电阻值计算电流的模块，及根据电流和所述大阻抗器件及与其并联的合金电阻的总阻抗计算电压的模块。
进一步的，所述步骤I的电器ID通过所述RFID识别器读取安装于电器插头上的RFID标签获得。
进一步的，所述步骤VI的开关控制逻辑表达式为用户通过***显示交互设备根据时间、电器身份、功率和电量设置可控开关开通与关断的逻辑条件。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的就地综合智能插座采用高精密合金电阻，将高精度合金电阻由电路电流产生的电压降落直接输入电压测量装置或模块，实现精确测量各自电压降落，解决智能插座的高精度电气测量和小型化问题。
(2)本发明的就地综合智能插座引入视频识别RFID技术解决电器身份识别与匹配问题；并采用高频RFID，读取距离小，保证可靠性。
(3)本发明的就地综合智能插座基于基本信息的本地智能处理运算，从而可进一步实现自适应的高精度测量、过流低压故障保护、用户制定的自动开断与闭合等智能化功能。
(4)本发明的就地综合智能插座能利用两套合金电阻作为传感器的核心元件，实现供电电路强电设备与弱电设备的电气关联，简化电气测量的原理，改善其对于电力***频率、动态等特性的适应性，并提高精度缩小体积。
(5)本发明的就地综合智能插座能集电流电压直接测量、功率和电器电量计量、身份识别、自动控制、故障保护、数据分析于一体，实现智能电器就地综合智能控制的一体化智能终端设备。
附图说明
图1是测量示意图；
图2是装置结构示意图；
图3是微控制器运算流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
如图1所示，图1为测量示意图；
基于高精度合金电阻和射频识别的就地综合智能插座包括两套以高精密的合金电阻为核心的电压测量单元A和B、大阻抗器件、微控制器、供电单元、RFID识别器、可控开关。
W1、W2直接与被测电路相连接，W3、W4为感测线路；W5、W6与大阻抗器件构成的电压测量支路相连接，W7、W8为感测线路；合金电阻A和B的电压测量装置的信号经***放大电路Y输出，输出端A和B分别输出两套合金电阻上所测量到的电压降落。插孔部分安装有RFID识别器，可读取插头上RFID标签，并将该ID输出。
电压测量单元A的合金电阻直接串联接入插孔与电器的电气回路。电压测量单元B的合金电阻与大阻抗器件(包括大阻抗电阻或电容)串联后形成测量支路，该测量支路并联接入火线与零线之间。
如图2所示，图2为本实施例的装置结构示意图；
基于合金电阻和射频识别的就地综合智能插座包括RFID识别器，插座的电路包括合金电阻及与其并联的电压测量单元；合金电阻与电压测量单元并联后分别与可控开关和大阻抗器件串联形成串联单元；与可控开关串联的串联单元接入电气回路；与大阻抗器件串联的串联单元的大阻抗器件和合金电阻分别连接火线与零线；可控开关和***显示交互设备分别与微控制器的输出端相连；微控制器的输入端分别连接电压测量单元、RFID识别器和***显示交互设备；微控制器和电压测量单元分别与供电单元连接。
本实施例中，合金电阻A与可控开关串联后串联接入插孔和电器的电气回路；合金电阻B与大阻抗器件串联形成测量支路后并联接入火线与零线之间；合金电阻A和B各自电路电流产生的电压降落直接作为电压测量单元中高精度电压测量传感器A和B的输入。电压测量单元中的高精度电压传感器精确测量各自电压降落，经***放大器Y以及必要的数字化处理之后，将测量结果输出给微控制器。微控制器分别与高精度测量单元A和B、可控开关、***显示与交互设备通信，供电单元采取适合现场应用环境的技术，对电压测量单元、微控制器和识别器提供直流驱动电力。
本实施例中，合金电阻具有足够小和精度稳定的欧姆值，所述合金电阻的可为阻值小于0.001欧姆的电阻；所述合金电阻可包括锰含量为12％、镍含量为3％，其余为铜和其他少量元素的锰白铜。所述供电单元为电压测量单元、微控制器和识别器提供24V电流。
各自电流流过合金电阻所产生的电压降落在弱电测量设备的测量范围之内，因此，可以采用二次电子回路直接测量其被测点两端(W1、W2或W5、W6)产生的电压降落。将合金电阻由电路电流产生的电压降落直接输入电压测量装置或模块，实现精确测量各自电压降落。
插孔安装RFID识别器，用于识别安装于电器插头上的RFID标签。由于插头与插孔直接接触，为避免误读，采用高频RFID，读取距离小，保证可靠性。RFID标签与电器身份的对应关系通过交互装置进行设定，装置在注册设定的电器中自适应和通用，根据所识别的电器身份和特性，为故障保护设定不同的限值，因此，设备具有自适应性。RFID识别器将读取的ID输出给微控制器。
微控制器是装置数据处理的核心单元，可按照设定程序对输入的两项电压测量结果以及电器ID进行处理运算。将连接的合金电阻A和B的特征信息，包括其欧姆值；与合金电阻B串联接入的大阻抗器件的特征信息，包括其欧姆值等，通过交互接口提前预置于微控制器存储单元内。
如图3所示，图3为微控制器的运算流程图；
基于高精度合金电阻和射频识别的就地综合智能插座所相应的运算为周期性循环运算，具体步骤为：
1、微控制器读取电压测量单元A、B分别直接测得合金电阻A、B的电压降落和电器ID；
2、微处理器中预先内置程序，利用测量单元A所测量的电压降落与A的合金电阻值通过电路原理计算出测量单元A所流过的电流值；同时，获得流过测量单元B的电流值；
3、根据已知的大阻抗器件和合金电阻B的阻抗值计算出测量支路的总阻抗，通过所获得的电压测量单元B电流值与总阻抗计算出火线与零线之间的电压值；并通过内部时钟为以上测量采样值打上时标；
4、通过所读取的电器ID，获得与其匹配的过流保护和低压保护限值；用户根据需要设定上述两项的限值，微控制器根据识别的电器身份进行自适应；当微控制器所计算出的电流值超过过流保护限值或电压值低于低压保护限值，可发出指令使可控开关开断；
当微控制器发现测量单元A所获得电流值大于预置限值时，发出指令将可控开关开断；当微控制器发现测量单元B所获得电压值低于预置限值时，发出指令将可控开关开断；电器更换插座，更换后的插座需对电器身份进行注册，并设定相应的保护限值。
5、微控制器利用所获得的被测电路电流值，以及被测量点的电压值，通过比对时标，利用电路原理计算同一时刻的对应功率值；进一步根据所计算的各时刻的功率值，以及用户通过交互设备设定的需求，通过积分运算计算出指定时段内的电能总量；
6、向交互设备输出电流、电压、功率、电流计电器ID等信息；
7、用户可通过交互设备和界面，利用时间、电器身份、功率和电量等数据和状态量编制控制逻辑表达式；
8、微控制器通过逻辑运算检验当前控制逻辑表达式是否成立；若成立，则按照设定要求控制开关开断或闭合；若不成立，则返回进入下一次循环。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于合金电阻和射频识别的就地综合智能插座，所述插座包括RFID识别器，其特征在于：所述插座的电路包括合金电阻及与其并联的电压测量单元；
所述合金电阻与电压测量单元并联后分别与可控开关和大阻抗器件串联形成串联单元；所述合金电阻与电压测量单元并联后与可控开关串联组成的串联单元接入电气回路；所述合金电阻与电压测量单元并联后与大阻抗器件串联组成的串联单元中大阻抗器件连接火线，合金电阻连接零线；
所述可控开关和***显示交互设备分别与微控制器的输出端相连；所述微控制器的输入端分别连接电压测量单元、RFID识别器和所述***显示交互设备；
所述微控制器和所述电压测量单元分别与供电单元连接；
所述电压测量单元包括电压测量传感器；所述大阻抗器件包括大阻抗电阻或电容，用于承受电网高压端的电压；
所述微控制器的周期性循环运算过程包括以下步骤：
I、读取电压测量单元的数据及电器ID；
II、计算电压和电流，获得过流和低压保护限值；
III、判断电压和/或电流；当微控制器所计算出的电流值超过过流保护限值或电压值低于低压保护限值，可发出指令使可控开关开断；
IV、获得功率及累计电量；
V、向***显示交互设备输入电流、电压、功率、电量和电器ID的数值；
VI、计算开关控制逻辑表达式；
VII、判断控制逻辑。
2.如权利要求1所述的一种基于合金电阻和射频识别的就地综合智能插座，其特征在于：所述RFID识别器读取电器插头的RFID标签的信息；
所述RFID标签与电器身份的对应关系通过所述***显示交互设备设定存储。
3.如权利要求1所述的一种基于合金电阻和射频识别的就地综合智能插座，其特征在于：所述合金电阻的阻值小于0.001欧姆；
所述合金电阻采用锰白铜制成；所述锰白铜包括锰含量为12％和镍含量为3％。
4.如权利要求1所述的一种基于合金电阻和射频识别的就地综合智能插座，其特征在于：所述步骤I的数据包括合金电阻两端的电压降落。
5.如权利要求4所述的一种基于合金电阻和射频识别的就地综合智能插座，其特征在于：所述步骤II的计算模块包括根据所述电压降落和合金电阻值计算电流的模块，及根据电流和所述大阻抗器件及与其并联的合金电阻的总阻抗计算电压的模块。
6.如权利要求1所述的一种基于合金电阻和射频识别的就地综合智能插座，其特征在于：所述步骤I的电器ID通过所述RFID识别器读取安装于电器插头上的RFID标签获得。
7.如权利要求1所述的一种基于合金电阻和射频识别的就地综合智能插座，其特征在于：所述步骤VI的开关控制逻辑表达式为用户通过***显示交互设备根据时间、电器身份、功率和电量设置可控开关开通与关断的逻辑条件。
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