CN111077866A - 一种智慧节能的综合能耗管理*** - Google Patents

一种智慧节能的综合能耗管理*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及能耗管理领域，公开了一种智慧节能的综合能耗管理***，包括控制主机、触控屏、若干个监测节点和指示灯组，监测节点包括无线通讯模块、单片机、时钟模块、复位电路、存储模块、供电模块、智能电表和继电器，单片机分别与时钟模块、复位电路、存储模块、供电模块、智能电表和继电器连接单片机通过无线通讯模块与控制主机连接；供电模块包括电压输入端、变压器、整流桥、第一电容、电感、第一电阻、集成运算放大器、第二电阻、第一二极管、第二电容、第二二极管、三端稳压器、第三电位器、第一三极管、第三稳压管、第四电阻、第五电阻、第三电容和第二三极管。本发明电路结构较为简单、成本较低、方便维护、电路的安全性和可靠性较高。

Description

一种智慧节能的综合能耗管理***
技术领域
本发明涉及能耗管理领领域，特别涉及一种智慧节能的综合能耗管理***。
背景技术
随着环境污染及能源问题的日益突出，节能减排所面临的情势愈加严峻。而能耗的计量、监测与管理，是实现节能减排的基础。通过对设备的能耗进行计量、监测与管理，方能及时发现设备的能耗异常而采取对应的措施。现有一些综合能耗管理***能对每一路负载进行精细化的能耗管理与远程控制，同时在对每一路负载均配置可显示三种颜色状态的红绿双色指示灯，便于管理人员及时发现能耗异常的负载设备。图1为传统综合能耗管理***的供电部分的电路原理图，从图1中可以看出，传统综合能耗管理***的供电部分使用的元器件较多，电路结构复杂，硬件成本较高，不方便维护。另外，由于综合能耗管理***的供电部分缺少相应的电路保护功能，例如：缺少限流保护功能，造成电路的安全性和可靠性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电路结构较为简单、成本较低、方便维护、电路的安全性和可靠性较高的智慧节能的综合能耗管理***。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种智慧节能的综合能耗管理***，包括控制主机、触控屏、若干个监测节点和指示灯组，所述控制主机分别与所述触控屏、所述测节点和所述指示灯组连接，所述指示灯组包括与所述监测节点数量相同的不同的指示灯，所述监测节点包括无线通讯模块、单片机、时钟模块、复位电路、存储模块、供电模块、智能电表和继电器，所述单片机分别与所述时钟模块、所述复位电路、所述存储模块、所述供电模块、所述智能电表和所述继电器连接，所述继电器与所述智能电表连接，所述单片机通过所述无线通讯模块与所述控制主机连接；
所述供电模块包括电压输入端、变压器、整流桥、第一电容、电感、第一电阻、集成运算放大器、第二电阻、第一二极管、第二电容、第二二极管、三端稳压器、第三电位器、第一三极管、第三稳压管、第四电阻、第五电阻、第三电容和第二三极管，所述电压输入端的一端与所述变压器的初级线圈的一端连接，所述电压输入端的另一端与所述变压器的初级线圈的另一端连接，所述变压器的次级线圈的一端与所述整流桥的一个交流输入端连接，所述变压器的次级线圈的另一端与所述整流桥的另一个交流输入端连接，所述整流桥的一个直流输出端分别与所述第一电容的正极和电感的一端连接，所述电感的另一端分别与所述第二电阻的一端、所述第一二极管的阳极和所述集成运算放大器的同相输入端连接，所述集成运算放大器的反相输入端与所述第一电阻的一端连接，所述第一二极管的阴极分别与所述第二电容的正极、所述第二电阻的另一端、所述第二二极管的阴极和所述三端稳压器的输入端连接，所述集成运算放大器的输出端与所述第二电容的负极连接，所述第二二极管的阳极与所述第一三极管的集电极连接；
所述三端稳压器的输出端分别与所述第一三极管的基极、所述第三稳压管的阴极、所述第五电阻的一端和所述第四二极管的阳极连接，所述第一三极管的发射极与通过所述第四电阻与所述第二三极管的发射极连接，所述三端稳压器的调节端分别与所述第三电位器的一个固定端、所述第三稳压管的阳极、所述第五电阻的另一端、所述第三电容的正极和所述第二三极管的集电极连接，所述第二三极管的基极与所述第一MOS管的源极连接，所述第一MOS管的漏极与所述第四电容的正极连接，所述第四二极管的阴极分别与所述第一MOS管的栅极、所述第五电容的正极和所述电压输出端的一端连接，所述整流桥的另一个直流输出端、所述第一电容的负极、所述第一电阻的另一端、所述第三电位器的一个固定端、滑动端、所述第三电容的负极、所述第四电容的负极、所述第五电容的负极和所述电压输出端的另一端均接地。
在本发明所述的智慧节能的综合能耗管理***中，所述第四二极管的型号为E-183。
在本发明所述的智慧节能的综合能耗管理***中，所述供电模块还包括第六电阻，所述第六电阻的一端与所述第一MOS管的栅极连接，所述第六电阻的另一端与所述第五电容的正极连接。
在本发明所述的智慧节能的综合能耗管理***中，所述第六电阻的阻值为32kΩ。
在本发明所述的智慧节能的综合能耗管理***中，所述第一三极管为NPN型三极管。
在本发明所述的智慧节能的综合能耗管理***中，所述第二三极管为NPN型三极管。
在本发明所述的智慧节能的综合能耗管理***中，所述第一MOS管为P沟道MOS管。
在本发明所述的智慧节能的综合能耗管理***中，所述无线通讯模块为5G通讯模块、4G通讯模块、蓝牙模块、WiFi模块、GSM模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块和LoRa模块中任意一种或任意几种的组合。
实施本发明的智慧节能的综合能耗管理***，具有以下有益效果：由于设有包括控制主机、触控屏、若干个监测节点和指示灯组，监测节点包括无线通讯模块、单片机、时钟模块、复位电路、存储模块、供电模块、智能电表和继电器；供电模块包括电压输入端、变压器、整流桥、第一电容、电感、第一电阻、集成运算放大器、第二电阻、第一二极管、第二电容、第二二极管、三端稳压器、第三电位器、第一三极管、第三稳压管、第四电阻、第五电阻、第三电容和第二三极管，该供电模块与传统综合能耗管理***的供电部分相比，其使用的元器件较少，由于节省了一些元器件，这样可以降低硬件成本，另外，第四二极管用于进行限流保护，因此本发明电路结构较为简单、成本较低、方便维护、电路的安全性和可靠性较高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为传统综合能耗管理***的供电部分的电路原理图；
图2为本发明智慧节能的综合能耗管理***一个实施例中的结构示意图；
图3为所述实施例中供电模块的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明智慧节能的综合能耗管理***实施例中，该智慧节能的综合能耗管理***的结构示意图如图2所示。图2中，该智慧节能的综合能耗管理***包括控制主机1、触控屏2、若干个监测节点3和指示灯组4，图1中作为例子仅画出了一个监测节点3，实际应用中，监测节点3的个数可以为若干个，控制主机1分别与触控屏2、测节点3和指示灯组4连接，指示灯组4包括与监测节点数量相同的不同的指示灯，监测节点3包括无线通讯模块31、单片机32、时钟模块33、复位电路34、存储模块35、供电模块36、智能电表37和继电器38，单片机32分别与时钟模块33、复位电路34、存储模块35、供电模块36、智能电表37和继电器38连接，继电器38与智能电表37连接，单片机32通过无线通讯模块31与控制主机1连接。
无线通讯模块31用于实现单片机32与控制主机1的通信，时钟模块33用于为单片机32匹配时钟信息，复位电路34用于实现单片机32的复位，存储模块35用于存储单片机32所需的程序及所接收的数据，供电模块36用于提供单片机32工作所需的电源，智能电表37用于从外部供电电路取电并经继电器38的主触点供给负载，单片机32接收智能电表37反馈的能耗计量值并控制继电器38的通断。控制主机1根据各监测节点的获取的能耗计量值按一定周期进行分析统计。
触控屏2用于实现人机交互，管理人员可通过触控屏2阅负载的当前能耗情况及历史能耗情况，并远程对负载进行通断管理。指示灯组4用于反映各监测节点所监测的当前设备能耗情况。
本实施例中，无线通讯模块31为5G通讯模块、4G通讯模块、蓝牙模块、WiFi模块、GSM模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块和LoRa模块中任意一种或任意几种的组合。通过设置多种无线通讯方式，不仅可以增加无线通讯方式的灵活性，还能满足不同用户和不同场合的需求。尤其是采用LoRa模块时，其通讯距离较远，且通讯性能较为稳定，适用于对通讯质量要求较高的场合。采用5G通讯方式可以达到高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高***容量和大规模设备连接。
图3为本实施例中供电模块的电路原理图，图3中，该供电模块36包括电压输入端Vin、变压器T、整流桥Z、第一电容C1、电感L、第一电阻R1、集成运算放大器A、第二电阻R2、第一二极管D1、第二电容C2、第二二极管D2、三端稳压器U1、第三电位器RP3、第一三极管Q1、第三稳压管D3、第四电阻R4、第五电阻R5、第三电容C3和第二三极管Q2，其中，电压输入端Vin的一端与变压器T的初级线圈的一端连接，电压输入端Vin的另一端与变压器T的初级线圈的另一端连接，变压器T的次级线圈的一端与整流桥Z的一个交流输入端连接，变压器T的次级线圈的另一端与整流桥Z的另一个交流输入端连接，整流桥Z的一个直流输出端分别与第一电容C1的正极和电感L的一端连接，电感L的另一端分别与第二电阻R2的一端、第一二极管D1的阳极和集成运算放大器A的同相输入端连接，集成运算放大器A的反相输入端与第一电阻R1的一端连接，第一二极管D1的阴极分别与第二电容C2的正极、第二电阻R2的另一端、第二二极管D2的阴极和三端稳压器U1的输入端连接，集成运算放大器A的输出端与第二电容C2的负极连接，第二二极管D2的阳极与第一三极管Q1的集电极连接。
三端稳压器U1的输出端分别与第一三极管Q1的基极、第三稳压管D3的阴极、第五电阻R5的一端和第四二极管D4的阳极连接，第一三极管Q1的发射极与通过第四电阻R4与第二三极管Q2的发射极连接，三端稳压器U1的调节端分别与第三电位器RP3的一个固定端、第三稳压管D3的阳极、第五电阻R5的另一端、第三电容C3的正极和第二三极管Q2的集电极连接，第二三极管Q2的基极与第一MOS管M1的源极连接，第一MOS管M1的漏极与第四电容C4的正极连接，第四二极管D4的阴极分别与第一MOS管M1的栅极、第五电容C5的正极和电压输出端Vo的一端连接，整流桥Z的另一个直流输出端、第一电容C1的负极、第一电阻R1的另一端、第三电位器RP3的一个固定端、滑动端、第三电容C3的负极、第四电容C4的负极、第五电容C5的负极和电压输出端Vo的另一端均接地。
该供电模块36与图1中传统综合能耗管理***的供电部分相比，其使用的元器件较少，电路结构较为简单，方便维护，由于节省了一些元器件，这样可以降低硬件成本。另外，第四二极管D4为限流二极管，用于进行限流保护。限流保护的原理如下：当第四二极管D4所在支路的电流较大时，通过该第四二极管D4可以降低第四二极管D4所在支路的电流的大小，使其保持在正常工作状态，而不至于因电流太大导致烧坏电路中的元器件，因此电路的安全性和可靠性较高，且用更少的元器件实现比传统技术更好的技术效果。值得一提的是，本实施例中，第四二极管D4的型号为E-183。当然在实际应用中，第四二极管D4也可以采用其他型号具有相同功能的二极管。
该供电模块36的工作原理如下：变压器T对电压输入端Vin输入的电压进行降压，可将电压输入端Vin输入的电压降为35V，使用时可根据用电负载的用电需要可选用合适的变压器T。整流桥Z用于整流，第一电容C1与电感L可以组成LC滤波器，用于进行滤波，经过第一电容C1与电感L进行滤波后能确保将杂质谐波滤除，因此能保证该供电模块36运行时的稳定性。
集成运算放大器A与第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管D1以及第二电容C2共同组成比较放大电路，能有效的提高电压的耐压性和动态范围，并且能将电流的中间零点偏移控制在0.4nA以内，从而能确保电压和电流的稳定性。本实施例中，集成运算放大器A采用的型号为LM324。
三端稳压器U1与第二二极管D2和第三稳压管D3可进行稳压处理，以保证为用电负载提供稳定的电源。其中，第二二极管D2为保护二极管，第二二极管D2与第一三极管Q1组合后可防止输入短路而损坏三端稳压器U1。三端稳压器U1的型号为LM317。第一三极管Q1与第四电阻R4可对电路形成缓冲的作用。
通过调节第三电位器RP3的阻值即可调节输出电压值，第五电阻R5与第三电位器RP3形成分压的关系，输出电压范围在1.4～28V之间，即该供电模块36可用于工作电压在1.4～28V之间的多个不同的用电负载，需要使用其他电压范围的可以通过改变变压器T来实现。
第二三极管Q2与第一MOS管M1和第四电容C4可组成电压检测电路，能有效的降低输出电流的泄露和损耗，并能抑制输出电流的异常波动，使输出电流保持稳定，从而能进一步提高该供电模块36的输出电流的稳定性。
本实施例中，第一三极管Q1为NPN型三极管，第二三极管Q2为NPN型三极管，第一MOS管M1为P沟道MOS管。当然，在实际应用中，第一三极管Q1和第二三极管Q2均可以为PNP型三极管，第一MOS管M1可以为N沟道MOS管，但这时电路的结构也要相应发生变化。
本实施例中，该供电模块36还包括第六电阻R6，第六电阻R6的一端与第一MOS管M1的栅极连接，第六电阻R6的另一端与第五电容C5的正极连接。第六电阻R6为限流电阻，用于对第一MOS管M1的栅极电流进行限流保护。电流保护的原理如下：当第一MOS管M1的栅极电流较大时，通过该第六电阻R6可以降低第一MOS管M1的栅极电流的大小，使其保持在正常工作状态，而不至于因电流太大导致烧坏电路中的元器件，以进一步增强电路的安全性和可靠性。值得一提的是，本实施例中，第六电阻R6的阻值为32kΩ。当然，在实际应用中，第六电阻R6的阻值可以根据具体情况进行相应增大或减小。
总之，本实施例中，该供电模块36与传统综合能耗管理***的供电部分相比，其使用的元器件较少，电路结构较为简单，方便维护，由于节省了一些元器件，这样可以降低硬件成本。另外，该供电模块36中设有限流二极管，因此电路的安全性和可靠性较高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智慧节能的综合能耗管理***，其特征在于，包括控制主机、触控屏、若干个监测节点和指示灯组，所述控制主机分别与所述触控屏、所述测节点和所述指示灯组连接，所述指示灯组包括与所述监测节点数量相同的不同的指示灯，所述监测节点包括无线通讯模块、单片机、时钟模块、复位电路、存储模块、供电模块、智能电表和继电器，所述单片机分别与所述时钟模块、所述复位电路、所述存储模块、所述供电模块、所述智能电表和所述继电器连接，所述继电器与所述智能电表连接，所述单片机通过所述无线通讯模块与所述控制主机连接；
所述供电模块包括电压输入端、变压器、整流桥、第一电容、电感、第一电阻、集成运算放大器、第二电阻、第一二极管、第二电容、第二二极管、三端稳压器、第三电位器、第一三极管、第三稳压管、第四电阻、第五电阻、第三电容和第二三极管，所述电压输入端的一端与所述变压器的初级线圈的一端连接，所述电压输入端的另一端与所述变压器的初级线圈的另一端连接，所述变压器的次级线圈的一端与所述整流桥的一个交流输入端连接，所述变压器的次级线圈的另一端与所述整流桥的另一个交流输入端连接，所述整流桥的一个直流输出端分别与所述第一电容的正极和电感的一端连接，所述电感的另一端分别与所述第二电阻的一端、所述第一二极管的阳极和所述集成运算放大器的同相输入端连接，所述集成运算放大器的反相输入端与所述第一电阻的一端连接，所述第一二极管的阴极分别与所述第二电容的正极、所述第二电阻的另一端、所述第二二极管的阴极和所述三端稳压器的输入端连接，所述集成运算放大器的输出端与所述第二电容的负极连接，所述第二二极管的阳极与所述第一三极管的集电极连接；
所述三端稳压器的输出端分别与所述第一三极管的基极、所述第三稳压管的阴极、所述第五电阻的一端和所述第四二极管的阳极连接，所述第一三极管的发射极与通过所述第四电阻与所述第二三极管的发射极连接，所述三端稳压器的调节端分别与所述第三电位器的一个固定端、所述第三稳压管的阳极、所述第五电阻的另一端、所述第三电容的正极和所述第二三极管的集电极连接，所述第二三极管的基极与所述第一MOS管的源极连接，所述第一MOS管的漏极与所述第四电容的正极连接，所述第四二极管的阴极分别与所述第一MOS管的栅极、所述第五电容的正极和所述电压输出端的一端连接，所述整流桥的另一个直流输出端、所述第一电容的负极、所述第一电阻的另一端、所述第三电位器的一个固定端、滑动端、所述第三电容的负极、所述第四电容的负极、所述第五电容的负极和所述电压输出端的另一端均接地。
2.根据权利要求1所述的智慧节能的综合能耗管理***，其特征在于，所述第四二极管的型号为E-183。
3.根据权利要求1所述的智慧节能的综合能耗管理***，其特征在于，所述供电模块还包括第六电阻，所述第六电阻的一端与所述第一MOS管的栅极连接，所述第六电阻的另一端与所述第五电容的正极连接。
4.根据权利要求3所述的智慧节能的综合能耗管理***，其特征在于，所述第六电阻的阻值为32kΩ。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的智慧节能的综合能耗管理***，其特征在于，所述第一三极管为NPN型三极管。
6.根据权利要求1至4任意一项所述的智慧节能的综合能耗管理***，其特征在于，所述第二三极管为NPN型三极管。
7.根据权利要求1至4任意一项所述的智慧节能的综合能耗管理***，其特征在于，所述第一MOS管为P沟道MOS管。
8.根据权利要求1至4任意一项所述的智慧节能的综合能耗管理***，其特征在于，所述无线通讯模块为5G通讯模块、4G通讯模块、蓝牙模块、WiFi模块、GSM模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块和LoRa模块中任意一种或任意几种的组合。
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