能耗監測、分項計量及分析預警系統的製作方法

2023-09-23 17:06:45

專利名稱：能耗監測、分項計量及分析預警系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是能耗監測、分項計量及分析預警系統。
背景技術：
隨著國民經濟的發展，國內用電量也隨之增長，造成能耗不斷攀升，國內電能緊張現象已非常嚴重了。近年來我國研究者對全國範圍內的酒店、學校、醫院、辦公樓等多種公共建築進行了詳細的用能調研，得到全國五大氣候區各類建築的用能強度及終端能源消耗存在能耗不斷攀升的信息，已佔全國能源消耗將近40%，能耗總量比同等氣候條件下發達國家要高出2-3倍。目前，國內對超負荷運轉的生產單位用電已經有了限制措施，但對酒店、學校、醫院、辦公樓等建築物(寫字間)的用電量超負荷還沒有有效的限制措施，出現白天開照明燈、人走燈還亮的浪費現象。因此人們期望出現對酒店、學校、醫院、辦公樓等建築物 (寫字間)單位制定合理的用電量，對使用中超出規定電量用報警的方式進行提示，引起人們注意，便於人們對用電做出調整或系統升級，為全國有效地控制用電和節能降耗提供技術基礎。

發明內容
本發明的目的在於更好實現節能降耗，提供一種根據設定的能耗強度來對該建築物(寫字間)的用電能耗數據進行分項，通過能耗超額監測報警系統對建築物(寫字間)的用電分項報警，具有層次化、人性化、智能化的能耗監測、分項計量及分析預警系統。解決上述技術問題的技術方案是一種能耗監測、分項計量及分析預警系統，所述能耗監測、分項計量及分析預警系統包括裝有控制面板的機殼，在機殼內裝有對整體負載能耗採集傳輸電路，所述整體負載能耗採集傳輸電路包括在220交流電源的相線和中線之間並聯連接有負載、交流變直流的整流電路和電壓採樣電路；所述整流電路輸出端串聯穩壓晶片後接到電量計量晶片的輸入端；所述電壓採樣電路的輸出端接電量計量晶片的輸入端；電流採樣電路的輸入端接相線，其輸出端接電量計量晶片的輸入端；所述電量計量晶片的輸出端CF串聯光電I禹合抗幹擾電路後連接微控制器晶片的一個輸入端；微控制器晶片另一個輸入端連接4x4矩陣按鍵模塊；微控制器晶片的輸出端分別連接IXD顯示模塊、無線發射模塊、報警控制電路。本發明的有益效果是本發明能實時、安全有效的監控酒店、學校、醫院、辦公建築的整體負載能耗情況，對上述建築物辦公室(寫字間)的電耗進行分項超限報警，當某個建築物(寫字間)出現實際能耗量超標時，通過聲光報警方式提醒用戶，引起人們注意，並做出調整或系統升級，方便快捷的提供實地調研所需的數據，為全國性調研節約了時間和精力，數據的真實性和及時性也做到了最佳。本發明通過安裝於酒店、學校、醫院、建築辦公室中的分項負載電能計量儀表，對數據進行統一處理，存儲、分析和比較數據，找出問題並及時處理能耗問題；同時還能通過無限發送到網際網路上並傳至市、省、國家級數據中心，對數據進行存儲、分析、公示，為形成完整地全國性的能耗監測標準奠定基礎；本發明操作簡單方便，能及時發現和處理問題，對實現建築節能降耗具有重要意義。


圖I是本發明的電路框圖；圖2是圖I中電量計量晶片及光電耦合抗幹擾電路的連接圖；圖3是本發明對建築辦公室整體負載能耗採集傳輸報警電路框圖，圖中顯示的整體負載包括照明負載、空調負載、辦公設備負載；圖4是顯示圖3中微控制器晶片、IXD顯示模塊、無線發射模塊及報警控制電路連接圖，圖中顯示對照明負載、辦公設備負載、空調負載報警控制電路。 圖5是本發明的微控制器晶片軟體流程圖；圖6是本發明中機殼外形及控制面板主視圖。《附圖中序號說明》I :整體負載能耗採集傳輸電路；la:照明負載電量計量電路；lb:空調負載電量計量電路；lc:辦公設備負載電量計量電路；2 :中線(零線)；3 :相線；4 :電壓採樣電路；5 :電流採樣電路；6 :整流電路；7 :電量計量晶片；8 :微控制器晶片(CPU) ;9 :4x4矩陣按鍵模塊；10 :LCD顯示模塊；11 :無線發射模塊；12 :報警控制電路；13 :負載；13a:照明負載、13b:空調負載；13c :辦公設備負載；14 :穩壓晶片(型號為78L05) ；15 :光電稱合抗幹擾電路；16 光電稱合器；17 :晶振電路；101 :機殼；102 :開關；103a :照明負載指不燈；103b :辦公設備負載指示燈;103c :空調負載指示燈；104 :蜂鳴器；105 :鍵盤；106 =LCD顯示屏；IC3 :音效集成電路；VL1、VL2、VL3 :發光二極體；GB:電源；S :開關；V1、V2、V3、V4 三極體；wi :照明負載實際能耗值；W2 :空調負載實際能耗值；W3 :辦公設備實際能耗值；SI :照明負載能耗閾值(上限限定值);S2 :空調負載能耗閾值(上限限定值);S3 :辦公設備負載統能耗閾值(上限限定值)。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例進行詳述。如圖所示，本發明提供一種能耗監測、分項計量及分析預警系統，所述能耗監測、分項計量及分析預警系統包括裝有控制面板的機殼101，在機殼101內裝有對整體負載能耗採集傳輸電路I，所述整體負載能耗採集傳輸電路I包括在220交流電源的相線3和中線2之間並聯連接有負載13、交流變直流的整流電路6和電壓採樣電路4 ;所述整流電路6輸出端串聯穩壓晶片14後接到電量計量晶片7的輸入端；所述電壓採樣電路4的輸出端接電量計量晶片7的輸入端；電流採樣電路5的輸入端接相線3，電流採樣電路5的輸出端接電量計量晶片7的輸入端；所述電量計量晶片7的輸出端CF串聯光電耦合抗幹擾電路15後連接微控制器晶片8 (CPU)的一個輸入端；微控制器晶片8另一個輸入端連接4x4矩陣按鍵模塊9 ;微控制器晶片8的輸出端分別連接LCD顯示模塊10、無線發射模塊11、報警控制電路12。所述負載13包括照明負載13a或空調負載13b或辦公設備負載13c。圖6是本發明中機殼10外形及控制面板主視圖。
如圖6所示，所述控制面板包括設置在機殼101面板上的開關102、照明負載指示燈103a、辦公設備負載指示燈103b、空調負載指示燈103c、IXD顯示屏106、鍵盤105、蜂鳴器104。所述電量計量晶片7是型號為ADE7757的晶片，電量計量晶片7輸入端的引腳VlN和引腳VlP接電流採樣電路5的輸出端；電量計量晶片7輸入端的引腳V2N和引腳V2P接電壓採樣電路4的輸出端；所 述電量計量晶片7的輸出端CF接光電耦合抗幹擾電路15。所述光電稱合抗幹擾電路15包括型號為TIL117的光電稱合器16、電阻RU、電阻R12、電容C8、電容C9 ;所述電阻Rll —端接電量計量晶片7的輸出端CF，電阻Rll另一端接光電耦合器16的正極；所述電容C8的一端連接在電阻Rll與光電耦合器16之間的節點上，其另一端接地；光電稱合器16的基極接正5V電源，光電稱合器16的輸出端接微控制器晶片8的負載引腳P3. 3至引腳P3. 5上；在光電耦合器16的輸出端與地之間並聯電阻R12和電容C9。所述微控制器晶片8是型號為AT89S52的晶片；所述微控制器晶片8輸入端的引腳XTALO和引腳XTALl接晶振電路17、微控制器晶片8輸入端的引腳VCC、引腳GND和引腳RESET外接電源和按鍵復位電路；微控制器晶片8輸入端的負載引腳P3. 3至引腳P3. 5接光電耦合器16的輸出端；所述微控制器晶片8的八個引腳Pl. O到引腳Pl. 7接4x4矩陣按鍵模塊9。所述微控制器晶片8輸出端的引腳P3. O至引腳P3. 2分別接IXD顯示模塊10的引腳CS、引腳STD、引腳SCLK ;所述微控制器晶片8輸出端的引腳P2. 6、引腳P2. 7分別接無線發射模塊11的引腳DO和引腳Dl ;微控制器晶片8輸出端的三個引腳P2. 2、引腳P2. I、引腳P2. O分別接無線發射模塊11的三個引腳TXEN、引腳CS、引腳PWR。所述IXD顯示模塊10是型號為SMG12864ZK的模塊；所述無線發射模塊11是型號為PTR2000的模塊；穩壓晶片14是型號為78L05的晶片。所述微控制器晶片8的輸出端接報警控制電路12，所述報警控制電路12是微控制器晶片8輸出端的引腳PO. O、引腳PO. I、引腳PO. 2分別串聯電阻R1、電阻R2、電阻R3後分別接到三極體Vl的基極、三極體V2的基極、三極體V3的基極；三極體Vl的發射極、三極體V2的發射極、三極體V3的發射極分別串聯電容Cl、電容C2、電容C3後均接電源GB的負極；三極體Vl的集電極、三極體V2的集電極、三極體V3的集電極分別串聯發光二極體VLl和電阻R4、發光二極體VL2和電阻R5、發光二極體VL3和電阻R6後均串聯開關S後接到電源GB的正極；三極體Vl的發射極、三極體V2的發射極、三極體V3的發射極均連接音效集成電路IC3的輸入端，音效集成電路IC3的輸出端接到三極體V4的基極，三極體V4的發射極接電源GB的負極，三極體V4的集電極串聯蜂鳴器104串聯開關S後接到電源GB的正極。如圖5所示，所述微控制器晶片8軟體流程依照如下步驟進行I)開始、系統進彳T初始化對系統進打初始化；2)鍵盤105輸入在鍵盤105上輸入照明負載能耗閾值SI、空調負載能耗閾值S2、辦公設備負載統能耗閾值S3和設定的時間；3)鍵盤105判斷輸入鍵盤105輸入正確進入下一步驟；鍵盤105輸入錯誤返回；4)在IXD顯示屏106上輸出顯示照明負載能耗閾值SI、空調負載能耗閾值S2、辦公設備負載統能耗閾值S3和設定時間常數；
5 )讀入電流採樣數據、電壓採樣數據；6)負載實際能耗值計算對照明負載實際能耗值W1、空調負載實際能耗值W2、辦公設備實際能耗值W3計算；7)輸出到IXD顯示模塊10和無線發射模塊11，顯示能耗數據並上傳到上一級監控網絡；8)負載實際能耗值與負載能耗閾值數據分別對比採用對應原則，分項負載實際能耗值進入對應的對比通道分別對比照明負載實際能耗值Wl大於照明負載能耗閾值SI時，出現紅色的照明負載指示燈103a閃光和蜂鳴器104報警，反之結束；空調負載實際能耗值W2大於空調負載能耗閾值S2時，出現綠色的照明負載指示燈103c閃光和蜂鳴器104報警，反之結束；辦公設備實際能耗值W3大於辦公設備負載統能耗閾值S3時，出現黃色的照明負載指示燈103b閃光和蜂鳴器104報警，反之結束； 9)結束在設定的時間內，當照明負載實際能耗值Wl小於或等於照明負載能耗閾值SI、空調負載實際能耗值W2小於或等於空調負載能耗閾值S2、辦公設備實際能耗值W3小於或等於辦公設備負載統能耗閾值S3值時，結束一個時間間隔的比較。更具體的說，如圖I至圖4所示，所述整流電路6採用橋式整流電路；所述穩壓晶片14是型號為78L05外購晶片，其功能是使整流電路6輸出穩定的+5V直流電壓。負載13包括辦公室內照明負載13a、空調負載13b、辦公設備負載13c，負載13接在220交流電源的相線和中線之間，經電流採樣電路5採集的電流信號和電壓採樣電路4採集的電壓信號分別送到電量計量晶片7中的模數轉換模塊(ADC)，電流信號和電壓信號分別經模數轉換模塊(ADC)後提供給電量計量晶片7中的數字乘法器電路，數字乘法器電路輸出一個正比於電流和電壓乘積的信號，此信號在經過數字頻率轉換器電路產生與實際使用電能成比例的電能脈衝，隨後電能脈衝經電量計量晶片7的輸出端CF接光電耦合抗幹擾電路15中的光電耦合器16正極，所述光電耦合抗幹擾電路15的作用是實現電量計量晶片7和微控制器晶片8的隔尚,減小幹擾的作用。上述負載13、電壓米樣電路4、電流米樣電路5、電量計量晶片7和光電稱合抗幹擾電路15是組成對負載13電量計量的電路。所述負載13包括照明負載13a、空調負載13b、辦公設備負載13c。如圖3所示，照明負載電量計量電路Ia是由照明負載13a與電壓採樣電路4、電流採樣電路5、電量計量晶片7和光電耦合抗幹擾電路15組成。空調負載電量計量電路Ib是由空調負載13b與電壓採樣電路4、電流採樣電路5、電量計量晶片7和光電耦合抗幹擾電路15組成。辦公設備負載電量計量電路Ic是由辦公設備負載13c與電壓米樣電路4、電流米樣電路5、電量計量晶片7和光電耦合抗幹擾電路15組成。所述不同負載電量計量電路(照明負載電量計量電路la、空調負載電量計量電路lb、辦公設備負載電量計量電路Ic)中光電耦合抗幹擾電路15的輸出端分別對應接到微控制器晶片8的引腳P3. 3、引腳P3. 4、引腳P3. 5上，經微控制器晶片8分別對照明負載13a、空調負載13b、辦公設備負載13c的電量進行數據顯示、報警和傳輸處理。所述4x4矩陣按鍵模塊9輸入端接在微控制器晶片8的Pl. O到Pl. 7共計8個引腳，在4x4矩陣按鍵模塊9上輸入照明負載能耗閾值(上限限定值)SI、空調負載能耗閾值(上限限定值)S2、辦公設備負載能耗閾值(上限限定值)S3和設定時間常數，在設定時間內微控制器晶片8對照明負載實際能耗值W1、空調負載實際能耗值W2、辦公設備實際能耗值W3與照明負載能耗閾值(上限限定值)SI、空調負載能耗閾值(上限限定值)S2、辦公設備負載能耗閾值(上限限定值)S3相比較，一旦超過對應項的閾值，與微控制器晶片8引腳PO. O、引腳PO. I、引腳PO. 2對應的報警控制電路12輸出為高電平，引發光和聲音的報警，同時將實際耗電量和閾值電量由微控制器晶片8向IXD顯示模塊10輸出在IXD顯示屏106實現數據顯示，並由微控制器晶片8輸出到無線發射模塊11可向上級監控中心進行無線通訊；同時微控制器晶片8對上述的數據進行貯存。如圖2所示，所述電量計量晶片7的引腳V2N、引腳V2P、引腳VlN和引腳VlP是電能計量晶片7的輸入通道，其中引腳VlN和引腳VlP對應電流採樣電路5輸入通道，引腳V2N和引腳V2P對應電壓採樣電路4輸入通道，分別採用差動輸入方式；電量計量晶片7的引腳CF是頻率校驗輸出引腳，其輸出頻率反應平均有功功率的大小。如圖4所示，所述微控制器晶片8 (CPU)是型號為AT89S52的晶片；微控制器晶片 8的引腳XTALO和引腳XTALl外接晶振電路17，晶振電路17的作用是為微控制器晶片8提供時鐘源；微控制器晶片8的引腳VCC、引腳GND外接電源；微控制器晶片8的引腳RESET外接按鍵復位電路；微控制器晶片8引腳Pl. O至引腳Pl. I共八個引腳外接4x4矩陣按鍵模塊9，在微控制器晶片8內部通過軟體來實現對不同按鍵的識別及輸入數據的處理。所述微控制器晶片8的引腳P3. O至引腳P3. 2分別連接IXD顯示模塊10的引腳CS、引腳STD、引腳SCLK，實現微控制器晶片8同IXD顯示模塊10的串行通訊。所述微控制器晶片8的引腳P2. 6、引腳P2. 7分別連接無線發射模塊11的引腳DO和引腳DI，實現串行通訊；決定無線發射模塊11工作模式的引腳TXEN、引腳CS、引腳PWR分別連接微控制器晶片8的引腳P2. 2、引腳P2. I、引腳P2.0，通過微控制器晶片8的內部軟體程序來實現工作對其工作模式的選擇。所述報警控制電路12通過微控制器晶片8的引腳P O. O、引腳PO. I和引腳PO. 2三個引腳控制，所述報警控制電路12由電阻Rl至電阻R3、電容Cl至電容C3、發光二極體VLl至發光二極體VL3、三極體Vl至三極體V4、音效集成電路IC3組成；通過發光二極體的顏色區分不同用電負載的能耗報警。如本發明發光二極體顏色作如下選擇選擇照明負載指示燈103a的發光二極體為紅色、辦公設備負載指示燈103b的發光二極體為黃色、空調負載指不燈103c的發光二極體為綠色，同時結合聲音報警。實際工作中，當某一用電負載的實際能耗值(照明負載實際能耗值W1、空調負載實際能耗值W2、辦公設備實際能耗值W3)高於設定能耗閾值(照明負載能耗閾值SI、空調負載能耗閾值S2、辦公設備負載能耗閾值S3)時，相應的埠輸出高電平，相應的三極體觸發導通點亮相應顏色的發光二極體，音效集成電路IC3工作，三極體V4導通，蜂鳴器104發出報警聲。反之，若某一用電負載的實際能耗在設定範圍之內，則相應埠輸出低電平，三極體處於關斷狀態，發光二極體不點亮，音效集成電路IC3不工作，電晶體V4不導通，蜂鳴器104也不發聲。
權利要求
1.一種能耗監測、分項計量及分析預警系統，其特徵在於，所述能耗監測、分項計量及分析預警系統包括裝有控制面板的機殼(101)，在機殼(101)內裝有對整體負載能耗採集傳輸電路(1)，所述整體負載能耗採集傳輸電路(I)包括在220交流電源的相線(3)和中線(2)之間並聯連接有負載(13)、交流變直流的整流電路(6)和電壓採樣電路(4);所述整流電路(6)輸出端串聯穩壓晶片(14)後接到電量計量晶片(7)的輸入端；所述電壓採樣電路(4)的輸出端接電量計量晶片(7)的輸入端；電流採樣電路(5)的輸入端接相線(3)，其輸出端接電量計量晶片(7)的輸入端；所述電量計量晶片(7)的輸出端CF串聯光電耦合抗幹擾電路(15)後連接微控制器晶片(8)的一個輸入端；微控制器晶片(8)另一個輸入端連接4x4矩陣按鍵模塊(9);微控制器晶片(8)的輸出端分別連接IXD顯示模塊(10)、無線發射模塊(U)、報警控制電路(12 )。
2.根據權利要求I中所述的能耗監測、分項計量及分析預警系統，其特徵在於，所述負載(13)包括照明負載(13a)或空調負載(13b)或辦公設備負載(13c)。
3.根據權利要求I中所述的能耗監測、分項計量及分析預警系統，其特徵在於，所述控制面板包括設置在機殼(101)面板上的開關(102)、指示燈(103a，103b，103c)、IXD顯示屏(106)、鍵盤(105)、蜂鳴器(104)。
4.根據權利要求I中所述的能耗監測、分項計量及分析預警系統，其特徵在於，所述電量計量晶片(7)是型號為ADE7757的晶片，電量計量晶片(7)輸入端的引腳VlN和引腳VlP接電流採樣電路(5 )的輸出端；電量計量晶片(7 )輸入端的引腳V2N和引腳V2P接電壓採樣電路(4)的輸出端；所述電量計量晶片(7)的輸出端CF接光電I禹合抗幹擾電路(15)。
5.根據權利要求I中所述的能耗監測、分項計量及分析預警系統，其特徵在於，所述光電耦合抗幹擾電路(15)包括型號為TIL117的光電耦合器(16)、電阻R11、電阻R12、電容C8、電容C9 ;所述電阻Rll —端接電量計量晶片(7)的輸出端CF，電阻Rll另一端接光電耦合器(16)的正極；所述電容C8的一端連接在電阻Rll與光電耦合器(16)之間的節點上，其另一端接地；光電稱合器(16)的基極接正5V電源，光電稱合器(16)的輸出端接微控制器晶片(8)的負載引腳P3. 3至引腳P3. 5上；在光電耦合器(16)的輸出端與地之間並聯電阻R12和電容C9。
6.根據權利要求I中所述的能耗監測、分項計量及分析預警系統，其特徵在於，所述微控制器晶片(8)是型號為AT89S52的晶片；所述微控制器晶片(8)輸入端的引腳XTALO和弓丨腳XTALl接晶振電路(17)、微控制器晶片(8)輸入端的引腳VCC、引腳GND和引腳RESET外接電源和按鍵復位電路；微控制器晶片(8)輸入端的負載引腳P3. 3至引腳P3. 5接光電耦合器(16)的輸出端；所述微控制器晶片(8)的八個引腳Pl. O到引腳Pl. 7接4x4矩陣按鍵模塊(9)； 所述微控制器晶片(8)輸出端的引腳P3. O至引腳P3. 2分別接IXD顯示模塊(10)的引腳CS、引腳STD、引腳SCLK ;所述微控制器晶片(8)輸出端的引腳P2. 6、引腳P2. 7分別接無線發射模塊(11)的引腳DO和引腳Dl ;微控制器晶片(8)輸出端的三個引腳P2. 2、引腳P2. I、引腳P2. O分別接無線發射模塊(11)的三個引腳TXEN、引腳CS、引腳PWR。
7.根據權利要求I中所述的能耗監測、分項計量及分析預警系統，其特徵在於，所述微控制器晶片(8)的輸出端接報警控制電路(12)，所述報警控制電路(12)是微控制器晶片(8)輸出端的引腳PO. O、引腳PO. I、引腳PO. 2分別串聯電阻R1、電阻R2、電阻R3後分別接到三極體Vl的基極、三極體V2的基極、三極體V3的基極；三極體Vl的發射極、三極體V2的發射極、三極體V3的發射極分別串聯電容Cl、電容C2、電容C3後均接電源GB的負極；三極體Vl的集電極、三極體V2的集電極、三極體V3的集電極分別串聯發光二極體VLl和電阻R4、發光二極體VL2和電阻R5、發光二極體VL3和電阻R6後均串聯開關(S)後接到電源GB的正極；三極體Vl的發射極、三極體V2的發射極、三極體V3的發射極均連接音效集成電路IC3的輸入端，音效集成電路IC3的輸出端接到三極體V4的基極，三極體V4的發射極接電源GB的負極，三極體V4的集電極串聯蜂鳴器(104)串聯開關(S)後接到電源GB的正極。
8.根據權利要求I中所述的能耗監測、分項計量及分析預警系統，其特徵在於，所述微控制器晶片(8)軟體流程依照如下步驟進行 .1開始、系統進行初始化； .2)鍵盤(105)輸入； .3)鍵盤(105)判斷輸入鍵盤(105)輸入正確進入下一步驟；鍵盤(105)輸入錯誤返回； .4)在IXD顯示屏(106)上輸出顯示不同負載能耗閾值(SI、S2、S3)和時間常數； .5)讀入電流採樣數據、電壓採樣數據； . 6)負載實際能耗值(W1、W2、W3)計算； .7 )輸出到IXD顯示模塊(10 )和無線發射模塊(11)，顯示能耗數據並上傳到上一級監控網絡；.8)負載實際能耗值(W1、W2、W3)與負載能耗閾值(SI、S2、S3)數據分別對比； . 9)結束。
全文摘要
本發明公開一種能耗監測、分項計量及分析預警系統，該系統包括機殼，在機殼內裝有負載能耗採集傳輸電路，該電路包括在交流電源相線和中線之間並聯有負載、整流電路和電壓採樣電路；整流電路輸出端串聯穩壓晶片後接電量計量晶片輸入端；電壓採樣電路輸出端接電量計量晶片輸入端；電流採樣電路輸入端接相線，其輸出端接電量計量晶片輸入端；電量計量晶片輸出端串聯光電耦合抗幹擾電路後接微控制器晶片輸入端；微控制器晶片另一個輸入端接4x4矩陣按鍵模塊；微控制器晶片輸出端分別連接LCD顯示模塊、無線發射模塊、報警控制電路。本發明有益效果能監控整體負載能耗並能超限報警，提醒調整或系統升級，對實現建築節能降耗具有重要意義。
文檔編號G01R22/10GK102879635SQ20121035069
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者唐華 申請人:唐華