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一种基于电力线载波的智能插

阅读：330发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种基于电力线载波的智能插专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种基于电力线载波的智能插座，该智能插座系统以ATmega16 单片机系统作为核心控制器，控制和协调各模块的工作，通过TM7755 电能采集芯片采集各电器的控制和电能信息，所述ATmega16单片机系统连接有PLC通信模块、时钟模块、十点频率采集模块、电源模块、电压采集模块和电流采集模块开关驱动电路，所述PLC通信模块与市电频率采集模块和TM7755电能采集芯片以及开关驱动电路相连，所述开关驱动电路还与时钟模块相连，所述市电频率采集模块、段缘膜块、电压采集模块和电流采集模块的两端均连接于市电的火线和零线,具有结构简单、成本低、通信距离较远、抗干扰能力强等特点。，下面是一种基于电力线载波的智能插专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于电力线载波的智能插座，其特征在于：该智能插座系统以 ATmega16单片机系统作为核心控制器，控制和协调各模块的工作，通过TM7755 电能采集芯片采集各电器的控制和电能信息，所述ATmega16单片机系统连接有PLC通信模块、时钟模块、十点频率采集模块、电源模块、电压采集模块和电流采集模块开关驱动电路，所述PLC通信模块与市电频率采集模块和TM7755电能采集芯片以及开关驱动电路相连，所述开关驱动电路还与时钟模块相连，所述市电频率采集模块、段缘膜块、电压采集模块和电流采集模块的两端均连接于市电的火线和零线。
2.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波的智能插座，其特征在于：所述ATmega16单片机系统包括PIM电力线载波通信模块，采用高度集成级电力线载波通信芯片系统IT700 为核心，采用 DSCK 调制方式，集成的模拟前端为其提供了不同的线路驱动能力，使数据传输更加稳定可靠。
3.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波的智能插座，其特征在于：所述市电频率采样电路完成对电网频率的监测；以 TM7755 为核心的电能计量模块完成对用户电器用电量及功率的计量；开关驱动电路完成对用户电器供电和断电的控制；时钟芯片为智能插座提供精确时间。
4.根据权利要求2所述的一种基于电力线载波的智能插座，其特征在于：所述电压采集模块选择电阻分压方式；对电流采样选择电流互感器方式。
5.根据权利要求2所述的一种基于电力线载波的智能插座，其特征在于：所述TM7755电能采集芯片的CF 引脚的输出与 ATmega16 单片机的外部中断口 0 接口用于对高频脉冲计数，单片机内部的定时器可用于设定脉冲计数的定时，有脉冲计数和定时时间可得相应的电能和平均功率。
6.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波的智能插座，其特征在于：所述采用时钟芯片采用DS1302，其中包含 31 字节的静态 RAM和可编程的实时时钟，可通过串行方式与主控制器通信。
7.根据权利要求2所述的一种基于电力线载波的智能插，其特征在于：所述ATmega16单片机系统自带存储模块，存储用户电器的历史用电数据，采用低功耗 E2PROM，AT24C02 作为数据存储器，保证数据频繁过程中的运行速度。
8.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波的智能插统，其特征在于：所述开关驱动模块中限流电阻输入引脚与 ATmega16 控制核心的 I/O 口相连，当相连的 I/O 引脚输出为低电平时，智能插座供电导通；当相连的I/O 引脚输出为高电平时，智能插座停止供电线。
9.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波的智能插，其特征在于：该智能插座控制主程序主要包括 ATmega16 内部看门狗定时器、I/O 输入输出状态、中断相关寄存器以及串口通信的设置，IT700PIM电力线载波通信模块及系统入网的初始化；系统将日、月用电量的历史电量数据存储于 E2PROM 中，每次上电复位后，都要通过读取 E2PROM 的数据完成历史电量数据的恢复；在主循环中为各个子程序执行设定条件，当条件满足时，则程序调用相应的子程序以完成相应的功能。

说明书全文

一种基于电力线载波的智能插

技术领域

[0001] 本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种基于电力线载波的智能插。

背景技术

[0002] 大量电子产品及电器的使用造成了家庭和办公领域的能源消耗急剧增长，节能问题迫在眉睫。因此组建一个电能网络对用户的电器进行监测并优化各电器的运行，从而达到节约电能的目的，显然是十分必要的。构建一个家庭电能管理网络，最直接的方法是对各种电器进行改造，使其可以监控自身用电并具有通信功能，然而，目前住宅及办公室中的电器大多数还不具有此种功能，因此这种方法成本高昂，可行性不高。作为连接市电与用户电器的最常用中间部件，通过对插座的改造，开发一种具有监控和通信功能的智能插座，同样可以监控用户电器用电，且此种方法简便易行。与此同时随着数字家庭和智能楼宇的发展，电力线载波PLC技术重新得到了重视,它不需要重新架设网络就可以进行数据传送,并且在一个家庭或一个楼宇范围内充分屏蔽了PLC的局限性，非常适用于组建家庭和办公领域用户的电能网络上。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种基于电力线载波的智能插，基于电力载波通信的智能插座与具有电力线载波通信和web server嵌入式家庭网关结合，通过电力线载波通信组成用户电能网络，用户可以随时以各种方式登录Internet对家电进行控制并可以随时查询家电的各种状态，并根据电能消费情况制定合理的用电方案，最大限度的减少电能支出，实现家庭的电能管理。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0005] 本发明所述的一种基于电力线载波的智能插座，该智能插座系统以ATmega16单片机系统作为核心控制器，控制和协调各模块的工作，通过TM7755电能采集芯片采集各电器的控制和电能信息，所述ATmega16单片机系统连接有PLC通信模块、时钟模块、十点频率采集模块、电源模块、电压采集模块和电流采集模块开关驱动电路，所述PLC通信模块与市电频率采集模块和TM7755电能采集芯片以及开关驱动电路相连，所述开关驱动电路还与时钟模块相连，所述市电频率采集模块、段缘膜块、电压采集模块和电流采集模块的两端均连接于市电的火线和零线。

[0006] 在上述方案基础上优选，所述ATmega16单片机系统包括PIM电力线载波通信模块，采用高度集成级电力线载波通信芯片系统IT700为核心，采用DSCK调制方式，集成的模拟前端为其提供了不同的线路驱动能力，使数据传输更加稳定可靠。

[0007] 在上述方案基础上优选，所述市电频率采样电路完成对电网频率的监测；以TM7755为核心的电能计量模块完成对用户电器用电量及功率的计量；开关驱动电路完成对用户电器供电和断电的控制；时钟芯片为智能插座提供精确时间。

[0008] 在上述方案基础上优选，所述电压采集模块选择电阻分压方式；对电流采样选择电流互感器方式。

[0009] 在上述方案基础上优选，所述TM7755电能采集芯片的CF引脚的输出与ATmega16单片机的外部中断口0 接口用于对高频脉冲计数，单片机内部的定时器可用于设定脉冲计数的定时，有脉冲计数和定时时间可得相应的电能和平均功率。

[0010] 在上述方案基础上优选，所述采用时钟芯片采用DS1302，其中包含31字节的静态RAM和可编程的实时时钟，可通过串行方式与主控制器通信。

[0011] 在上述方案基础上优选，所述ATmega16单片机系统自带存储模块，存储用户电器的历史用电数据，采用低功耗E2PROM，AT24C02作为数据存储器，保证数据频繁过程中的运行速度。

[0012] 在上述方案基础上优选，所述开关驱动模块中限流电阻输入引脚与ATmega16控制核心的I/O口相连，当相连的I/O引脚输出为低电平时，智能插座供电导通；当相连的I/O引脚输出为高电平时，智能插座停止供电线。

[0013] 在上述方案基础上优选，该智能插座控制主程序主要包括ATmega16内部看门狗定时器、I/O输入输出状态、中断相关寄存器以及串口通信的设置，IT700PIM电力线载波通信模块及系统入网的初始化；系统将日、月用电量的历史电量数据存储于E2PROM中，每次上电复位后，都要通过读取E2PROM的数据完成历史电量数据的恢复；在主循环中为各个子程序执行设定条件，当条件满足时，则程序调用相应的子程序以完成相应的功能。

[0014] 采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明基于电力载波通信的智能插座与具有电力线载波通信和web server嵌入式家庭网关结合，通过电力线载波通信组成用户电能网络，用户可以随时以各种方式登录Internet对家电进行控制并可以随时查询家电的各种状态，并根据电能消费情况制定合理的用电方案，最大限度的减少电能支出，实现家庭的电能管理，采用ATmega16处理器和IT700PIM电力线波、TM7755电能计量、继电器等模块，实现了智能插座的设计。该设计方案具有结构简单、成本低、工作方式灵活可靠、通信距离较远、抗干扰能力强等特点，该智能插座可以通过电力线载波通信组成用户电能网络从而控制优化各个房间家用电器的运行，最终达到节约电能的目的，可以广泛的应用到智能家庭和智能楼宇系统中。附图说明

[0015] 图1是本发明的结构示意图；

[0016] 图2是本发明中IT700PIM模块外围电路电路图；

[0017] 图3为本发明的控制主程序运行流程图。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。

[0019] 如图1、图2和图3所示，本发明所述的一种基于电力线载波的智能插，基于电力载波通信的智能插座与具有电力线载波通信和web server嵌入式家庭网关结合，通过电力线载波通信组成用户电能网络，用户可以随时以各种方式登录Internet对家电进行控制并可以随时查询家电的各种状态，并根据电能消费情况制定合理的用电方案，最大限度的减少电能支出，实现家庭的电能管理。

[0020] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0021] 本发明所述的一种基于电力线载波的智能插座，该智能插座系统以ATmega16单片机系统作为核心控制器，控制和协调各模块的工作，通过TM7755电能采集芯片采集各电器的控制和电能信息，所述ATmega16单片机系统连接有PLC通信模块、时钟模块、十点频率采集模块、电源模块、电压采集模块和电流采集模块开关驱动电路，所述PLC通信模块与市电频率采集模块和TM7755电能采集芯片以及开关驱动电路相连，所述开关驱动电路还与时钟模块相连，所述市电频率采集模块、段缘膜块、电压采集模块和电流采集模块的两端均连接于市电的火线和零线。

[0022] 进一步，所述ATmega16单片机系统包括PIM电力线载波通信模块，采用高度集成级电力线载波通信芯片系统IT700为核心，采用DSCK调制方式，集成的模拟前端为其提供了不同的线路驱动能力，使数据传输更加稳定可靠。

[0023] 所述市电频率采样电路完成对电网频率的监测；以TM7755为核心的电能计量模块完成对用户电器用电量及功率的计量；开关驱动电路完成对用户电器供电和断电的控制；时钟芯片为智能插座提供精确时间。

[0024] 所述电压采集模块选择电阻分压方式；对电流采样选择电流互感器方式。

[0025] 所述TM7755电能采集芯片的CF引脚的输出与ATmega16单片机的外部中断口0接口用于对高频脉冲计数，单片机内部的定时器可用于设定脉冲计数的定时，有脉冲计数和定时时间可得相应的电能和平均功率。

[0026] 所述采用时钟芯片采用DS1302，其中包含31字节的静态RAM和可编程的实时时钟，可通过串行方式与主控制器通信。

[0027] 所述ATmega16单片机系统自带存储模块，存储用户电器的历史用电数据，采用低功耗E2PROM，AT24C02作为数据存储器，保证数据频繁过程中的运行速度。

[0028] 所述开关驱动模块中限流电阻输入引脚与ATmega16控制核心的I/O口相连，当相连的I/O引脚输出为低电平时，智能插座供电导通；当相连的I/O引脚输出为高电平时，智能插座停止供电线。

[0029] 该智能插座控制主程序主要包括ATmega16内部看门狗定时器、I/O输入输出状态、中断相关寄存器以及串口通信的设置，IT700PIM电力线载波通信模块及系统入网的初始化；系统将日、月用电量的历史电量数据存储于E2PROM中，每次上电复位后，都要通过读取E2PROM的数据完成历史电量数据的恢复；在主循环中为各个子程序执行设定条件，当条件满足时，则程序调用相应的子程序以完成相应的功能。

[0030] 如图2所示，本发明IT700芯片整合了极其强大的物理层(PHY)、高性能的数据链路层(DLL)以及稳定的网络层(Y-Net)协议。同时IT700还为协议栈配备了一个256K字节Flash的8051微控制器，另外还有24个通用I/O端口供实际应用。IT700PIM配有专用的AC/DC电源模块，内部集成信号耦合器，该电源模块的功率为2.5W，可为IT700PIM模块提供3.3V直流电源及电力线通信接口，同时还提供5V直流电源用于为其它功能模块供电。IT700PIM的所有输入引脚均兼容5V电平，只需给IT700PIM输出给ATmega16单片机的串口信号电平做电平转换即可，电平转换采用4-2输入与门芯片74HCT08进行。

[0031] 本发明采用220V正弦交流电压信号首先经二极管整流电路及分压电路转化为峰值小于5V的半波正弦交流电压信号，其后经比较器跟随电路将信号输入至另一比较器进行电压比较，从而将频率信号转化为单片机可接收的5V方波信号。

[0032] 本发明使用精确时钟芯片DS1302，其中包含31字节的静态RAM和可编程的实时时钟，可通过串行方式与主控制器通信。设计使用供电电压为3.3V的纽扣电池作为备用电源，保证时钟芯片在主电源断电的情况下依然可以正常工作。

[0033] 本发明基于电力载波通信的智能插座与具有电力线载波通信和web server嵌入式家庭网关结合，通过电力线载波通信组成用户电能网络，用户可以随时以各种方式登录Internet对家电进行控制并可以随时查询家电的各种状态，并根据电能消费情况制定合理的用电方案，最大限度的减少电能支出，实现家庭的电能管理，采用ATmega16处理器和IT700PIM电力线波、TM7755电能计量、继电器等模块，实现了智能插座的设计。该设计方案具有结构简单、成本低、工作方式灵活可靠、通信距离较远、抗干扰能力强等特点，该智能插座可以通过电力线载波通信组成用户电能网络从而控制优化各个房间家用电器的运行，最终达到节约电能的目的，可以广泛的应用到智能家庭和智能楼宇系统中。

[0034] 以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

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