用电监测装置及系统的制作方法

本实用新型涉及用电监测领域，具体而言，涉及一种用电监测装置及系统。

背景技术：

家庭用电统计是一项必备的工作，目前家庭用电情况都是使用电表进行累积计数，可以统计一段时间内的总用电量，或者可计算出日平均用电量；使用电流表或功率计等测量工具可对线路电流和功率进行实时观察，从而得知实时的用电情况。

电表虽然可以统计一段时间内的用电量，但是却不能反应实时的用电情况，并进行记录统计等，用户处于一个只知道总用电量的盲目状态；电表的安装还需要接入总线，具有一定的专业性和危险性，需要专业人员进行安装操作，带来了不便。使用电流表或功率计等测量设备虽然可以观测到实时的用电情况，但是只适合瞬间数据实时观察，做不到长期的记录统计等，在日常生活中也并不适用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用电监测装置，以实现家庭用电情况的实时监测。

本实用新型的另一目的在于提供一种用电监测系统，以实现家庭用电情况的长期记录与统计。

本实用新型是这样实现的：

一种用电监测装置，安装于用电线路的火线，用于与网关设备通信连接，其包括开口式电流互感器、信息处理单元，开口式电流互感器套设于用电线路的火线，开口式电流互感器与信息处理单元电连接，信息处理单元与网关设备通信连接，开口式电流互感器用于获得用电线路的电流信息，信息处理单元用于在预定时间间隔内将电流信息进行采样处理成数据信息，并在电流信息发生变化时将变化后的数据信息发送给网关设备。

进一步地，所述信息处理单元包括信号放大调理模块、计算处理模块、无线传输模块及电源模块，所述开口式电流互感器、信号放大调理模块、计算处理模块、无线传输模块依次电连接，且所述电源模块分别与所述信号放大调理模块、计算处理模块、无线传输模块电连接；所述开口式电流互感器用于获得所述用电线路的电流信息；所述信号放大调理模块用于在所述预定时间间隔内将所述开口式电流互感器测量到的所述电流信息进行放大调理，所述计算处理模块用于将放大调理后的所述电流信息进行采样测量、计算并做处理得到所述数据信息，所述无线传输模块用于在所述电流信息发生变化时将变化后的所述数据信息通过无线网络传输给所述网关设备；所述电源模块为所述信号放大调理模块、计算处理模块、无线传输模块提供电力供应。

进一步地，所述信号放大调理模块包括运算放大器和模拟开关，所述开口式电流互感器、模拟开关、运算放大器、计算处理模块依次电连接，所述模拟开关用于在所述预定时间间隔内根据所述电流信息的大小调整所述运算放大器的放大倍数，所述运算放大器用于根据所述模拟开关调整的放大倍数对所述电流信息进行放大。

进一步地，所述模拟开关还用于响应在所述预定时间间隔外，所述用电线路在用电功率大于预设值时产生的触发信号，并根据包含有所述触发信号的所述电流信息的大小调整所述运算放大器的放大倍数，所述运算放大器还用于将所述电流信息以所述模拟开关调整的放大倍数进行放大，所述计算处理模块用于将放大后的所述电流信息进行处理得到所述数据信息，所述无线传输模块用于将所述数据信息通过所述无线网络传输给所述网关设备。

进一步地，所述计算处理模块包括微控制器，所述信号放大调理模块、微控制器、无线传输模块依次电连接，所述微控制器用于在所述预定时间间隔内将经放大调理的所述电流信息处理成所述数据信息，当后一组数据信息与前一组数据信息不同时，所述微控制器控制所述无线传输模块将所述后一组数据信息无线传输至所述网关设备。

进一步地，所述无线传输模块为无线射频发射电路，所述无线传输模块为无线射频发射电路，所述无线射频发射电路分别与所述计算处理模块、电源模块电连接，且所述无线射频发射电路与所述网关设备通信连接，所述无线射频发射电路用于在所述计算处理模块的控制下，通过所述无线网络向所述网关设备传输所述后一组数据信息。

进一步地，所述电源模块包括输入电源、稳压器和开关电路，所述输入电源、稳压器、开关电路依次电连接，且所述开关电路分别与所述信号放大调理模块、计算处理模块、无线传输模块电连接，所述开关电路在所述计算处理模块的控制下，建立或切断所述电源模块为所述无线传输模块的电力供应。

进一步地，所述开口式电流互感器与所述信息处理单元通过单声头音频接口电连接。

本实用新型还提供一种用电监测系统，用于与电子设备通信，包括所述用电监测装置、网关设备及云端服务器，所述网关设备分别与所述用电监测装置和所述云端服务器通信连接，用于将所述用电监测装置发送的所述数据信息上传至所述云端服务器，所述云端服务器与所述电子设备通信连接，用于将所述网关设备上传的所述数据信息进行记录、统计、分析，并将分析结果推送至所述电子设备；所述用电监测装置，安装于用电线路的火线，用于与网关设备通信连接，其包括开口式电流互感器、信息处理单元，开口式电流互感器套设于用电线路的火线，开口式电流互感器与信息处理单元电连接，信息处理单元与网关设备通信连接，开口式电流互感器用于获得用电线路的电流信息，信息处理单元用于在预定时间间隔内将电流信息进行采样处理成数据信息，并在电流信息发生变化时将变化后的数据信息发送给网关设备。

进一步地，所述用电监测装置为多个，多个所述用电监测装置分别与所述网关设备通信连接。

相对现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型提供的一种用电监测装置，采用开口式电流互感器实时获取用电线路的电流信息并发送到信息处理单元，信息处理单元包括放大调理模块、计算处理模块、无线传输模块及电源模块；

放大调理模块的模拟开关在预定时间间隔内根据电流信息的大小调整运算放大器的放大倍数，运算放大器按照放大倍数将电流信息进行放大，计算处理模块将放大调理后的电流信息进行处理得到数据信息，当后一组数据信息与前一组数据信息不同时，计算处理模块控制无线传输模块将后一组数据信息无线发送至网关设备；

放大调理模块的模拟开关还可以响应在预定时间间隔外用电线路在用电功率大于预设值时产生的触发信号，并根据包含有触发信号的电流信息的大小调整运算放大器的放大倍数，运算放大器将此电流信息进行放大，计算处理模块将此放大后的电流信息进行处理得到数据信息，无线传输模块将此数据信息通过无线网络传输至网关设备；

电源模块为放大调理模块、计算处理模块及无线传输模块提供电力供应，当不需要进行数据信息的无线发送时，电源模块切断对无线传输模块的电力供应，本实用新型提供的用电监测装置能够实现家庭用电情况的实时监测，同时采用低功耗供电技术，能够工作更长时间。

本实用新型还提供一种用电监测系统，该用电监测系统包括用电监测装置、网关设备及云端服务器，网关设备接收用电监测装置发送的数据信息，并将此数据信息上传至云端服务器，云端服务器接收此数据信息，并对此数据信息进行记录、统计及分析，并将分析结果推送至用户的电子设备；本实用新型提供的用电监测系统还可以包括多个用电监测装置及网关设备，网关设备接收多个用电监测装置发送的数据信息，并将这些数据信息上传至云端服务器，云端服务器接收这些数据信息，并对这些数据信息进行记录、统计及分析，并将分析结果推送至用户的电子设备；本实用新型提供的用电监测系统，能够实现家庭用电情况的长期记录与统计。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1示出了本实用新型第一实施例所提供的一种用电监测系统的结构示意图。

图2示出了本实用新型第一实施例所提供的信息处理单元的结构示意图。

图3示出了本实用新型第一实施例所提供的信息处理单元的结构示意图。

图4示出了本实用新型第二实施例所提供的一种用电监测系统的结构示意图。

图5示出了本实用新型第二实施例所提供的云端服务器与网关设备、电子设备的连接关系图。

图6示出了本实用新型第三实施例所提供的一种用电监测系统的结构示意图。

图标：100-用电监测系统；200-用电监测系统；300-用电监测系统；110-用电监测装置；111-开口式电流互感器；113-信息处理单元；114-信号放大调理模块；115-计算处理模块；116-无线传输模块；118-电源模块；1141-运算放大器；1143-模拟开关；1151-微控制器；1161-无线射频发射电路；1181-输入电源；1183-稳压器；1185-开关电路；150-无线网络；170-网关设备；210-网络；230-云端服务器；231-信息接收模块；233-信息记录模块；235-信息统计模块；237-信息分析模块；239-信息推送模块；250-电子设备。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

图1示出了本实用新型第一实施例所提供的用电监测系统100的结构示意图，本实用新型第一实施例所提供的用电监测系统100可以应用于家庭用电监测，用电监测系统100包括用电监测装置110及网关设备170，用电监测装置110通过无线网络150与网关设备170通信连接以实现数据交互。

用电监测装置110安装于用电线路的火线，用电监测装置110包括开口式电流互感器111及信息处理单元113，开口式电流互感器111与信息处理单元113电连接，信息处理单元113通过无线网络150与网关设备170通信连接。

在本实施例中，开口式电流互感器111套设于用电线路的火线，用于通过互感的测量方式获得用电线路的电流信息，并且开口的结构无需切断被测用电线路，可以达到安装简单、安全的目的，非侵入式的测量方式可以提高测量的安全性和易操作性，亦可高效、精准的对用电线路的电流进行实时测量，得到可靠的电流信息输出到信息处理单元113处理。

优选地，在本实施例中，开口式电流互感器111与信息处理单元113通过单声道音频接口电连接，即开口式电流互感器111测量的用电线路的电流信息，采用3.5mm单声道音频接口传输到信息处理单元113；屏蔽的音频线材可以对电流信息进行良好的保真传输，同时音频接口方便拔插，接触良好。

图2和图3示出了本实用新型第一实施例所提供的信息处理单元113的结构示意图，本实用新型第一实施例所提供的信息处理单元113用于在预定时间间隔内(例如每5秒)将开口式电流互感器111获取的电流信息进行采样处理成数据信息，并在电流信息发生变化时将变化后的数据信息发送给网关设备170，同时连续进行预定时间(例如5秒)电流信息采样处理，预定时间内，如果电流信息未发生变化，则在预定时间到达后停止采集，如果预定时间内电流信息发生变化，则将变化后的数据信息发送给网关设备170，且连续进行预定时间(例如5秒)电流信息采样处理，以此类推，信息处理单元113停止采集的时间是预定时间间隔(即停止采集5秒)。

信息处理单元113包括信号放大调理模块114、计算处理模块115、无线传输模块116及电源模块118，开口式电流互感器111、信号放大调理模块114、计算处理模块115、无线传输模块116依次电连接，且电源模块118分别与信号放大调理模块114、计算处理模块115、无线传输模块116电连接。

在本实施例中，信号放大调理模块114用于将开口式电流互感器111测量到的电流信息进行放大调理，其包括运算放大器1141和模拟开关1143，开口式电流互感器111、模拟开关1143、运算放大器1141及计算处理模块115依次电连接。

优选地，模拟开关1143用于在预定时间间隔内根据开口式电流互感器111采集的电流信息的大小，调整运算放大器1141的放大倍数。另外，模拟开关1143还可以响应在预定时间间隔外，用电线路在用电功率大于预设值(例如8kw)时产生的触发信号，并根据包含有此触发信号的电流信息的大小调整运算放大器1141的放大倍数。

优选地，运算放大器1141用于根据模拟开关1143调整的放大倍数将开口式电流互感器111采集的电流信息进行放大，然后将放大后的电流信息发送给计算处理模块115，运算放大器1141还用于将包含有触发信号电流信息据模拟开关1143调整的放大倍数进行放大。

在本实施例中，计算处理模块115用于将放大调理后的电流信息分别进行采样测量、计算并做处理得到数据信息；计算处理模块115还用于将放大调理后的包含有触发信号的电流信息进行处理得到数据信息；本实施例中的计算处理模块115优选为低功耗的微控制器1151，信号放大调理模块114、微控制器1151及无线传输模块116依次电连接。

优选地，在本实施例中，在预定时间间隔内，当微控制器1151处理的后一组数据信息与前一组数据信息不同时，表示开口式电流互感器111采集的用电线路的电流信息发生变化，即家庭中有用电的情形发生，则微控制器1151控制无线传输模块116将后一组数据信息无线传输至网关设备170；当微控制器1151处理的后一组数据信息与前一组数据信息相同时，表示开口式电流互感器111采集的用电线路的电流信息没有发生变化，即家庭中的用电情况没有发生变化，则微控制器1151不会通过无线传输模块116将这一组数据信息进行传输。

优选地，在本实施例中，微控制器1151还用于控制无线传输模块116，将包含有触发信号的电流信息进行处理得到的数据信息，通过无线网络150传输至网关设备170。

在本实施例中，无线传输模块116用于在微控制器1151的控制下，将后一组数据信息通过无线网络150传输给网关设备170，本实施例中的无线传输模块116优选为无线射频发射电路1161，无线射频发射电路1161通过无线网络150与网关设备170通信连接。

优选地，无线射频发射电路1161的工作频率可以为315MHz或433MHz。

在本实施例中，电源模块118分别与信号放大调理模块114、计算处理模块115及无线传输模块116电连接，为这三个模块提供电力供应。电源模块118包括输入电源1181、稳压器1183及开关电路1185，输入电源1181、稳压器1183及信号放大调理模块114依次电连接，输入电源1181、稳压器1183及微控制器1151依次电连接，输入电源1181、稳压器1183、开关电路1185及无线射频发射电路1161依次电连接。

优选地，输入电源1181为三节五号干电池，用于为信号放大调理模块114、计算处理模块115、无线传输模块116提供电力供应。

优选地，稳压器1183为低功耗稳压器，用于将输入电源1181的电压转换为适合信号放大调理模块114、计算处理模块115、无线传输模块116工作的稳定电压。

优选地，在本实施例中，开关电路1185在计算处理模块115的控制下，建立或切断电源模块118对无线传输模块116的电力供应，在无线传输模块116不进行数据传输时，开关电路1185会关断对无线传输模块116的电力输出，只有在需要进行数据传输时才打开，可以最大程度的降低功耗。

本实用新型第一实施例所提供的一种用电监测系统100的工作原理是：开口式电流互感器111实时测量用电线路的电流信息，信息处理单元113用于在预定时间间隔内将电流信息进行采样处理(例如每5秒处理一次)成数据信息，当后一组数据信息与前一组不同时，信息处理单元113将数据信息发送给网关设备170，并连续进行预定时间(例如5秒)电流信息采样处理，预定时间内，如果后一组数据信息与前一组相同，则信息处理单元113不将数据信息发送给网关设备170，并在预定时间到达后停止采集；当后一组数据信息与前一组相同时，信息处理单元113不将数据信息发送给网关设备170，并停止采集；信息处理单元113还用于在预定时间间隔外(即信息处理单元113未进行电流信息处理的5秒时间内)，响应用电线路在用电功率大于预设值时产生的触发信号，并将包含有此触发信号的电流信息处理成数据信息，并将该数据信息无线发送至网关设备170。

第二实施例

图4示出了本实用新型第二实施例所提供的用电监测系统200的结构示意图，与第一实施例不同的是，本实施例提供的用电监测系统200还包括云端服务器230，网关设备170通过网络210与云端服务器230通信连接，同时云端服务器230与用户的电子设备250通过网络210通信连接。

在本实施例中，网关设备170用于接收用电监测装置110发送的数据信息，并通过网络210将此数据信息上传至云端服务器230。

优选地，网关设备170具有与无线射频发射电路1161相同的工作频率，例如315MHz或者433MHz。

优选地，网络210可以是有线网络或者无线网络，例如网线或者WIFI。

图5示出了本实用新型第二实施例所提供的云端服务器230与网关设备170、电子设备250的连接关系图，云端服务器230用于接收网关设备170发送的数据信息，并对该数据信息进行记录、统计、分析，并将分析结果推送至用户的电子设备250，其包括信息接收模块231、信息记录模块233、信息统计模块235、信息分析模块237及信息推送模块239，信息接收模块231、信息记录模块233、信息统计模块235、信息分析模块237及信息推送模块239依次电连接，且信息推送模块239通过网络210与用户的电子设备250通信连接。

优选地，信息接收模块231用于接收网关设备170发送的用电监测装置110测量的数据信息，信息记录模块233用于记录用电监测装置110测量的数据信息，信息统计模块235用于统计用电监测装置110测量的数据信息，信息分析模块237用于对用电监测装置110测量的数据信息进行分析，信息推送模块239用于将分析结果推送至用户的电子设备250。

优选地，用户的电子设备250可以是电脑、手机、平板电脑等电子设备。

本实用新型第二实施例所提供的一种用电监测系统200的工作原理是：网关设备170接收用电监测装置110发送的数据信息，并将此数据信息上传至云端服务器230，云端服务器230接收此数据信息，并对此数据信息进行记录、统计、分析，并将分析结果推送至用户的电子设备250。

第三实施例

图6示出了本实用新型第三实施例所提供的用电监测系统300的结构示意图，与第二实施例不同的是，本实施例提供的用电监测系统300包括多个用电监测装置110，多个用电监测装置110分别通过网络210与网关设备170通信连接。

在本实施例中，网关设备170及云端服务器230的优选结构均与第二实施例中提供的优选结构相同，在此不再赘述。

需要说明的是，在本实施例中，用电监测系统300内部嵌入自组网协议，在有多个用电监测装置110同时测量的情况下，各个测量节点可以自行组成一个测试网，从而测得更详细的家庭用电情况数据。

本实用新型第三实施例所提供的一种用电监测系统300的工作原理是：网关设备170接收多个用电监测装置110发送的数据信息，并将此数据信息上传至云端服务器230，云端服务器230接收这些数据信息，并对这些数据信息进行记录、统计及分析，并将分析结果推送至用户的电子设备250，使用户更全面的掌握家庭用电情况。

综上所述，本实用新型提供一种用电监测装置及系统，本实用新型提供的一种用电监测装置，采用开口式电流互感器实时获取用电线路的电流信息并发送到信息处理单元，信息处理单元包括放大调理模块、计算处理模块、无线传输模块及电源模块；放大调理模块的模拟开关在预定时间间隔内根据开口式电流互感器采集的电流信息的大小调整运算放大器放大倍数，运算放大器将电流信息进行放大，计算处理模块将放大调理后的电流信息进行处理得到数据信息，当后一组数据信息与前一组数据信息不同时，计算处理模块控制无线传输模块将后一组数据信息无线发送至网关设备；放大调理模块的模拟开关还可以响应在预定时间间隔外用电线路在用电功率大于预设值时产生的触发信号，并根据包含有触发信号的电流信息的大小调整运算放大器的放大倍数，运算放大器将此电流信息进行放大，计算处理模块将此放大后的电流信息进行处理得到数据信息，无线传输模块将此数据信息通过无线网络传输至网关设备；电源模块为放大调理模块、计算处理模块及无线传输模块提供电力供应，当不需要进行数据信息的无线发送时，电源模块切断对无线传输模块的电力供应，本实用新型提供的用电监测装置能够实现家庭用电情况的实时监测，同时采用低功耗供电技术，能够工作更长时间；本实用新型提供的用电监测装置能够实现家庭用电情况的实时监测，同时采用低功耗供电技术，能够工作更长时间。

本实用新型还提供一种用电监测系统，该用电监测系统包括一个或多个用电监测装置及网关设备、云端服务器，网关设备接收一个或多个用电监测装置发送的数据信息，并将这些数据信息上传至云端服务器，云端服务器接收这些数据信息，并对这些数据信息进行记录、统计及分析，并将分析结果推送至用户的电子设备；同时，多个用电监测装置同时测量时，由于用电监测系统内部嵌入的自组网协议，各个测量节点可以自行组成一个测试网，从而测得更详细的家庭用电情况数据，本实用新型提供的用电监测系统，能够实现家庭用电情况的长期记录与统计。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。