一种家庭能源管理终端及系统的制作方法

本申请涉及物联网技术领域，尤其涉及一种家庭能源管理终端及系统。

背景技术：

随着能源需求的迅速增长，能源短缺问题越来越突出，逐渐成为制约社会发展的重要因素，高度重视节约、积极开展节能工作是缓解能源短缺问题的重要措施。开展节能工作依赖企业和公众的积极参与，其中，公众参与的广度和深度是决定节能效果的一个重要因素，而让公众了解自己的能源利用数据是提高公众的节能意识、提高公众节能积极性的重要途径。

现有技术中，公众了解自己的能源利用数据的方式有现场观察智能仪表显示的家庭能源使用量数据、利用终端应用程序远程获取集抄系统内智能仪表上报的能源使用量数据等。其中，通过现场观察智能仪表通常能够获取家庭能源剩余量数据，通过终端应用程序能够获取家庭能源剩余量数据、家庭能源日使用量等数据。

然而，公众从智能仪表或终端应用程序获取的数据均为户内多个家电等耗能设备所消耗的总能源消耗数据，不能获取家庭内单个家用能耗设备所消耗的能源数据，了解单个家用能耗设备的能耗水平，因此很难通过合理地管理多个家用能耗设备的使用以达到节能的目的，并且，公众对家庭内单个家用能耗设备耗能异常也无法及时发现，不利于能源节约和能源使用安全。

技术实现要素：

本申请提供了一种家庭能源管理终端及系统，以解决用户无法获取各家用能耗设备能源利用数据的问题。

第一方面，本申请提供了一种家庭能源管理终端，该终端包括采集模块、模数转换模块、控制模块和通信模块，其中：

所述采集模块，分别与智能仪表信息采集设备和多个家用能耗设备连接，用于采集所述智能仪表信息采集设备记录的用户家庭实时总能源消耗数据、多个所述家用能耗设备的实时能耗信息和身份信息，并将所述用户家庭实时总能源消耗数据、实时能耗信息和身份信息发送到所述模数转换模块，所述身份信息包括硬件地址或网络地址；

所述模数转换模块，与所述控制模块连接，用于将所述实时能耗信息转换为数字信号，并将所述用户家庭实时总能源消耗数据和数字信号发送到所述控制模块；

所述控制模块，包括数据库单元和数据处理单元，所述数据库单元内存储有多种家用能耗设备的功率特征数据，所述数据处理单元，用于从所述数字信号中提取特征量，并根据所述特征量与所述功率特征数据的相似度分别识别多个所述家用能耗设备，得到分别对应各所述家用能耗设备身份信息的设备实时能耗数据，并将所述用户家庭实时总能源消耗数据和设备实时能耗数据发送到所述通信模块；

所述通信模块，与用户终端连接，用于向所述用户终端发送所述用户家庭实时总能源消耗数据和设备实时能耗数据。

优选地，所述采集模块包括ZigBee模块。

优选地，所述通信模块包括蓝牙模块和/或WIFI模块。

优选地，所述控制模块，包括跳合闸控制单元，所述跳合闸控制单元分别与多个所述家用能耗设备连接，用于控制多个所述家用能耗设备的开关。

优选地，所述控制模块，与分路开关通信连接，其中，所述分路开关分别与多个所述家用能耗设备连接，用于控制多个所述家用能耗设备的开关。

优选地，所述家庭能源管理终端还包括存储模块，所述存储模块与所述控制模块连接，用于存储所述设备实时能耗数据和用户家庭实时总能源消耗数据，并分别统计多个所述家用能耗设备的总能耗数据和用户家庭总能源消耗数据。

优选地，所述家庭能源管理终端还包括报警模块，所述报警模块与所述控制模块连接，用于根据所述设备实时能耗数据超出预设范围时进行报警。

第二方面，本申请还提供了一种家庭能源管理系统，所述系统包括能源管理终端前置机、能源管理上位机、内外网交互上位机和上述方案任一所述的多个家庭能源管理终端，其中：

多个所述家庭能源管理终端，均与所述能源管理终端前置机连接，所述能源管理终端前置机、能源管理上位机和内外网交互上位机依次连接，所述内外网交互上位机与电力管理系统连接。

本申请提供的家庭能源管理终端及系统的有益效果包括：

本申请提供的家庭能源管理终端，包括采集模块、模数转换模块、控制模块和通信模块。利用与智能仪表信息采集设备和多个家用能耗设备连接的采集模块分别对用户家庭实时总能源消耗数据、多个家用能耗设备的实时能耗信息和身份信息进行采集，并通过模数转换模块进行数据处理，进而与控制模块内数据库单元存储的多种家用能耗设备能耗数据进行相似度匹配，从而识别多个家用能耗设备分别对应的实时能耗数据，将对应身份信息的实时能耗数据和用户家庭实时总能源消耗数据通过通信模块发送到用户终端，使用户终端能够获取各个家用能耗设备的实时能耗数据和用户家庭实时总能源消耗数据，从而使家庭用户能够获取自己家庭的实时能源消耗状态，有利于提高家庭用户的节能意识，为家庭用户对不同家用能耗设备进行控制提供重要依据，促进能源节约。有利于家庭用户及时发现耗能异常，提高能源使用安全性合理的根据。本申请提供的家庭能源管理系统，有利于电力管理系统的管理人员依据不同家庭用户内的多种家用能耗设备的实时能耗数据制定更为科学的能源控制指令和实时能源价格，有利于用户通过家庭能源管理终端根据能源控制指令和实时能源价格对家庭内的家用能耗设备的能耗使用进行控制，实现了用户与电网系统的双向互动，提高了能耗使用控制的可行性，促进了能源节约。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种家庭能源管理终端的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种485通讯电路的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种家庭能源管理系统的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，为本申请实施例提供的一种家庭能源管理终端的结构示意图。如图1所示，本申请实施例提供的家庭能源管理终端，包括采集模块、模数转换模块、控制模块通信模块和存储模块。

具体的，采集模块分别与智能仪表信息采集设备、第一家用能耗设备、第二家用能耗设备和第三家用能耗设备通信连接，与模数转换模块、控制模块和通信模块依次连接，控制模块与存储模块连接，通信模块与用户终端通信连接。

本申请实施例中，智能仪表信息采集设备与多个用户家庭的智能仪表连接，可采集多个用户家庭的实时总能源消耗数据。第一家用能耗设备、第二家用能耗设备和第三家用能耗设备均为同一个用户家庭内的智能家电设备，如智能电视机、智能空调、智能插座等。智能家电设备内设置有无线网络模块，如ZigBee模块、蓝牙模块等，可与包含相同无线网络模块的家庭能源管理终端进行通信。

家庭能源管理终端的采集模块可包括ZigBee模块。家庭能源管理终端与包含ZigBee模块的第一家用能耗设备、第二家用能耗设备和第三家用能耗设备之间利用各自的ZigBee模块建成ZigBee网络。采集模块对第一家用能耗设备、第二家用能耗设备和第三家用能耗设备的能耗信息和身份信息进行采集。其中，能耗信息包含水、电、气等实时用量数据，身份信息包含各家用能耗设备的硬件地址或网络地址，硬件地址可为MAC地址，网络地址可为IP地址。当然，采集模块也可为其他无线网络模块，如蓝牙模块，与包含蓝牙模块的第一家用能耗设备、第二家用能耗设备和第三家用能耗设备建立蓝牙连接，采集能耗信息和身份信息。采集模块还设置有RS485接口，便于与设置有RS485接口的智能仪表信息采集设备进行通信连接，获取该用户家庭的实时总能源消耗数据。

采集模块采集的数据包括：第一家用能耗设备、第二家用能耗设备、第三家用能耗设备各自的设备实时能耗信息和身份信息，用户家庭实时总能源消耗数据。采集模块将采集上述三项数据发送到模数转换模块，模数转换模块与控制模块连接，用于将实时能耗信息转换为数字信号，并将数字信号和用户家庭实时总能源消耗数据发送到控制模块。

控制模块可采用SPEAr310芯片作为家庭能源管理终端主芯片。其他模块与控制模块的连接均可通过SPEAr310芯片的UART口连接。控制模块包括数据库单元和数据处理单元，数据库单元内存储有多种家用能耗设备的功率特征数据，数据处理单元，用于从数字信号中提取特征量，其中，特征量包括家用能耗设备正常工作时的稳态功率特性量和暂态功率特性量。根据特征量与数据库单元功率特征数据的相似度分别识别第一家用能耗设备、第二家用能耗设备和第三家用能耗设备，分别得到对应第一家用能耗设备身份信息的实时能耗数据、对应第二家用能耗设备身份信息的实时能耗数据和对应第三家用能耗设备身份信息的实时能耗数据，并将上述三项实时能耗数据和用户家庭实时总能源消耗数据发送到通信模块。

通信模块包括蓝牙模块和/或WIFI模块。通信模块与用户终端通信连接，用于将第一家用能耗设备、第二家用能耗设备和第三家用能耗设备的实时能耗数据发送至用户终端。用户终端包括智能手机、平板电脑、计算机等终端设备。通信模块可与用户终端直接通信，如通过蓝牙通信连接，还可通过以太网或WIFI与预先建立的用户服务平台远程连接，用户终端可通过相关APP(Application，应用软件)访问用户服务平台，或通过微信关注用户服务平台公众号，查询自己的实时能耗数据或接收推送消息。用户根据获得的实时能耗信息，获取自己家庭的实时能源消耗状态，可对实时总能源消耗数据和分项能耗数据进行综合分析，直接验证家庭内的智能仪表是否准确，还可对各家用能耗设备的能耗水平进行测试，验证各家用能耗设备的节能水平。

存储模块可用于存储对应各家用能耗设备身份信息的实时能源消耗数据和用户家庭实时总能耗数据，并分别统计各家用能耗设备的实时总能耗数据和用户家庭实时总能耗数据，从而生成包含各家用能耗设备历史能源消耗数据、用户家庭历史总能耗数据的相关报表或曲线图，利于用户根据上述两项数据制定和执行节能计划。

家庭能源管理终端还设置有报警模块，报警模块与控制模块连接，报警模块的工作方式可为蜂鸣报警模块或指示灯报警。当其中一个或多个家用能耗设备的实时能耗数据超出对应的预设范围时，或家庭能源管理终端从智能仪表获取的过压、过流、功率越限、停电、短路等能耗状态异常或智能仪表工作状态异常时，报警模块主动识别、记录并上报异常状态，并进行报警，提醒用户检查家庭能源利用状态。

进一步的，家庭能源管理终端可通过在控制模块设置跳合闸控制单元实现对各家用能耗设备的管理。跳合闸控制单元分别与多个家用能耗设备连接，用于控制多个家用能耗设备的开关，实现本地跳合闸。当然，控制模块还可与分路开关通信连接，具体可为：控制模块设置有RS485通讯电路单元，通过RS485通讯电路单元与分路开关通信连接，从而实现远程跳合闸功能。参见图2，为申请实施例提供的一种485通讯电路的结构示意图。如图2所示，RS485通讯电路单元与主芯片的UART口之间设置有高速光耦PS2501，RS485通讯电路单元接收端加三极管整形电路，保证在波特率为19200bps时的通信效果。进一步的，RS485通讯电路单元的电源与主芯片电源通过高频变压器不同绕组隔离开来，保证接触放电不会影响到主芯片回路。

当然，家庭能源管理终端对各家用能耗设备的管理还可根据用户的设置手动控制。用户利用用户终端通过与家庭能源管理终端通信连接，可控制家庭能源管理终端的跳合闸控制单元或家庭能源管理终端连接的分路开关对各家用能耗设备的运行进行实时管理，或，用户利用用户终端对家庭能源管理终端进行预先设置，预先设置内容包括分别设置各家用能耗设备的预设范围，当家用能耗设备达到对应的预设范围时，则家庭能源管理终端自动控制跳合闸控制单元或分路开关，对家用能耗设备的运行进行限制，提高节能效率。

通过上述实施方式，家庭能源管理终端不仅能够本地接收并分析用户的水、电、气用量数据，还可作为用户家庭互联网网关，控制各家用能耗设备的开关。

更进一步的，家庭能源管理终端还可根据电力管理系统的能源控制指令和能源实时价格对各家用能耗设备进行智能化管理。参见图3，为本申请实施例提供的一种家庭能源管理系统的结构示意图。如图3所示，本申请实施例提供的一种家庭能源管理系统，包括能源管理终端前置机、能源管理上位机、内外网交互上位机和多个家庭能源管理终端。

具体的，家庭能源管理系统可用于对多个家庭用户进行能源管理，本申请实施例中，家庭用户包括第一家庭用户和第二家庭用户，其中，第一家庭用户内设置有第一家庭能源管理终端、第一家用能耗设备、第二家用能耗设备和第三家用能耗设备，第一家庭能源管理终端分别与第一家用能耗设备、第二家用能耗设备和第三家用能耗设备连接；第二家庭用户内设置有第二家庭能源管理终端、第四家用能耗设备、第五家用能耗设备和第六家用能耗设备，第二家庭能源管理终端分别与第四家用能耗设备、第五家用能耗设备和第六家用能耗设备连接。第一家用能耗设备和第四家用能耗设备为相同类型的能耗设备。第一家庭能源管理终端和第二家庭能源管理终端均与能源管理终端前置机连接，能源管理终端前置机、能源管理上位机和内外网交互上位机依次连接，内外网交互上位机与电力管理系统连接。

家庭能源管理终端前置机通过第一家庭能源管理终端和第二家庭能源管理终端可分别获得第一家用能耗设备、第二家用能耗设备、第三家用能耗设备、第四家用能耗设备、第五家用能耗设备和第六家用能耗设备的设备实时能耗数据，并将上述六项设备实时能耗数据依次经过家庭能源管理上位机、内外网交互上位机发送到电力管理系统，电力管理系统可对上述六项设备实时能耗数据进行分析，如统计相同类型家电设备(第一家用能耗设备和第四家用能耗设备)的能源利用总数据，制定实时能源价格和针对第一家庭用户和第二家庭用户不同的能源控制指令。

电力管理系统将实时能源价格和能源控制指令经内外网交互上位机发送至家庭能源管理上位机。家庭能源管理上位机可对能源控制指令进行分析，得到具体的控制信息，并将控制信息和实时能源价格经家庭能源管理终端前置机分别下发到第一家庭能源管理终端和第二家庭能源管理终端。第一家庭能源管理终端和第二家庭能源管理终端分别根据各自的能源控制指令分别对第一家用能耗设备和第四家用能耗设备的使用进行使用控制，控制过程可利用各家庭能源管理终端内设置的跳合闸控制单元或各家庭能源管理终端分别连接的分路开关进行控制。

从上述实施例可以看出，本申请提供的家庭能源管理终端，包括采集模块、模数转换模块、控制模块、存储模块和通信模块。利用与智能仪表信息采集设备和多个家用能耗设备连接的采集模块分别对用户家庭实时总能源消耗数据、多个家用能耗设备的实时能耗信息和身份信息进行采集，并通过模数转换模块进行数据处理，进而与控制模块内数据库单元存储的多种家用能耗设备能耗数据进行相似度匹配，从而识别多个家用能耗设备分别对应的实时能耗数据，将对应身份信息的实时能耗数据和用户家庭实时总能源消耗数据通过通信模块发送到用户终端，使用户终端能够获取各个家用能耗设备的实时能耗数据和用户家庭实时总能源消耗数据，从而使家庭用户能够获取自己家庭的实时能源消耗状态，用户验证各家用能耗设备的节能水平。有利于提高家庭用户的节能意识，为家庭用户对不同家用能耗设备进行控制提供重要依据，促进能源节约。有利于家庭用户及时发现耗能异常，通过对异常能耗信息的报警、上传记录、并执行相关能源利用限制措施等方式，保障用户能源利用安全。家庭能源管理终端还可作为用户家庭内的物联网网关实现远程或本地跳合闸控能，提高了节能便捷性和节能效率。本申请提供的家庭能源管理系统，有利于电力管理系统的管理人员依据不同家庭用户内的多种家用能耗设备的实时能耗数据制定更为科学的能源控制指令和实时能源价格，有利于用户通过家庭能源管理终端根据能源控制指令和实时能源价格对家庭内的家用能耗设备的能耗使用进行控制，实现了用户与电网系统的双向互动，提高了能耗使用控制的可行性，促进了能源节约。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于家庭能源管理方法实施例而言，由于其基本相似于家庭能源管理终端及系统实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见家庭能源管理终端及系统中的说明即可。

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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述的本实用新型实施方式并不构成对本实用新型保护范围的限定。