一种综合能源管理终端的制作方法

[0001]
本实用新型涉及到控制领域，具体涉及到一种综合能源管理终端。


背景技术：

[0002]
随着网络化能源管理系统的发展日渐深入，对能源管理终端的要求也越来越高。对以宾馆、学校等客户主体的能源网络而言，需要对房间内的各种耗能主体进行监控和控制，从而达到节能减排的目的。常见的，房间内的各种耗能主体主要包括空调终端(风机盘管)、照明电器等设备。
[0003]
目前市场上已有的能源管理终端有风机盘管控制器、照明灯控制器，缺点就是功能较为单一，因此需设计一种集成多种功能的综合能源管理终端。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型提供了一种综合能源管理终端，该综合能源管理终端的主机基于通信模块与外界通信，并可通过功能扩展设备进行功能上的扩展，具有良好的实用性。
[0005]
相应的，本实用新型提供了一种综合能源管理终端，包括主机和功能扩展设备；
[0006]
所述主机包括处理器模块和通信模块，所述处理器模块与所述通信模块电性连接；
[0007]
所述功能扩展设备包括单相计量与控制模块，所述单相计量与控制模块基于第一线组与所述主机连接；
[0008]
所述单相计量模块包括单相计量芯片和单相继电器；
[0009]
所述第一线组包括第一spi线和第一i/o线；
[0010]
所述单相计量芯片基于第一spi线与所述处理器模块连接，所述单相继电器基于第一i/o线与所述处理器模块连接。
[0011]
可选的实施方式，所述通信模块为lonworks通信模块。
[0012]
可选的实施方式，所述功能扩展设备还包括照明控制模块，所述照明控制模块基于第二线组与所述主机连接；
[0013]
所述照明控制模块包括照明继电器；
[0014]
所述第二线组包括第二i/o线；
[0015]
所述照明继电器基于第二i/o线与所述处理器模块连接。
[0016]
可选的实施方式，所述功能扩展设备还包括光照度检测模块，所述光照度检测模块基于第三线组与所述主机连接；
[0017]
所述光照度检测模块包括照度计；
[0018]
所述第三线组包括第一模数线；
[0019]
所述照度计基于所述第一模数线与所述处理器模块连接。
[0020]
可选的实施方式，所述功能扩展设备还包括人体感应模块，所述人体感应模块基于第四线组与所述主机连接；
[0021]
所述人体感应模块包括热红外人体感应器；
[0022]
所述第一线组包括第三i/o线；
[0023]
所述热红外人体感应器基于所述第三i/o线与所述处理器模块连接。
[0024]
可选的实施方式，所述功能扩展设备还包括风机盘管与热能控制模块，所述风机盘管与热能控制模块基于第五线组与所述主机连接；
[0025]
所述风机盘管与热能控制模块包括温控继电器；
[0026]
所述第五线组包括第四i/o线；
[0027]
所述温控继电器基于所述第四i/o线与所述处理器模块连接。
[0028]
可选的实施方式，所述功能扩展设备还包括温度监测模块，所述温度监测模块基于第六线组与所述主机连接；
[0029]
所述温度监测模块包括温度传感器；
[0030]
所述第六线组包括第五i/o线；
[0031]
所述温度传感器基于所述第五i/o线与所述处理器模块连接。
[0032]
可选的实施方式，所述功能扩展设备还包括红外发射模块，所述红外发射模块基于第七线组与所述主机连接；
[0033]
所述红外发射模块包括红外发射器；
[0034]
所述第七线组包括第六i/o线；
[0035]
所述红外发射器基于所述第六i/o线与所述处理器模块连接。
[0036]
可选的实施方式，所述主机还包括电源管理模块，所述电源管理模块分别与所述处理器模块和所述功能扩展设备连接。
[0037]
可选的实施方式，所述功能扩展设备还包括触控模块，所述控制模块基于第八线组与所述主机连接；
[0038]
所述触控模块包括触摸屏；
[0039]
所述第八线组包括第一uart线；
[0040]
所述触摸屏基于所述第一uart线与所述处理器模块连接。
[0041]
本实用新型提供了一种综合能源管理终端，基于lonworks总线对综合能源管理系统进行设计，可较为方便的将综合能源管理终端整合至现场总线网络中；通过单相计量与控制模块计量各用电器的电力情况，通过温度检测模块对风机盘管与热能控制模块实现控制，通过红外发射模块和光照度检测模块对照明控制模块实现控制，可在保证室内环境的舒适性的条件下，达到节能的目的，具有良好的实用性；主机内置设置电源管理模块，可直接对综合能源管理终端内的设备进行供电，使该综合能源管理终端的安装难度降低，提高安装便利性。
附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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它的附图。
[0043]
图1示出了本实用新型实施例的综合能源管理终端结构示意图；
[0044]
图2示出了stm32f103xx结构示意图；
[0045]
图3示出了本实用新型实施例的单相计量与控制模块结构示意图；
[0046]
图4示出了本实用新型实施例的照明控制模块结构示意图；
[0047]
图5示出了本实用新型实施例的光照度检测模块结构示意图；
[0048]
图6示出了本实用新型实施例的人体感应模块的结构示意图；
[0049]
图7示出了本实用新型实施例的风机盘管与热能控制模块结构示意图；
[0050]
图8示出了本实用新型实施例的温度监测模块的结构示意图；
[0051]
图9示出了本实用新型实施例的红外发射模块结构示意图；
[0052]
图10示出了本实用新型实施例的触控模块结构示意图。
具体实施方式
[0053]
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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0054]
综合能源管理终端
[0055]
图1示出了本实用新型实施例的综合能源管理终端结构示意图。
[0056]
本实用新型实施例提供了一种综合能源管理终端，包括主机和功能扩展设备。其中，主机主要用于中控管理，功能扩展设备受主机通信和通信，用于针对特定的设备进行管理和监控。
[0057]
基本的，所述主机包括处理器模块和通信模块，所述处理器模块与所述通信模块电性连接。其中，处理器模块用于接收通信模块的控制指令、基于通信模块传输数据至外部、接收和处理功能扩展设备反馈的数据并对相应的功能扩展设备进行控制，后文会针对具体的功能扩展设备进行描述。
[0058]
图2示出了stm32f103xx结构示意图。具体的，本实用新型实施例的处理器模块可采用stm32f103xx系列处理器。stm32f103xx使用高性能的armcortex-m3 32位的risc内核；具体的，该处理器包含adc(analog-to-digitalconverter，模数转换器)、通用16位定时器和pwm定时器和通信接口；一般的，通信接口包括i2c接口、spi接口、usart接口、usb接口和can接口(以上所述的通信接口均为特定协议的接口)。stm32f103xx为现有技术下的处理器系列，具体实施中，针对厂家生产的型号可能会有细微的差异性，因此，后文主要针对各设备与处理器的大体连接方式进行说明，如功能扩展设备与i2c接口连接，具体的引脚连接方式可参照厂家所提供处理器技术书进行适应性的匹配。
[0059]
此外，为了保证时间计量的准确性，一般的，会在处理器模块中接入一个高精度的实时时钟，一方面可保证处理器模块的运行与外部设备的运行同步，另一方面可保证自身数据处理的时间准确性。
[0060]
在本实用新型实施例中，通信模块用于外部对主机的监控和控制以及主机数据的对外传输。在本实用新型实施例中，通信模块优选使用lonworks智能收发器模块。lonworks一般指现场总线，现场总线(field bus)是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些
现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。
[0061]
本质上，现场总线是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络，现场总线以数字通信替代了传统4-20ma模拟信号及普通开关量信号的传输，是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。
[0062]
lonworks智能收发器模块(如海思ifc1208型现场控制器)可以视为现场总线中的一个节点，通过采用lonworks智能收发器模块作为通信模块，可将综合能源管理终端较为便利的整合至现场总线中，充分发挥现场总线的优势。
[0063]
具体的，通信模块与处理器模块连接，具体的，通信模块与处理器模块的uart(通用异步收发传输器，universal asynchronous receiver/transmitter)接口连接，实现lonworks智能收发器模块与处理器模块之间的通讯。当通信模块为lonworks智能收发器模块时，lonworks智能收发器模块可通过lon双绞线与外部网络进行连接通信。
[0064]
具体实施中，主机还需要设置电源管理模块，一方面，电源管理模块可调节输出电压，以满足不同的处理器模块的供电需求；另一方面，为了减少功能扩展设备的布置难度，电源管理模块还可随数据线一并连接至功能扩展设备上，以降低功能扩展设备的布线难度，提高该综合能源管理终端的安装效率。
[0065]
具体的，电源管理模块可整合有交流转直流电路和降压电路，可选的，交流转直流电路(即整流电路)可使用半波整流电路、桥式整流电路等电路，降压电路可选用特定转换比的变压器；一般的，市电通过降压电路和交流转直流电路电路后，可获得适合处理器模块工作和功能扩展设备工作的电压。
[0066]
需要说明的是，本实施例的综合能源管理终端的功能扩展设备只是控制设备，并不需要市电电压进行运行，因此，通过电源管理模块可同时实现处理器模块和功能扩展设备的供电。
[0067]
以上为本实施例的主机结构的说明，本实施例所采用的主机采用lonworks智能收发器模块作为通信模块，可较为便利的整合至现场总线网络中，充分发挥现场总线网络通信效率高、通信错误率低等优势；通过电源管理模块同时为处理器模块和功能扩展设备进行供电，具有实施便利等特点；处理器模块所能支持的协议较多，可与多种协议的功能扩展设备进行通讯连接，
[0068]
单相计量与控制模块
[0069]
图3示出了本实用新型实施例的单相计量与控制模块结构示意图。
[0070]
基本的，所述功能扩展设备包括单相计量与控制模块，所述单相计量与控制模块基于第一线组与所述主机连接。
[0071]
具体的吗，单相计量与控制模块主要用于作为总开关控制用电器电源的通断以及用于计量电器的电量信息；具体的，所述单相计量模块包括单相计量芯片和单相继电器；所述第一线组包括第一spi线和第一i/o线；所述单相计量芯片基于第一spi线与所述处理器模块连接，所述单相继电器基于第一i/o线与所述处理器模块连接。
[0072]
在本实用新型实施例中，单相计量芯片采用att7053芯片，单相继电器可采用手动开关磁保持继电器。其中，有关att7053芯片的技术资料可查看相应的技术手册，在本实施例中，主要应用att7053芯片的信号采集功能和通信功能。
[0073]
具体的，单相继电器的输入端与市电连接，用于供市电输入；单相继电器的输出端则用于市电输出；单相继电器的控制端基于第一i/o线与所述处理器模块的gpio接口连接，受处理器的信号进行通断控制；单相计量芯片的信号采集接口连接于单相继电器的输出端上，单相计量芯片的通讯接口基于第一spi线与所述处理器模块的spi接口连接，即单相计量芯片与处理器模块之间通过spi协议进行通信。
[0074]
具体实施中，单相计量与控制模块的数量可根据实施情况进行调整，每一组单相计量与控制模块可用于受主机控制若干数量的用电器的供电通断，以及统计对应于单相计量与控制模块数量的用电器支路的用电信息，并将电路的用电信息反馈至主机。
[0075]
照明控制模块
[0076]
图4示出了本实用新型实施例的照明控制模块结构示意图。所述功能扩展设备还包括照明控制模块，所述照明控制模块基于第二线组与所述主机连接；所述照明控制模块包括照明继电器；所述第二线组包括第二i/o线；所述照明继电器基于第二i/o线与所述处理器模块连接。
[0077]
具体的，照明继电器的输入端与市电连接，用于供市电输入；照明继电器的输出端则用于市电输出，用于对照明器件进行亮灭的控制；具体的，照明继电器的控制端基于第二i/o线与所述处理器模块的gpio接口连接，受处理器的信号进行通断控制。
[0078]
具体实施中，照明继电器可选用带手动开关的磁保持继电器，照明继电器基于通用输入输出协议受所述处理器模块控制。
[0079]
具体实施中，照明继电器主要用于控制照明器件所在线路的通断(基于主机的预设逻辑进行控制)，从而控制照明器件的亮灭；具体实施中，照明继电器设置在单相计量与控制模块的单相继电器的后方，单相继电器用于获取照明器件所在电路的电力情况，基于电力情况控制照明器件所在线路的通断(一般情况下，只有如短路、超压等突发情况才会触发单相继电器的断开)。
[0080]
可选的，照明控制模块的数量可以为多个，且任一个照明控制模块所控制的照明器件的数量可以是不同的，以通过不同的照明器件的组合，实现不同总数的照明器件的点亮，以实现不同的发光效果。
[0081]
光照度检测模块
[0082]
图5示出了本实用新型实施例的光照度检测模块结构示意图。
[0083]
进一步的，所述功能扩展设备还包括光照度检测模块，所述光照度检测模块基于第三线组与所述主机连接；所述光照度检测模块包括照度计；所述第三线组包括第一模数线；所述照度计基于所述第一模数线与所述处理器模块连接。
[0084]
由于照度计获取的物理量为模拟量，因为，为了转换成处理器模块可处理的数字数据，本实施例的照度计基于第一模数线连接至处理器模块的ad接口(模数引脚)上，即照度计基于模数协议(照度计发出模拟信号，处理器模块从模数引脚接收所述模拟信号后经模数转换器转换成数字信号后进行处理)与处理器模块进行通信以供处理器模块获取照度计的模拟量，从而计算出照度计所在位置的光照度。
[0085]
具体实施中，处理器模块可根据照度计的光照度数据，对照明控制模块实施相应的控制，一方面，可针对不同的光照度情况，调节照明器件的亮灭情况，避免光线出现过强或过弱的情况；另一方面，通过及时调整照明器件的量灭，可最大化的减少能源的消耗。
[0086]
进一步的，可设置多个照度计，并同时结合多个照度计的设置位置以及程序的预设逻辑，对多路照明控制模块的照明继电器进行控制，从而实现复杂的照明器件管理方法，以提高该综合能源管理终端度照明器件的管理效果。
[0087]
人体感应模块
[0088]
图6示出了本实用新型实施例的人体感应模块的结构示意图。
[0089]
进一步的，所述功能扩展设备还包括人体感应模块，所述人体感应模块基于第四线组与所述主机连接；所述人体感应模块包括热红外人体感应器；所述第一线组包括第三i/o线；所述热红外人体感应器基于所述第三i/o线与所述处理器模块连接。
[0090]
具体实施中，热红外人体感应器通过热红外信号判断特定范围内是否有行人，并根据具体情况生成数字信号，因此，在本实施例中，所述热红外人体感应器基于所述第三i/o线与所述处理器模块的gpio接口连接，即人体感应模块基于通用输入输出协议(数字信号)与处理器模块进行通信。
[0091]
具体实施中，主机对照明控制模块的控制可结合人体感应模块的热红外人体感应器的触发情况实现；当热红外人体感应器被触发时，处理器模块接收到热红外人体感应器的触发信号后，才对相应区域的照明器件进行点亮，可有效降低能源的消耗，节省能源。
[0092]
风机盘管与热能控制模块
[0093]
图7示出了本实用新型实施例的风机盘管与热能控制模块结构示意图。
[0094]
所述功能扩展设备还包括风机盘管与热能控制模块，所述风机盘管与热能控制模块基于第五线组与所述主机连接；所述风机盘管与热能控制模块包括温控继电器；所述第五线组包括第四i/o线；所述温控继电器基于所述第四i/o线与所述处理器模块连接。
[0095]
具体的，所述风机盘管与热能控制模块主要用于对制冷机的风机以及供热水道的控制，实现环境温度的调节。
[0096]
具体的，在本实用新型实施例中，风机盘管与热能控制模块的数量为五组，其中三组风机盘管与热能控制模块用于实现风机的高转速、中转速和低转速的控制，通过三组风机盘管与热能控制模块中的温控继电器，对相应规模的风机进行启停控制，从而控制制冷机的制冷效果；其中一组风机盘管与热能控制模块用于实现水阀的开关控制；其中一组风机盘管与热能控制模块用于实现供暖阀的开关控制。具体的，水阀和供暖阀的配合使用，可提供适宜温度的供暖水进行环境温度的调节，不会出现温度过高及温度过低的情况，在保证室内环境的人群的人体舒适性的前提条件下，避免浪费能源。
[0097]
温度监测模块
[0098]
图8示出了本实用新型实施例的温度监测模块的结构示意图。
[0099]
进一步的，所述功能扩展设备还包括温度监测模块，所述温度监测模块基于第六线组与所述主机连接；所述温度监测模块包括温度传感器；所述第六线组包括第五i/o线；所述温度传感器基于第五i/o线与所述处理器模块连接。
[0100]
具体的，温度监测模块主要用于对特定区域的温度进行监测并反馈至主机，主机根据所接收的温度数据以及预设的程序逻辑，对相应区域的风机盘管与热能控制模块进行控制，从而对该区域的环境温度进行调节。
[0101]
具体实施中，温度传感器有数字型温度传感器和模拟型温度传感器，二者的区别主要在于温度信号的类型不同。在本实施例中所采用的温度传感器类型为数字型温度传感
器，温度信号通过数字信号进行传输；因此，所述温度传感器基于第五i/o线与所述处理器模块连接，温度传感器通过通用输入输出接口(数字信号)向所述处理器模块反馈温度信息。
[0102]
红外发射模块
[0103]
图9示出了本实用新型实施例的红外发射模块结构示意图。
[0104]
所述功能扩展设备还包括红外发射模块，所述红外发射模块基于第七线组与所述主机连接；所述红外发射模块包括红外发射器；所述第七线组包括第六i/o线；所述红外发射器基于所述第六i/o线与所述处理器模块连接。
[0105]
具体的，在常见的中央空调中，通常还根据环境的设计布置相应规模的分机，一般的，分机都通过独立的遥控设备进行控制，因此，为了实现分机的远程控制功能，在本实施例中，还设置有红外发射模块。
[0106]
具体实施中，红外发射器可设置在相对应的分机旁边，红外发射器接收处理器模块通过通用输入输出接口所发送的控制信号，从而对外发射特定的遥控信号；通过红外发射器可模拟遥控器发出的指令，从而实现对分机的远程控制，具有良好的实用性。
[0107]
触控模块
[0108]
图10示出了本实用新型实施例的触控模块结构示意图。
[0109]
所述功能扩展设备还包括触控模块，所述控制模块基于第八线组与所述主机连接；所述触控模块包括触摸屏；所述第八线组包括第一uart线；所述触摸屏基于所述第一uart线与所述处理器模块连接。
[0110]
具体的，触控模块主要用于外部对主机进行操控以及对主机的状态信息进行查看。在本实施例中，触摸屏模块包括触摸屏单元、主控mcu单元(arm9)、通信单元。
[0111]
具体的，触摸屏单元用于实现人机交互，通信单元负责接收主机上传的各种状态参数信息，向通信单元下发控制、设置指令，主控mcu负责界面显示切换、触摸屏检测及通信单元之间的数据交互。
[0112]
具体的，在本实施例中，主控mcu单元采用arm9处理器，通过uart2接口与处理器模块连接，进一步的，uart2接口与处理器模块之间的连接可通过现场总线网络实现；此外，触控模块自身可通过uasr1接口的rs485通信协议或uart3接口的wifi通信协议进行外部与触控模块之间的信息交互；同时，触控模块可通过以太网控制器、usb控制器和spi接口读取外部的文件。
[0113]
上述内容为本实用新型实施例的功能扩展设备中的具体结构的说明，需要另外说明的是，在上述功能扩展设备中，需要供电(12v或5v)的功能扩展设备可直接从主机获取供电，而不需另外进行供电，安装的便利性较佳。
[0114]
在软件控制方面，本实用新型实施例的综合能源管理终端可实现以下功能：
[0115]
用能计量功能：通过专用的电计量芯片，对建筑内用电设备进行功率测量和电能计量，为综合能源管理终端系统提供了用能数据，以此进行计费、分析用电设备使用效率、用能管理提供依据，促进使用人员的节能意识的提高。
[0116]
远程人工控制功能：通过远程计算机开、关机，定时，设定模式、温度、参数，查看各末端的运行状态；查询有效运行时间、用电计量等信息；定时时段及参数设定；锁定、解锁键盘；查看和修改末端操作密码。
[0117]
群组控制功能：通过对用电设备进行分组，每个设备可分属于最多16个组，通过远程计算机可进行分组控制，进行开关、参数设定、校时等，可灵活定制不同的控制策略。
[0118]
定时控制功能：通过自带的高精度日历时钟，结合设定的开启、关闭时间及运行状态参数，当达到开启时间时，自动开机，并按设定参数运行；当达到关机时间时，自动关机。
[0119]
节能控制：通过设定制热上限、制冷下限，在启动节能模式下，限制温度设定范围，控制制冷温度过低、制热温度过高等浪费现象，如夏季设置制冷下限26度，冬季设置制冷上限20度。
[0120]
人机交互功能：通过友好的人机交互界面设定模式、风速、温度、等运行参数；设置节能模式、制热上限、制冷下限等参数；查询有效运行时间、电量等计量信息；开关机；运行数据可通过lonworks网络实时发给上位主机。接收上位主机发来的命令和参数，并可根据命令要求控制现场用电设备运行和参数更新。
[0121]
防冷风、防冷凝功能：通过制热延时开风扇、制冷延时关风扇实现防冷风、防冷凝功能。
[0122]
分机控制：自学习分体空调所属遥控器的红外控制命令的编码，模拟遥控器功能通过系统对分体空调如工作模式、待机/运行、温度设定等。
[0123]
定时功能：mcu根据设定的开机工作时段接通分体空调供电电源，在工作时段以外时间段切断供电电源，消除待机功耗。同时有效控制非使用空调季节或时段对分体空调送电。
[0124]
智能调节功能：在开机工作时段接通分体空调供电电源后，本实用新型根据当前季节或上次关机时的工作模式(制冷/制热)通过红外去遥控分体空调进入制冷/制热运行状态；此外，mcu在开机工作时段内采集环境温度，与设定的温度值比较。当环境温度与设定的温度不一致时，通过红外遥控重新设定分体空调温度，防止通过分体空调自带的遥控器将温度设定的太高或太低，从而节约能源。
[0125]
感应开灯功能：以人体感应信息和自然光照信息作为照明灯开闭的依据，由单片机统一采光，采样，分区，延时，集中控制照明，使用方便，节约照明用电。
[0126]
综上，本实用新型实施例提供了一种综合能源管理终端，基于lonworks总线对综合能源管理系统进行设计，可较为方便的将综合能源管理终端整合至现场总线网络中；通过单相计量与控制模块计量各用电器的电力情况，通过温度检测模块对风机盘管与热能控制模块实现控制，通过红外发射模块和光照度检测模块对照明控制模块实现控制，可在保证室内环境的舒适性的条件下，达到节能的目的，具有良好的实用性；主机内置设置电源管理模块，可直接对综合能源管理终端内的设备进行供电，使该综合能源管理终端的安装难度降低，提高安装便利性。
[0127]
以上对本实用新型实施例所提供的一种综合能源管理终端，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。