CN108429663A - 一种具有人机交互界面的智能用能管理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有人机交互界面的智能用能管理装置，该装置包括供电电源单元、核心处理模板，显示触摸屏电路，Lonworks智能收发器模块、以太网通信电路、WIFI通信电路、RS485通信电路、红外接收与发射电路、数据存储电路和高精度实时时钟电路，核心处理模板的主控芯片与Lonworks智能收发器模块、WIFI通信电路、RS485通信电路之间通过uart接口进行连接，主控芯片与高精度实时时钟电路之间通过I2C接口进行连接，核心处理模板的PWM引脚连接到红外接收与发射电路的通信接口，且核心处理模板自带一路以太网控制器和LCD控制器。本发明解决了现有家庭用能效率不高，用能不合理的问题，其不但能实现节能服务，还能自动对用电设备进行模式设定。
Description
技术领域
本发明属于能源与节能技术领域，涉及到能源管理及节能控制系统，具体是一种具有人机交互界面的智能用能管理装置。
背景技术
随着人们生活水平的提高对生活质量，家庭内家电用能设备越来越多。对智能家居行业提出了新的需求：
1、用能安全，用能精细化。
2、节能，避免不必要的能源消耗。
3、使用便利，不需要繁琐的设置。
4、智能化，根据自身需求对家电进行自动控制。
调研了一部分市场上存在已久的智能家居产品，发现产品通信方式主要的基于WIFI 、蓝牙，zigbee等无线技术，通信接口单一。功能上也仅仅是简单的通断电控制，或者绑定手机app进行手动配置，操作繁琐，或者是设置一些定时控制，使用不便。各家的操作界面app也都不一样。
此外，智能家居行业发展多年，对人们的生活起到了一定的改善作用，但是还普遍存在以下问题：
1、没有对家庭内部水电气用能情况进行实时采集，进行后期的数据分析，以便给用户提供节能，安全用能方面的提示。
2、偏向于手机和app远程手动控制家电的开关，不能根据用户的使用习惯，场景等自动开启家电，不够智能。
3、智能家居行业产品没有统一的标准，各个不同厂家产品之间不能相互通信、不能联动。
4、没有做一个智能的系统平台去集成调控所有的设备，智能产品还停留在智能设备这一层，用户使用不便。
发明内容
本发明的目的在于针对家庭用能，为消除不合理用能，以新颖节能技术和控制方法结合大数据分析人工智能，解决现有产品不足，为人们的日常生活提供便利。本发明提供的智能用能管理装置，其具有水、电、气用能计量，环境温湿度检测、高精度日历时钟，并依据设定的时段或远程命令对家庭用能设备进行自动控制，依据预设的情景模式对一组家庭用能设备进行模式控制，并具有友好的人机交互界面方便进行参数设置及数据查阅，且基于Lonworks双绞线、WIFI无线、RS485的通信接口方便家庭内部设备接入，并可方便施工。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种具有人机交互界面的智能用能管理装置，该装置包括供电电源单元、核心处理模板，显示触摸屏电路，Lonworks智能收发器模块、以太网通信电路、WIFI通信电路、RS485通信电路、红外接收与发射电路、数据存储电路和高精度实时时钟电路，所述核心处理模板的主控芯片与所述Lonworks智能收发器模块、WIFI通信电路、RS485通信电路之间通过uart接口进行连接，核心处理模板的主控芯片与所述高精度实时时钟电路之间通过I2C接口进行连接，所述核心处理模板的pwm引脚连接到所述红外接收与发射电路的通信接口，且核心处理模板自带一路以太网控制器和LCD控制器，并分别通过以太网控制器和LCD控制器与所述以太网通信电路和显示触摸屏电路进行连接。
进一步的，所述核心处理模板采用基于嵌入式linux系统的ARM9核心模板。
进一步的，所述核心处理模板的核心板处理器采用飞思卡尔基于ARM9内核的i.MX28 系列芯片，且核心处理模板上集成DDR2、NAND Flash、硬件看门狗和硬件加密。
进一步的，所述显示触摸屏电路使用7寸电容触摸屏，且触摸屏接口为50PIN标准RGB接口，方便与带LCD驱动器连接。
进一步的，所述供电电源单元外接DC12V电源，并使用DC-DC模块将12V转换到5V供显示屏背光电源电路供电。
进一步的，所述Lonworks智能收发器模块采用FT 5000双绞线智能收发器，且FT5000双绞线智能收发器集成一个高性能的Neuron核和一个自由拓扑双绞线收发器。
进一步的，所述FT 5000双绞线智能收发器由三个独立的8位逻辑处理器组成，它们分别管理物理介质访问控制层、网络层和用户应用层；且FT 5000双绞线智能收发器通过隔离变压器连接至Lonworks网络。
进一步的，所述WIFI通信电路采用ESP8266 wifi模块，通过uart接口与核心处理模板进行通信。
进一步的，所述RS485通信电路采用一体化的485收发器，且只带DC-DC隔离电源。
进一步的，所述红外接收与发射电路中，红外接收用于接收学习收到的红外遥控器的指令，红外发送用于手动，自动发送学习到的红外指令，用于代替红外遥控器的功能；且红外发送时由PWM引脚产生38K调制信号，由FR_TX引脚输出相应的红外编码信息。
本发明的有益效果是：本发明可广泛应用于住宅、办公楼、公共建筑、学校、医院等建筑物内装有对多种用电设备进行控制的房间，并可组网管理与节能控制，也可用于家庭等场所。使用本发明不但实现节能服务，还能自动对用电设备进行模式设定。本发明作用如下：
1）、可以按时段如离家或上下班时间进行定时自动开关控制，尤其是解决下班走人忘关电源造成的能源浪费。
2）、本发明通过直接切断电源的关机方式，可以防止家电设备待机能耗，同时，也保护设备的安全。
3）、本发明可以通过红外遥控控制设备，省去一堆遥控器的不便，并可对设备进行分组模式控制；同时调整多台设备，营造不同的场景。
4）、用电质量监测，防止电压过高损坏设备、电压过低能效很低，从而实现设备安全。
5）、负荷测量、用能计量、用时统计，帮助实现用能计划管理和家电设备安全管理。
6）、对于临时调整工作时段，可以通过网络远程设置控制时段；对于个人住所，在人回家前，可以远程控制分体空调运行，在人到家时已有一个舒适的环境，从而既实现节能，又能满足人们的生活需要。
7）、具有以太网通信接口，可通过路由器将数据传输到网络上，可通过手机app和网页即可实时查看用能情况，查看是否有设备忘记断电减少能源消耗，也可以远程对设备进行控制，提供舒适的生活办公环境。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明结构原理示意框图。
图2是本发明ARM9主板模块电路图。
图3是本发明显示触摸屏电路电路图。
图4是本发明供电电源单元电路图。
图5是本发明Lonworks智能收发器模块电路原理图。
图6是本发明以太网通信电路图。
图7是本发明WIFI通信电路图。
图8是本发明RS485通信电路图。
图9是本发明红外接收与发射电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种具有人机交互界面的智能用能管理装置，整个装置包括供电电源单元、ARM9核心模板，显示触摸屏电路，Lonworks智能收发器模块、以太网通信电路、WIFI通信电路、RS485通信电路、红外接收与发射电路、数据存储电路、高精度实时时钟电路及嵌入式软件。其中，电源设计以DC12V输入，安全可靠，又方便施工。ARM9作位主控芯片基于嵌入式linux系统稳定可靠实时性高可扩展性强，主控芯片和lonwors，wifi，rs485通过uart接口进行连接。通过通信接口可以将一些常用的设备接入到管理装置内进行数据的采集及控制功能。主控的pwm引脚接到红外通信接口，可实现对家庭内部家电的红外遥控功能，主控芯片自带一路以太网控制器，通过以太网可以将装置接入家庭路由器，可实现通过手机app查看到家庭内部用能情况及相关的控制功能，由嵌入式软件进行数据处理，这些处理以获取、存储各类参数，通过设置定时时段，模式实现家庭内设备的自动控制，以提供一个既安全可靠、又节约电能，且舒适宜人的工作或居住温度环境。
如图2所示，本发明核心板处理器采用飞思卡尔基于 ARM9 内核的 i.MX28 系列芯片，主频 454MHz，支持 UART、I2C、I2S、Ethernet、USB、SSP 等众多通讯接口，并支持 16位/24 位 TFT 液晶显示和电阻式触摸屏，适用于通用嵌入式工业控制和消费电子市场。处理器集成电源管理单元，可有效简化系统电源设计，降低成本，减小系统功耗，使得该处理器非常适用于低成本、低功耗、高性能的便携设备。核心板集成了 DDR2、NAND Flash、硬件看门狗、硬件加密等，可有效缩短用户基于 M28A 核心板进行产品开发的周期。核心板通过严格的 EMC 和高低温测试，保证核心板在严酷的环境下也能稳定工作。
核心板采用板级对插连接器，模块化，安装调试方便。
如图3所示，本发明触摸屏电路，使用7寸LCD屏接口为50PIN标准RGB接口，方便与带LCD驱动器连接。选用电容触摸屏提供更好的手感及触控的准确性。
如图4所示，电源采用外接DC12V电源的输入的方案，安全稳定可靠，使用DC-DC模块将12V转换到5V供显示屏背光电源电路供电。DC-DC模块具有输入电压范围宽、输出电压可调、同步效率高的优点。5V出来后端使用TI的TLV62565同步降压转换器降到3.3V.供ARM9主控板及以太网 ,RS485，LON等通信电路供电。
如图5所示，所述Lonworks智能收发器模块采用FT 5000双绞线智能收发器，FT5000 双绞线智能收发器集成了一个高性能的Neuron核和一个自由拓扑双绞线收发器。
FT 5000双绞线智能收发器由三个独立的8位逻辑处理器组成，它们分别管理物理介质访问控制层、网络层和用户应用层。这些被称为介质访问控制（MAC）处理器、网络（NET）处理器和应用（APP）处理器。采用Lonworks通讯协议，具备开放性、互操作性、高可靠性。
如图6所示，本发明的以太网通信电路采用工业温度单端口以太网收发器DP83848K，支持10/100 Mbs。
如图7所示，本发明wifi模块使用ESP8266，通过uart接口的主控板进行通信。ESP8266体积小便于集成，功能强劲。
如图8所示，本发明RS485通信电路采用一体化的485收发器，只带DC-DC隔离电源，稳定可靠，同时能自动换向使用简便
如图9所示，红外接收用于接收学习收到的红外遥控器的指令，红外发送用于手动，自动发送学习到的红外指令，用于代替红外遥控器的功能。
红外发送时由PWM引脚产生38K调制信号，由FR_TX引脚输出相应的红外编码信息。
综上，本发明具有以下技术特征：
（1）使用嵌入式linux系统，系统稳定可靠，扩展性强，并具有友好的人机交互界面，操作直观简便；
（2）Lonworks双绞线通讯，通讯质量安全可靠，速率高（78kbps），无线可采用WIFI等多种无线通信类型，无需布线，施工简单方便成本低；
（3）能够采集电表、水表、气表、的实时参数以及环境温湿度等数据；
（4）配合控制器能够对家电远程开/关控制、时段自动开/关控制；
（5）红外发送接口可以控制家庭内部带遥控器的用电设备；
（6）DC12V电源安全可靠，标准86盒安装，安装方便；
（7）带负荷运行时间累计和存储；
（8）自带高精度日历时钟，支持远程校时；
（9）应用信息融合、模糊理论等信息处理技术，使之具有更高级的智能，具有分析、判断、自适应、自学习的功能。如学习各类品牌的家电的遥控命令；，学习房主的生活习惯自动记忆设备运行状态，综合环境因数（温度、空间等参数），实现智能化的控制。
本发明能解决现有家庭用能效率不高，用能不合理的问题。同时也解决这类用能管理装置技术中存在的不足，其可根据时段、温度、用能管理人员远程命令进行切断与接通家庭或办公用电；对用电进行计量统计；适合家庭，办公室等多种用电设备场合，对设备进行统一的管理和控制，达到节能减排的目的；具有Lonworks双绞线、无线，可根据实际情况和需求选择合适的通讯接口，降低施工成本和难度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种具有人机交互界面的智能用能管理装置，其特征在于该装置包括供电电源单元、核心处理模板，显示触摸屏电路，Lonworks智能收发器模块、以太网通信电路、WIFI通信电路、RS485通信电路、红外接收与发射电路、数据存储电路和高精度实时时钟电路，所述核心处理模板的主控芯片与所述Lonworks智能收发器模块、WIFI通信电路、RS485通信电路之间通过uart接口进行连接，核心处理模板的主控芯片与所述高精度实时时钟电路之间通过I2C接口进行连接，所述核心处理模板的PWM引脚连接到所述红外接收与发射电路的通信接口，且核心处理模板自带一路以太网控制器和LCD控制器，并分别通过以太网控制器和LCD控制器与所述以太网通信电路和显示触摸屏电路进行连接。
2.根据权利要求1所述一种具有人机交互界面的智能用能管理装置，其特征在于所述核心处理模板采用基于嵌入式linux系统的ARM9核心模板。
3. 根据权利要求1或2所述一种具有人机交互界面的智能用能管理装置，其特征在于所述核心处理模板的核心板处理器采用飞思卡尔基于ARM9内核的 i.MX28 系列芯片，且核心处理模板上集成DDR2、NAND Flash、硬件看门狗和硬件加密。
4.根据权利要求1所述一种具有人机交互界面的智能用能管理装置，其特征在于所述显示触摸屏电路使用7寸电容触摸屏，且触摸屏接口为50PIN标准RGB接口，方便与带LCD驱动器连接。
5.根据权利要求1所述一种具有人机交互界面的智能用能管理装置，其特征在于所述供电电源单元外接DC12V电源，并使用DC-DC模块将12V转换到5V供显示屏背光电源电路供电。
6. 根据权利要求1所述一种具有人机交互界面的智能用能管理装置，其特征在于所述Lonworks智能收发器模块采用FT 5000双绞线智能收发器，且FT 5000双绞线智能收发器集成一个高性能的Neuron核和一个自由拓扑双绞线收发器。
7. 根据权利要求6所述一种具有人机交互界面的智能用能管理装置，其特征在于所述FT 5000双绞线智能收发器由三个独立的8位逻辑处理器组成，它们分别管理物理介质访问控制层、网络层和用户应用层；且FT 5000双绞线智能收发器通过隔离变压器连接至Lonworks网络。
8. 根据权利要求1所述一种具有人机交互界面的智能用能管理装置，其特征在于所述WIFI通信电路采用ESP8266 wifi模块，通过uart接口与核心处理模板进行通信。
9.根据权利要求1所述一种具有人机交互界面的智能用能管理装置，其特征在于所述RS485通信电路采用一体化的485收发器，且只带DC-DC隔离电源。
10.根据权利要求1所述一种具有人机交互界面的智能用能管理装置，其特征在于所述红外接收与发射电路中，红外接收用于接收学习收到的红外遥控器的指令，红外发送用于手动，自动发送学习到的红外指令，用于代替红外遥控器的功能；且红外发送时由PWM引脚产生38K调制信号，由FR_TX引脚输出相应的红外编码信息。
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