微电子家庭智能用电系统研究及智能控制器开发

1、家庭智能用电系统研究及智能控制器开发家庭智能用电系统研究及智能控制器开发学生：彭潇潇一、简介二、背景三、家庭智能用电系统四、智能控制器开发五、实验简介1 与传统用电相比，智能用电强调用户的参与，鼓励用户与电网之间的信息双向互动。为了获取家庭内负荷级别的用电信息，加强用户与电网的双向互动，对家庭智能用电系统的实现进行了研究。构建了一种新型的家庭智能用电系统结构框架，其由智能电表，智能互动终端，智能控制器，家庭局域网等构成。背景2 近年来，随着智能用电逐步成为研究的热点，一些研究成果也越来越多的出现。例如，在专利CN102130507A 中提出了一种智能家居系统及能效管理方法，支持将新能源接入智能

2、电网中；有学者提出了基于实时电价的智能用电系统，分析了电价政策对智能用电的影响；总之，智能用电的研究都围绕一个指导思想，即采用信息化手段，利用价格杠杆，通过互动化策略，调动电力用户参与需方响应，实现电力负荷需求的理想化。 本研究侧重于用户侧， 对家庭智能用电体系进行研究并开发了适用于家庭智能用电的相关装置智能控制器。 智能控制器是连接与的中间设备。一方面，它可以实时采集用电设备的电压、电流、功率、耗电量等用电信息，并将这些信息通过ZigBee 无线网络传给互动终端或高级量测体系（AMI），为电力公司提供详细的用电信息。另一方面， 智能控制器可接收电网侧传来的电价信息或互动终端发送的指令， 控制

3、用电设备的运行。这样，用户可参与电网的需求响应和双向互动， 减少电费开支，提高家庭耗能效率。 家庭智能用电系统 3 家庭智能用电系统作为整个智能用电系统中的一部分，所面向的主要对象是用户侧，系统如右图所示。家庭智能用电系统是智能电网最末端与客户直接联系的环节，能够支持分布式能源、电动汽车等系统或设备的接入和计量，家用电器智能控制，综合家庭能耗监测和能源优化管理等功能。智能电表智能互动终端家庭局域网络（HAN） 家庭局域网是 中重要的结构基础。HAN将智能电能表、智能互动终端和各种可控的用电设备连接起来，组成局域网络，可以实现多种能源管理功能。HAN 可采用有线和无线两种通信方式，相比有线网络，

4、无线网络安装维护更为简便可靠。本文采用的短距离无线通信技术是，其是一种新型的它是基于 IEEE 802.15.4 无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术。由于 ZigBee 技术具有低功耗、低成本和支持网络节点多的优势，因此家庭智能用电系统中多采用 ZigBee 无线技术构建 HAN。 智能控制器 智能控制器开发4： ADE7763 将输入的电压、电流信号通过各自的模数转换器变成数字信号后，进行相乘，计算出瞬时功率 p(t)，再通过低通滤波器 LPF2 后，得到有功功率P，利用功率偏差校准寄存器 APOS 的值对有功功率进行校准，放入采样波形数据寄存器中，然后对采样波形数据寄

5、存器的值进行累加，将功率累加值（电能值）存放在电能寄存器 AENERGY 中最终，主要完成以下任务： 上电时，对 ADE7763 进行初始化设置，使其精确测量。读取 ADE7763 的电能数据并存储 向 LCD 输出数据，控制 LCD 屏显示。通过 UART 接口及外接 RS485 收发器与 ZigBee 模块进行串口通信，获取 ZigBee 模块从互动终端接收的控制命令并执行，将响应信息通过 ZigBee 返回给互动终端。根据接收命令控制继电器通断，进而控制电器设备的运行。 智能控制器的软件设计主要由，和组成。主程序运行过程如下： 智能控制器上电，对定时器，ADE7763，LCD 等进行初始

6、化操作。设置并使能串口和定时器中断。周期性地从计量芯片 ADE7763 中读取数据并计算各电量实际值，将各电量信息显示在 LCD 屏上。 等待UART端口接收数据和消息帧，多个字符数据组成一个消息帧，如果一条消息接收完成执行下一步，否则，返回到。 对接收的消息帧进行校验，如校验正确则执行相应命令，并产生响应信息返回到互动终端；否则返回到，依次循环执行。包含。串口接收中断用于将接收到的字符数据缓存到接收寄存器中，定时器中断用于判断一条消息帧接收完毕。当有新数据接收，则转入串口接收中断子程序，缓存接收的数据并计数，刷新启动定时器计时。当定时器达到预定时间，响应定时器中断，消息帧接收标志位置 1，计

7、数器清零，关闭定时器，这时一个消息帧接收完成，进行下一步操作。 主要是实现以下功能：读取电量信息、电器工作状态，控制继电器通断，产生遵循 ModBus-Rtu 数据帧格式的响应信息并发送。依照 ModBus-Rtu 通讯规约，执行程序中所用部分功能码定义如表所示。命令执行前，先判定接收消息中的功能码值，根据功能码定义，调用并执行相应的功能子函数，创建响应信息并传给互动终端。实验5 智能用电强调用户的参与，鼓励电网与用户的双向互动，峰谷电价、实时电价等措施的实施可使用户更积极的参与电力需求响应，在电网高峰时实现负荷转移。 在此模型基础上，建立了一套演示系统来模拟家庭智能用电并测验智能控制器的功能，如图所示。演示系统由一个智能控制器、一台饮水机、一台模拟互动终端的 PC 和一个与 PC 连接的 ZigBee 通讯模块组成。智能控制器实时采集饮水机的用电信息、运行状态并可控制其