一種家庭能源管理終端、系統及方法與流程

本申請涉及物聯網技術領域，尤其涉及一種家庭能源管理終端、系統及方法。

背景技術：

隨著能源需求的迅速增長，能源短缺問題越來越突出，逐漸成為制約社會發展的重要因素，高度重視節約、積極開展節能工作是緩解能源短缺問題的重要措施。開展節能工作依賴企業和公眾的積極參與，其中，公眾參與的廣度和深度是決定節能效果的一個重要因素，而讓公眾了解自己的能源利用數據是提高公眾的節能意識、提高公眾節能積極性的重要途徑。

現有技術中，公眾了解自己的能源利用數據的方式有現場觀察智能儀表顯示的家庭能源使用量數據、利用終端應用程序遠程獲取集抄系統內智能儀表上報的能源使用量數據等。其中，通過現場觀察智能儀表通常能夠獲取家庭能源剩余量數據，通過終端應用程序能夠獲取家庭能源剩余量數據、家庭能源日使用量等數據。

然而，公眾從智能儀表或終端應用程序獲取的數據均為戶內多個家電等耗能設備所消耗的總能源消耗數據，不能獲取家庭內單個家用能耗設備所消耗的能源數據，了解單個家用能耗設備的能耗水平，因此很難通過合理地管理多個家用能耗設備的使用以達到節能的目的，并且，公眾對家庭內單個家用能耗設備耗能異常也無法及時發現，不利于能源節約和能源使用安全。

技術實現要素：

本申請提供了一種家庭能源管理終端、系統及方法，以解決用戶無法獲取各家用能耗設備能源利用數據的問題。

第一方面，本申請提供了一種家庭能源管理終端，該終端包括采集模塊、模數轉換模塊、控制模塊和通信模塊，其中：

所述采集模塊，分別與智能儀表信息采集設備和多個家用能耗設備連接，用于采集所述智能儀表信息采集設備記錄的用戶家庭實時總能源消耗數據、多個所述家用能耗設備的實時能耗信息和身份信息，并將所述用戶家庭實時總能源消耗數據、實時能耗信息和身份信息發送到所述模數轉換模塊，所述身份信息包括硬件地址或網絡地址；

所述模數轉換模塊，與所述控制模塊連接，用于將所述實時能耗信息轉換為數字信號，并將所述用戶家庭實時總能源消耗數據和數字信號發送到所述控制模塊；

所述控制模塊，包括數據庫單元和數據處理單元，所述數據庫單元內存儲有多種家用能耗設備的功率特征數據，所述數據處理單元，用于從所述數字信號中提取特征量，并根據所述特征量與所述功率特征數據的相似度分別識別多個所述家用能耗設備，得到分別對應各所述家用能耗設備身份信息的設備實時能耗數據，并將所述用戶家庭實時總能源消耗數據和設備實時能耗數據發送到所述通信模塊；

所述通信模塊，與用戶終端連接，用于向所述用戶終端發送所述用戶家庭實時總能源消耗數據和設備實時能耗數據。

優選地，所述采集模塊包括zigbee模塊。

優選地，所述通信模塊包括藍牙模塊和/或wifi模塊。

優選地，所述控制模塊，包括跳合閘控制單元，所述跳合閘控制單元分別與多個所述家用能耗設備連接，用于控制多個所述家用能耗設備的開關。

優選地，所述控制模塊，與分路開關通信連接，其中，所述分路開關分別與多個所述家用能耗設備連接，用于控制多個所述家用能耗設備的開關。

優選地，所述家庭能源管理終端還包括存儲模塊，所述存儲模塊與所述控制模塊連接，用于存儲所述設備實時能耗數據和用戶家庭實時總能源消耗數據，并分別統計多個所述家用能耗設備的總能耗數據和用戶家庭總能源消耗數據。

優選地，所述家庭能源管理終端還包括報警模塊，所述報警模塊與所述控制模塊連接，用于根據所述設備實時能耗數據超出預設范圍時進行報警。

第二方面，本申請還提供了一種家庭能源管理系統，所述系統包括能源管理終端前置機、能源管理上位機、內外網交互上位機和上述方案任一所述的多個家庭能源管理終端，其中：

多個所述家庭能源管理終端，均與所述能源管理終端前置機連接，所述能源管理終端前置機、能源管理上位機和內外網交互上位機依次連接，所述內外網交互上位機與電力管理系統連接。

第三方面，本申請還提供了一種家庭能源管理方法，所述方法應用包括第一方面各種實現方式中的模塊。該方法包括：

分別獲取用戶家庭實時總能源消耗數據、多個家用能耗設備的實時能耗信息和身份信息；

將所述實時能耗信息轉換為數字信號；

從所述數字信號中提取特征量，并根據所述特征量與多種家用能耗設備的功率特征數據的相似度分別識別多個所述家用能耗設備，得到分別對應各所述家用能耗設備身份信息的設備實時能耗數據；

將所述對應各所述家用能耗設備身份信息的設備實時能耗數據和所述實時總能源消耗數據發送到用戶終端。

優選地，應用第二方面提供的家庭能源管理系統，該方法還包括：將多個用戶家庭內家庭能源管理終端的設備實時能耗數據發送到電力管理系統；

接收所述電力管理系統發送的能源控制指令和實時能源價格，其中，所述設備實時能耗數據用于制定所述能源控制指令和實時能源價格；

根據所述能源控制指令和實時能源價格，通過所述家庭能源管理終端對多個所述家用能耗設備的能耗使用進行控制。

本申請提供的家庭能源管理終端、系統及方法的有益效果包括：

本申請提供的家庭能源管理終端，包括采集模塊、模數轉換模塊、控制模塊和通信模塊。利用與智能儀表信息采集設備和多個家用能耗設備連接的采集模塊分別對用戶家庭實時總能源消耗數據、多個家用能耗設備的實時能耗信息和身份信息進行采集，并通過模數轉換模塊進行數據處理，進而與控制模塊內數據庫單元存儲的多種家用能耗設備能耗數據進行相似度匹配，從而識別多個家用能耗設備分別對應的實時能耗數據，將對應身份信息的實時能耗數據和用戶家庭實時總能源消耗數據通過通信模塊發送到用戶終端，使用戶終端能夠獲取各個家用能耗設備的實時能耗數據和用戶家庭實時總能源消耗數據，從而使家庭用戶能夠獲取自己家庭的實時能源消耗狀態，有利于提高家庭用戶的節能意識，為家庭用戶對不同家用能耗設備進行控制提供重要依據，促進能源節約。有利于家庭用戶及時發現耗能異常，提高能源使用安全性合理的根據。本申請提供的家庭能源管理系統，有利于電力管理系統的管理人員依據不同家庭用戶內的多種家用能耗設備的實時能耗數據制定更為科學的能源控制指令和實時能源價格，有利于用戶通過家庭能源管理終端根據能源控制指令和實時能源價格對家庭內的家用能耗設備的能耗使用進行控制，實現了用戶與電網系統的雙向互動，提高了能耗使用控制的可行性，促進了能源節約。本申請提供的家庭能源管理方法，利用家庭能源管理終端進行家庭能源管理，有效解決了用戶無法獲取各家用能耗設備能源利用數據的問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請實施例提供的一種家庭能源管理終端的結構示意圖；

圖2為本申請實施例提供的一種485通訊電路的結構示意圖；

圖3為本申請實施例提供的一種家庭能源管理系統的結構示意圖；

圖4為本申請實施例提供的一種家庭能源管理方法的流程示意圖。

具體實施方式

參見圖1，為本申請實施例提供的一種家庭能源管理終端的結構示意圖。如圖1所示，本申請實施例提供的家庭能源管理終端，包括采集模塊、模數轉換模塊、控制模塊通信模塊和存儲模塊。

具體的，采集模塊分別與智能儀表信息采集設備、第一家用能耗設備、第二家用能耗設備和第三家用能耗設備通信連接，與模數轉換模塊、控制模塊和通信模塊依次連接，控制模塊與存儲模塊連接，通信模塊與用戶終端通信連接。

本申請實施例中，智能儀表信息采集設備與多個用戶家庭的智能儀表連接，可采集多個用戶家庭的實時總能源消耗數據。第一家用能耗設備、第二家用能耗設備和第三家用能耗設備均為同一個用戶家庭內的智能家電設備，如智能電視機、智能空調、智能插座等。智能家電設備內設置有無線網絡模塊，如zigbee模塊、藍牙模塊等，可與包含相同無線網絡模塊的家庭能源管理終端進行通信。

家庭能源管理終端的采集模塊可包括zigbee模塊。家庭能源管理終端與包含zigbee模塊的第一家用能耗設備、第二家用能耗設備和第三家用能耗設備之間利用各自的zigbee模塊建成zigbee網絡。采集模塊對第一家用能耗設備、第二家用能耗設備和第三家用能耗設備的能耗信息和身份信息進行采集。其中，能耗信息包含水、電、氣等實時用量數據，身份信息包含各家用能耗設備的硬件地址或網絡地址，硬件地址可為mac地址，網絡地址可為ip地址。當然，采集模塊也可為其他無線網絡模塊，如藍牙模塊，與包含藍牙模塊的第一家用能耗設備、第二家用能耗設備和第三家用能耗設備建立藍牙連接，采集能耗信息和身份信息。采集模塊還設置有rs485接口，便于與設置有rs485接口的智能儀表信息采集設備進行通信連接，獲取該用戶家庭的實時總能源消耗數據。

采集模塊采集的數據包括：第一家用能耗設備、第二家用能耗設備、第三家用能耗設備各自的設備實時能耗信息和身份信息，用戶家庭實時總能源消耗數據。采集模塊將采集上述三項數據發送到模數轉換模塊，模數轉換模塊與控制模塊連接，用于將實時能耗信息轉換為數字信號，并將數字信號和用戶家庭實時總能源消耗數據發送到控制模塊。

控制模塊可采用spear310芯片作為家庭能源管理終端主芯片。其他模塊與控制模塊的連接均可通過spear310芯片的uart口連接。控制模塊包括數據庫單元和數據處理單元，數據庫單元內存儲有多種家用能耗設備的功率特征數據，數據處理單元，用于從數字信號中提取特征量，其中，特征量包括家用能耗設備正常工作時的穩態功率特性量和暫態功率特性量。根據特征量與數據庫單元功率特征數據的相似度分別識別第一家用能耗設備、第二家用能耗設備和第三家用能耗設備，分別得到對應第一家用能耗設備身份信息的實時能耗數據、對應第二家用能耗設備身份信息的實時能耗數據和對應第三家用能耗設備身份信息的實時能耗數據，并將上述三項實時能耗數據和用戶家庭實時總能源消耗數據發送到通信模塊。

通信模塊包括藍牙模塊和/或wifi模塊。通信模塊與用戶終端通信連接，用于將第一家用能耗設備、第二家用能耗設備和第三家用能耗設備的實時能耗數據發送至用戶終端。用戶終端包括智能手機、平板電腦、計算機等終端設備。通信模塊可與用戶終端直接通信，如通過藍牙通信連接，還可通過以太網或wifi與預先建立的用戶服務平臺遠程連接，用戶終端可通過相關app(application，應用軟件)訪問用戶服務平臺，或通過微信關注用戶服務平臺公眾號，查詢自己的實時能耗數據或接收推送消息。用戶根據獲得的實時能耗信息，獲取自己家庭的實時能源消耗狀態，可對實時總能源消耗數據和分項能耗數據進行綜合分析，直接驗證家庭內的智能儀表是否準確，還可對各家用能耗設備的能耗水平進行測試，驗證各家用能耗設備的節能水平。

存儲模塊可用于存儲對應各家用能耗設備身份信息的實時能源消耗數據和用戶家庭實時總能耗數據，并分別統計各家用能耗設備的實時總能耗數據和用戶家庭實時總能耗數據，從而生成包含各家用能耗設備歷史能源消耗數據、用戶家庭歷史總能耗數據的相關報表或曲線圖，利于用戶根據上述兩項數據制定和執行節能計劃。

家庭能源管理終端還設置有報警模塊，報警模塊與控制模塊連接，報警模塊的工作方式可為蜂鳴報警模塊或指示燈報警。當其中一個或多個家用能耗設備的實時能耗數據超出對應的預設范圍時，或家庭能源管理終端從智能儀表獲取的過壓、過流、功率越限、停電、短路等能耗狀態異常或智能儀表工作狀態異常時，報警模塊主動識別、記錄并上報異常狀態，并進行報警，提醒用戶檢查家庭能源利用狀態。

進一步的，家庭能源管理終端可通過在控制模塊設置跳合閘控制單元實現對各家用能耗設備的管理。跳合閘控制單元分別與多個家用能耗設備連接，用于控制多個家用能耗設備的開關，實現本地跳合閘。當然，控制模塊還可與分路開關通信連接，具體可為：控制模塊設置有rs485通訊電路單元，通過rs485通訊電路單元與分路開關通信連接，從而實現遠程跳合閘功能。參見圖2，為申請實施例提供的一種485通訊電路的結構示意圖。如圖2所示，rs485通訊電路單元與主芯片的uart口之間設置有高速光耦ps2501，rs485通訊電路單元接收端加三極管整形電路，保證在波特率為19200bps時的通信效果。進一步的，rs485通訊電路單元的電源與主芯片電源通過高頻變壓器不同繞組隔離開來，保證接觸放電不會影響到主芯片回路。

當然，家庭能源管理終端對各家用能耗設備的管理還可根據用戶的設置手動控制。用戶利用用戶終端通過與家庭能源管理終端通信連接，可控制家庭能源管理終端的跳合閘控制單元或家庭能源管理終端連接的分路開關對各家用能耗設備的運行進行實時管理，或，用戶利用用戶終端對家庭能源管理終端進行預先設置，預先設置內容包括分別設置各家用能耗設備的預設范圍，當家用能耗設備達到對應的預設范圍時，則家庭能源管理終端自動控制跳合閘控制單元或分路開關，對家用能耗設備的運行進行限制，提高節能效率。

通過上述實施方式，家庭能源管理終端不僅能夠本地接收并分析用戶的水、電、氣用量數據，還可作為用戶家庭互聯網網關，控制各家用能耗設備的開關。

更進一步的，家庭能源管理終端還可根據電力管理系統的能源控制指令和能源實時價格對各家用能耗設備進行智能化管理。參見圖3，為本申請實施例提供的一種家庭能源管理系統的結構示意圖。如圖3所示，本申請實施例提供的一種家庭能源管理系統，包括能源管理終端前置機、能源管理上位機、內外網交互上位機和多個家庭能源管理終端。

具體的，家庭能源管理系統可用于對多個家庭用戶進行能源管理，本申請實施例中，家庭用戶包括第一家庭用戶和第二家庭用戶，其中，第一家庭用戶內設置有第一家庭能源管理終端、第一家用能耗設備、第二家用能耗設備和第三家用能耗設備，第一家庭能源管理終端分別與第一家用能耗設備、第二家用能耗設備和第三家用能耗設備連接；第二家庭用戶內設置有第二家庭能源管理終端、第四家用能耗設備、第五家用能耗設備和第六家用能耗設備，第二家庭能源管理終端分別與第四家用能耗設備、第五家用能耗設備和第六家用能耗設備連接。第一家用能耗設備和第四家用能耗設備為相同類型的能耗設備。第一家庭能源管理終端和第二家庭能源管理終端均與能源管理終端前置機連接，能源管理終端前置機、能源管理上位機和內外網交互上位機依次連接，內外網交互上位機與電力管理系統連接。

家庭能源管理終端前置機通過第一家庭能源管理終端和第二家庭能源管理終端可分別獲得第一家用能耗設備、第二家用能耗設備、第三家用能耗設備、第四家用能耗設備、第五家用能耗設備和第六家用能耗設備的設備實時能耗數據，并將上述六項設備實時能耗數據依次經過家庭能源管理上位機、內外網交互上位機發送到電力管理系統，電力管理系統可對上述六項設備實時能耗數據進行分析，如統計相同類型家電設備(第一家用能耗設備和第四家用能耗設備)的能源利用總數據，制定實時能源價格和針對第一家庭用戶和第二家庭用戶不同的能源控制指令。

電力管理系統將實時能源價格和能源控制指令經內外網交互上位機發送至家庭能源管理上位機。家庭能源管理上位機可對能源控制指令進行分析，得到具體的控制信息，并將控制信息和實時能源價格經家庭能源管理終端前置機分別下發到第一家庭能源管理終端和第二家庭能源管理終端。第一家庭能源管理終端和第二家庭能源管理終端分別根據各自的能源控制指令分別對第一家用能耗設備和第四家用能耗設備的使用進行使用控制，控制過程可利用各家庭能源管理終端內設置的跳合閘控制單元或各家庭能源管理終端分別連接的分路開關進行控制。

根據上述實施例提供的家庭能源管理終端和系統，本申請還提供了一種家庭能源管理方法，參見圖4，為本申請實施例提供的一種家庭能源管理方法的流程示意圖，具體包括以下步驟：

步驟s110：分別獲取用戶家庭實時總能源消耗數據、多個家用能耗設備的實時能耗信息和身份信息。

具體的，利用與家用能耗設備連接的家庭能源管理終端內的采集模塊，實時采集各家用能耗設備的實時能耗信息和身份信息。

利用采集模塊采集的信息還包括與家庭能源管理終端相連接的智能儀表信息采集設備的數據，其中，智能儀表信息采集設備的數據包括用戶家庭實時總能源消耗數據。

步驟s120：將實時能耗信息轉換為數字信號。

具體的，利用家庭能源管理終端的模數轉換模塊，將實時能耗信息轉換為數字信號。

步驟s130：從數字信號中提取特征量，并根據特征量與功率特征數據的相似度分別識別多個家用能耗設備，得到分別對應各家用能耗設備身份信息的設備實時能耗數據；

具體的，利用家庭能源管理終端內控制模塊的數據處理單元從上述數字信號中提取特征量，其中，特征量包括穩態功率特性量和暫態功率特性量，與控制模塊的數據庫單元存儲的多種家用能耗設備的功率特征數據進行相似度比較，分別識別多個家用能耗設備，得到分別對應各家用能耗設備身份信息的實時能耗數據。

步驟s140：將對應各家用能耗設備身份信息的設備實時能耗數據和實時總能源消耗數據發送到用戶終端。

具體的，利用家庭能源管理終端的通信模塊，將上述實時能耗數據和用戶家庭實時總能源消耗數據發送到用戶終端。

進一步的，本申請實施例提供的一種家庭能源管理方法還包括：

步驟s150：將多個用戶家庭內家庭能源管理終端的設備實時能耗數據發送到電力管理系統。

具體的，利用多個家庭用戶內的家庭能源管理終端分別獲取多個家用能耗設備的設備實時能耗數據，并發送到家庭能源管理終端前置機，再經能源管理上位機和內外網交互上位機發送到電力管理系統。

步驟s160：接收電力管理系統發送的能源控制指令和實時能源價格，其中，設備實時能耗數據用于制定能源控制指令和實時能源價格。

具體的，電力管理系統可將接收到的設備實時能耗數據作為制定能源控制指令和實時能源價格的重要參考因素，并將能源控制指令和實時能源價格發送到內外網交互上位機、再經能源管理上位機、家庭能源管理終端前置機分別到達多個家庭用戶內的家庭能源管理終端，多個家庭用戶內的家庭能源管理終端分別對能源控制指令和實時能源價格進行接收。

步驟s170：根據能源控制指令和實時能源價格，通過家庭能源管理終端對多個家用能耗設備的能耗使用進行控制。

具體的，用戶家庭內的家庭能源管理終端可通過跳合閘控制單元或分路開關對多個家用能耗設備的能耗使用進行控制。

從上述實施例可以看出，本申請提供的家庭能源管理終端，包括采集模塊、模數轉換模塊、控制模塊、存儲模塊和通信模塊。利用與智能儀表信息采集設備和多個家用能耗設備連接的采集模塊分別對用戶家庭實時總能源消耗數據、多個家用能耗設備的實時能耗信息和身份信息進行采集，并通過模數轉換模塊進行數據處理，進而與控制模塊內數據庫單元存儲的多種家用能耗設備能耗數據進行相似度匹配，從而識別多個家用能耗設備分別對應的實時能耗數據，將對應身份信息的實時能耗數據和用戶家庭實時總能源消耗數據通過通信模塊發送到用戶終端，使用戶終端能夠獲取各個家用能耗設備的實時能耗數據和用戶家庭實時總能源消耗數據，從而使家庭用戶能夠獲取自己家庭的實時能源消耗狀態，用戶驗證各家用能耗設備的節能水平。有利于提高家庭用戶的節能意識，為家庭用戶對不同家用能耗設備進行控制提供重要依據，促進能源節約。有利于家庭用戶及時發現耗能異常，通過對異常能耗信息的報警、上傳記錄、并執行相關能源利用限制措施等方式，保障用戶能源利用安全。家庭能源管理終端還可作為用戶家庭內的物聯網網關實現遠程或本地跳合閘控能，提高了節能便捷性和節能效率。本申請提供的家庭能源管理系統，有利于電力管理系統的管理人員依據不同家庭用戶內的多種家用能耗設備的實時能耗數據制定更為科學的能源控制指令和實時能源價格，有利于用戶通過家庭能源管理終端根據能源控制指令和實時能源價格對家庭內的家用能耗設備的能耗使用進行控制，實現了用戶與電網系統的雙向互動，提高了能耗使用控制的可行性，促進了能源節約。本申請提供的家庭能源管理方法，利用家庭能源管理終端進行家庭能源管理，有效解決了用戶無法獲取各家用能耗設備能源利用數據等一系列問題。

本說明書中各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。尤其，對于家庭能源管理方法實施例而言，由于其基本相似于家庭能源管理終端、系統實施例，所以描述的比較簡單，相關之處參見家庭能源管理終端、系統中的說明即可。

需要說明的是，在本文中，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

以上所述的本發明實施方式并不構成對本發明保護范圍的限定。