智能计量与开关控制插座的控制设计智能计量与开关控制插座的控制设计
以LSDIS02RS1CS智能计量插座为基础,设计了智能计量与开关控制插座。通过采集与之相连的家电的用电信
息,实时地监测家电的工作状态。通过内部的无线模块将采集到的用电信息发送给控制终端LM3S9B96,实现
对家电的远程监测。
1 研究背景及意义
家庭能量管理系统(Home Energy Management System,HEMS)是利用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技
术、电子微电子技术,满足个性需求的新科技系统[1]。智能插座是家庭能量管理系统不可缺少的重要组成部分,它是实现家
庭能源管理的重要手段和途径。
本文设计的智能计量与开关控制插座是西南交通大学2011年国家创新项目“家庭能量管理系统设计”中的重要组成部分。该系统
由智能手表、控制终端LM3S9B96、再生发电部分以及本文设计的智能插座组成。该项目于2012年11月结题,通过验收。
2 智能计量与开关控制插座的硬件选型
本文设计的智能计量与开关控制插座由三部分组成:计量插座模块、无线模块以及继电控制模块。智能计量与开关控制插座可
以实现对家用电器的电气信息实时监测,实现对电能计量的管理以及对电源的远程开断控制。
2.1 计量插座模块
计量插座采用的是TI公司的LSDIS02RS1CS智能计量插座,其主控芯片为MSP430AFE253。MSP430系列单片机:处理能力
强、运算速度快、超低功耗、单片机内部资源丰富、开发环境高效[5]。
2.2 无线模块
无线模块采用TI公司的CC430单片机,其内核为CC430F5137芯片,使用EZ430RF5137开发工具进行开发。
开发过程中外部连接主要用到P1.6TX(5号引脚)、P1.5RX(6号引脚)、AVCC(45引脚)、AVSS(42引脚,即GND)和
P1.0(13号引脚)。其中,P1.6TX、P1.5RX用作串口传输;P1.0用于开关控制输出;AVCC供电使用,AVSS接地。
2.3 继电控制模块
继电控制电路如图1所示。光耦采用PC817型号,继电器采用ZHNQI Q3F1Z,VCC工作电压采用9 V的直流电源,图中插脚
(CHA JIAO)是为计量插座准备的,I/O接口与无线模块的P1.0引脚相连。
图1 继电控制电路
具体的工作过程如下:当无线模块收到上层控制终端的断开电源命令,其P1.0引脚输出高电平,光耦P817导通,继电器两端
得到电压,达到启动标准的电流,继电器动作,开关打到3引脚,220 V侧电源断开,插座停止工作。其中继电器的默认状态
为常闭状态,I/O接口电压默认为低电压(为0)。
网络技术支持略——编者注。
3 通信协议设计
3.1 自定义通信协议设计
自定义了外部通信协议,它是参照101协议进行定义的。
3.1.1 插座与终端的数据交换
智能计量与开关控制插座所涉及的数据类型具体如表1所列。
表1 插座数据设定
3.1.2 报文格式
报文由启动字符(68H)、应用层公共地址(1个字节)、类型标识(1个字节)、数量限定词(1个字节)、信息体地址(2
个字节)、信息体元素(2个字节)和结束字符(16H)构成。下面对各部分具体的情况作简要介绍。
(1) 应用层公共地址
公共地址是子站的标识。主站下发的报文中,标识接收站;子站上传时,标识发送站。链路地址域占1个字节。详细的地址如
表2所列。
注意:当传送数据对象的数据为08H时代表发送端向其余所有终端发送数据(指令),即每一个终端除了01H~06H的地址
外,自身还附带08H的地址,例如02H和08H均代表智能开关(1)。