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一种面向智能用电的通信与控制系统 　　摘要：针对现有家庭智能用电设备的研发与应用现状，提出了一种面向家庭智能用电的通信与控制系统设计方法.应用远程无线通信技术、互联网技术、无线局域网技术、电能测量技术和家电遥控启停技术，实现家庭用电系统与电力管理信息的实时通信、按需用电、交互设置、远程控制功能。 　　关键词：智能电网 无线通信 远程控制 电能测量 　　中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）12-0020-03 　　1、引言 　　从2009年开始，国家电网公司提出了智能电网的发展计划，其内涵是以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，实现电力系统从发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节的智能感知、智能识别、智能控制的功能，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合。智能电网可以整合系统中的数据，优化电网的管理，将电网提升为互动运转的全新模式，提高整个电网的可靠性、可用性和综合效率。 　　在智能电网建设中，家庭用电系统的智能化改造是其重要环节[1，2]。智能用电拥有最多的受众群体，也是其服务质量及管理效益的集中体现。2011年国家科技部开展了国家高技术研究发展计划（863计划）智能电网重大专项的研究，其中涉及智能用电方面的研究占有相当大比例。我国的智能用电重点关注双向互动服务、用电信息采集、智能用能服务、电动汽车充放电、智能量测五个关键技术领域[3]，用电端的智能化改造正是智能电网建设的重要内容之一。中国家用电器研究院在智能用电控制器、家庭能源管理系统、电力载波通讯模块、绿色家电标准几个方面开展了长期专项研究，并与深圳市国电科技通信有限公司、北京达华世纪低碳研究院及瑞萨电子有限公司共同成立了北京智能用电研究中心，开展了智能用电领域技术与产品研究，推动了智能电网与智能家庭的融合，不断适应物联网的发展要求，为我国智能用电的大力普及打下了良好基础。 　　然而，就目前而言，我国电力系统在家庭用电环节仍以传统用电方法为主，只是在量测技术[4，5]和远程抄表[6-8]方面有初步应用，缺少具有实用性的家庭用电智能控制和双向通信的产品面世，阻碍了智能电网向用电领域的延伸进程。对家庭用电环节的智能化改造，需要充分考虑目前用电设备的实际情况及发展趋势，开发既满足发展需求又符合应用现状的实用性设备，降低成本，减少家庭的重复投资，为智能用电的广泛实施提供助力。 　　为此，本文提出了一种面向智能用电的通信与控制系统，综合应用远程无线通信技术，互联网技术，无线局域网技术，电能量测技术，智能控制技术构建智能电网用户端集控系统。由3G远程通信模块与互联网连接，接收电力管理部门的实时电价、停电通知等管理信息，接收小区物业管理信息，接收远程用户通过移动终端（手机）发送的查询与控制信息；由WIFI无线局域网传输模块控制智能插座和家电启停，实现电能测量、质量分析和安全保护；由Web页面完成用户交互与参数设置；接收家庭智能电表的用电信息实现远程抄表功能，从而实现智能电网在家庭用电端的负载均衡、削峰填谷、智能控制、用电管理功能。 　　2、系统结构与硬件设计 　　系统结构包括通信与控制核心电路板、家庭智能插座、家电遥控器控制模块。利用3G远程通信模块与Internet连接，实现与远程服务中心和用户移动终端的连接，并通过WIFI无线通信模块与智能插座和遥控器控制模块构成家庭无线局域网络，实现远程信息交互、抄表、请求响应和家电设备的智能控制。 　　2.1 核心电路板 　　核心电路板是整个系统的通信与控制中心，见图1。采用C8051F020单片机为核心控制芯片，通过对其串行口的扩展连接外围设备，其中串口1连接华为MU203 3G通信模块，串口0通过缓冲器连接03型UART-WIFI无线通信模块以及家用智能电表。通过单片机的GPIO口扩展64k FLASH存储器，用于存放Web页面框架、用户设定的用电参数、历史用电信息及电力部门发布的管理信息。电路板的供电通过电源模块从外部电源插座接收5V直流电源，经过内部DC-DC变换生成4V与3.3V直流电压，分别为3G模块及单片机系统提供电源。 　　核心电路板以C8051F020单片机为控制核心，完成通信、控制及用户交互功能。电路板的组成模块如下： 　　（1）远程通信模块。该模块对单片机的串口1进行扩展，通过插座连接3G传输模块，在单片机控制下建立网络连接，获取公网IP地址。远程通信模块具有以下两项功能： 　　第一、采用定时驱动方式，作为客户终端向远程服务器发送请求，以IP地址方式建立网络连接，分别获取电力管理部门的实时电价、停电通知或小区物业管理部门的管理信息，用于用户交互并参与家庭用电的智能控制，并根据请求向电力管理部门发送累计用电量