基于多點網(wǎng)絡的水廠自動監(jiān)控系統(tǒng)設計Design of MPI Based Automatic Monitoring and Control System in Water Works劉 美 俊(湖南工程學院，湘潭411101)摘要針對水廠工作水泵多、現(xiàn)場離控制站距離遠的特點，提出了一種基于MPI多點網(wǎng)絡的自動監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法，分析了系統(tǒng)的工作原理，介紹了系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的采集與處理、主站與從站的通信原理以及系統(tǒng)軟件的設計。由于這種系統(tǒng)的主、從站PLC之間采用MPI網(wǎng)絡通信，具有運行可靠、性能價格比高的特點，所以適用于中小規(guī)模水廠的分布式監(jiān)控場合。關鍵詞多點網(wǎng)絡主站從站監(jiān)控系統(tǒng)Abstract Ina ccordancew ithth efe atuersof w aterw orks,i. e. ，manyp umpsin o perationa ndth ep umps， farfor mt hec ontrolst ation,th em ethodo fdesigninga na utomati(〕monitoringa ndc ontorlsy stemb asedo nM PIis p resented.Th eo perationalpr incipleo fth esy stemi san alyzed,th ed atac olection,data processing; communication between master station and slave station as wel as design and system software are discussed. Because MPI network communicationis used among master station, slave stations and PLC, the system is reliable and high cost-efective. It is， suitable for smal and mediumsized water works for distrbuted monitoring and control.Keywords MPI Masterst ation Slaves tation Monitoringa ndc ontorlsy stem 自來 水 廠 的自動控制系統(tǒng)一般分為兩大部分，一對組態(tài)硬件要求較高，投資較大。相對而言，MPI網(wǎng)是水源地深水泵的工作控制，一是水廠區(qū)變頻恒壓供絡速度可達187.5 M bps，通過一級中繼器傳輸距離可水控制，兩部分的實際距離通常都比較遠。某廠水源達Ikm 。根據(jù)水廠的具體情況，確定以MPI方式組地有3臺深井泵給水廠區(qū)的蓄水池供水。水廠區(qū)的成網(wǎng)絡，主站PLC為S7-300系列的CPU3121FM，從任務是對水池的水進行消毒處理后，通過加壓泵向管站為S7-200系列的CPU222。這樣既滿足了系統(tǒng)要路恒壓供水。選用Siemens公司的S7系列可編程控求，又相對于Profibus網(wǎng)絡節(jié)省了三分之一的成本，制器(PLC)和上位機組成實時數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)， 這種分布式監(jiān)控系統(tǒng)具有較高的性能價格比。系統(tǒng)對深水泵進行遠程控制，對供水泵采用變頻器進行恒中PLC的物理層采用RS - 485接口，網(wǎng)絡延伸選用壓控制以保證整個水廠的電機設備安全、可靠地運帶防雷保護的中繼器，使系統(tǒng)的安全運行得到了保行。證。MPI網(wǎng)絡的拓撲結構如圖1所示。1 多點網(wǎng)絡(NWI)監(jiān)控系統(tǒng)的組成Sie me ns 公司S7系列PLC通常有MP」多點網(wǎng)絡與Profibus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡兩種組網(wǎng)方式。Profibus現(xiàn)場總線的應用目前較為普遍，通用性較好，它由Profibus一DP, Profibus一FMS, Profibus一PA組成。Profibus - DP型用于分散外設間的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率為9.6kbps一12Mbps，主要用于現(xiàn)場控制器與分散1/0之間的通信，可滿足交直流調(diào)速系統(tǒng)快速響應的時間要求，特別適合于加工自動化領域的應用;Profibus - FMS主要解決車間級通信問題，完成中等傳輸速度的循環(huán)或非循環(huán)數(shù)據(jù)交換任務，適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等;Profibus - PA型采用了OSI模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，適用于過程自動化的總線類型。
標簽： 多點 網(wǎng)絡 系統(tǒng)設計 自動監(jiān)控
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51單片機驅動步進電機(含電路圖和源程序代碼） 源程序:stepper.c stepper.hex /* * STEPPER.C * sweeping stepper's rotor cw and cww 400 steps * Copyright (c) 1999 by W.Sirichote */ ＃i nclude c:\mc5151io.h /* include i/o header file */ ＃i nclude c:\mc5151reg.h register unsigned char j,flag1,temp; register unsigned int cw_n,ccw_n; unsigned char step[8]={0x80,0xc0,0x40,0x60,0x20,0x30,0x10,0x90} #define n 400 /* flag1 mask byte 0x01 run cw() 0x02 run ccw() */
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如同今天的許多通用單片機(MCU)已經(jīng)把USB、CAN和以太網(wǎng)作為標準外設集成在芯片內(nèi)部一樣，越來越多的無線網(wǎng)絡芯片和無線網(wǎng)絡解決方案也在向集成SoC 方向發(fā)展，比如第一代產(chǎn)品，Nordic公司nRF905，Chipcon公司cc1010 他們集成了8051兼容的單片機.這些無線單片機適合一般的點對點和點對多點的私有網(wǎng)絡應用，如單一產(chǎn)品的遙控器和抄表裝置等。無線通訊技術給智能裝置的互連互通提供了便捷的途徑，工業(yè)無線網(wǎng)絡作為面向工業(yè)和家庭自動化的網(wǎng)絡技術也正在向著智能，標準和節(jié)能方向發(fā)展。 目前在工業(yè)控制和消費電子領域使用的無線網(wǎng)絡技術有ZigBee、無線局域網(wǎng)(Wi-Fi)、藍牙(Blutooth)、GPRS通用分組無線業(yè)務、 ISM、IrDA等， 未來還能有3G、超寬頻(UWB)、無線USB、Wimax等。 當然還有大量的私有和專用無線網(wǎng)絡在工業(yè)控制和消費電子裝置中使用，其中ZigBee、GPRS是在目前在國內(nèi)工業(yè)控制中討論和使用比較多的兩種，藍牙和無線局域網(wǎng)是在消費電子產(chǎn)品如手機、耳機、打印機、照相機和家庭中小企業(yè)網(wǎng)絡中廣泛使用的無線協(xié)議(個別工業(yè)產(chǎn)品也有應用，如無線視頻監(jiān)控和汽車音響系統(tǒng))，當然私有無線網(wǎng)絡技術和產(chǎn)品在工業(yè)也有很多的應用。 ZigBee是一個低功耗、短距離和低速的無線網(wǎng)絡技術，工作在2.4GHz國際免執(zhí)照的頻率，在IEEE標準上它和無線局域網(wǎng)、藍牙同屬802家族中的無線個人區(qū)域網(wǎng)絡， ZigBee是有兩部分組成，物理和鏈路層符合IEEE802.15.4， 網(wǎng)絡和應用層符合ZigBee聯(lián)盟的規(guī)范。ZigBee聯(lián)盟是在2002年成立的非盈利組織，有包括TI、霍尼威爾、華為在內(nèi)兩百多家成員， ZigBee聯(lián)盟致力推廣兼容802.15.4和ZigBee協(xié)議的平臺， 制定網(wǎng)絡層和應用架構的公共規(guī)范，希望在樓宇自動化、居家控制、家用電器、工業(yè)自動控制和電腦外設等多方面普及ZigBee標準。 GPRS是在現(xiàn)有的GSM 網(wǎng)絡發(fā)展出來的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務，它工作在標準的GSM頻率，由于是一個分組交換系統(tǒng)，它適合工業(yè)上的突發(fā)，少量的數(shù)據(jù)傳輸，還因為GSM網(wǎng)絡覆蓋廣泛，永遠在線的特點，GPRS特點適合工業(yè)控制中的遠程監(jiān)控和測量系統(tǒng)。在工業(yè)控制應用中GPRS 芯片一般是以無線數(shù)傳模塊形式出現(xiàn)的，它通過RS232全雙工接口和單片機連接，軟件上這些模塊都內(nèi)置了GPRS，PPP和TCP/IP協(xié)議，單片機側通過AT指令集向模塊發(fā)出測試，連接和數(shù)據(jù)收發(fā)指令，GPRS模塊通過中國移動cmnet進入互聯(lián)網(wǎng)和其他終端或者服務器通訊。目前市場常見的模塊有西門子G24TC45、TC35i，飛思卡爾G24，索愛GR47/48， 還有Wavecom 的集成了ARM9核的GPRS SoC模塊WMP50/100。GPRS模塊有區(qū)分自帶TCP/IP協(xié)議和不帶協(xié)議兩種，一般來講，如果是單片機側有嵌入式操作系統(tǒng)和TCP/IP協(xié)議支持的話或者應用的要求只是收發(fā)短信和語音功能的話，可以選擇不帶協(xié)議的模塊。 先進的SoC技術正在無線應用領域發(fā)揮重要的作用。德州儀器收購了Chipcon公司以后發(fā)布的CC2430 是市場上首款SoC的ZigBee單片機， 見圖1，它把協(xié)議棧z-stack集成在芯片內(nèi)部的閃存里面， 具有穩(wěn)定可靠的CC2420收發(fā)器，增強性的8051內(nèi)核，8KRAM，外設有I/O 口，ADC，SPI，UART 和AES128 安全協(xié)處理器，三個版本分別是32/64/128K的閃存，以128K為例，扣除基本z-stack協(xié)議還有3/4的空間留給應用代碼，即使完整的ZigBee協(xié)議，還有近1/2的空間留給應用代碼，這樣的無線單片機除了處理通訊協(xié)議外，還可以完成一些監(jiān)控和顯示任務。這樣無線單片機都支持通過SPI或者UART與通用單片機或者嵌入式CPU結合。 2008年4月發(fā)表CC2480新一代單片ZibBee認證處理器就展示出和TI MSP430 通用的低功耗單片機結合的例子。圖1 CC2430應用電路 工業(yè)控制領域的另一個芯片巨頭——飛思卡爾的單片ZigBee處理器MC1321X的方案也非常類似，集成了HC08單片機核心， 16/32/64K 閃存，外設有GPIO， I2C和ADC， 軟件是Beestack 協(xié)議，只是最多4K RAM 對于更多的任務顯得小了些。但是憑借32位單片機Coldfire和系統(tǒng)軟件方面經(jīng)驗和優(yōu)勢， 飛思卡爾在滿足用戶應用的彈性需求方面作的更有特色，它率先能夠提供從低-中-高各個層面的解決方案，見圖2。
標簽： 單片機 工業(yè)無線網(wǎng)絡
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微處理器及微型計算機的發(fā)展概況 第一代微處理器是以Intel公司1971年推出的4004，4040為代表的四位微處理機。 第二代微處理機（1973年~1977年），典型代表有：Intel 公司的8080、8085；Motorola公司的M6800以及Zlog公司的Z80。 第三代微處理機 第三代微機是以16位機為代表，基本上是在第二代微機的基礎上發(fā)展起來的。其中Intel公司的8088。8086是在8085的基礎發(fā)展起來的；M68000是Motorola公司在M6800 的基礎發(fā)展起來的； 第四代微處理機 以Intel公司1984年10月推出的80386CPU和1989年4月推出的80486CPU為代表， 第五代微處理機的發(fā)展更加迅猛，1993年3月被命名為PENTIUM的微處理機面世，98年PENTIUM 2又被推向市場。 INTEL CPU 發(fā)展歷史Intel第一塊CPU 4004,4位主理器,主頻108kHz,運算速度0.06MIPs(Million Instructions Per Second, 每秒百萬條指令),集成晶體管2,300個,10微米制造工藝,最大尋址內(nèi)存640 bytes,生產(chǎn)曰期1971年11月. 8085,8位主理器,主頻5M,運算速度0.37MIPs,集成晶體管6,500個,3微米制造工藝,最大尋址內(nèi)存64KB,生產(chǎn)曰期1976年 8086,16位主理器,主頻4.77/8/10MHZ,運算速度0.75MIPs,集成晶體管29,000個,3微米制造工藝,最大尋址內(nèi)存1MB,生產(chǎn)曰期1978年6月. 80486DX,DX2,DX4,32位主理器,主頻25/33/50/66/75/100MHZ,總線頻率33/50/66MHZ,運算速度20~60MIPs,集成晶體管1.2M個,1微米制造工藝,168針PGA,最大尋址內(nèi)存4GB,緩存8/16/32/64KB,生產(chǎn)曰期1989年4月 Celeron一代, 主頻266/300MHZ(266/300MHz w/o L2 cache, Covington芯心 (Klamath based),300A/333/366/400/433/466/500/533MHz w/128kB L2 cache, Mendocino核心 (Deschutes-based), 總線頻率66MHz,0.25微米制造工藝,生產(chǎn)曰期1998年4月) Pentium 4 (478針),至今分為三種核心:Willamette核心(主頻1.5G起,FSB400MHZ,0.18微米制造工藝),Northwood核心(主頻1.6G~3.0G,FSB533MHZ,0.13微米制造工藝, 二級緩存512K),Prescott核心(主頻2.8G起,FSB800MHZ,0.09微米制造工藝,1M二級緩存,13條全新指令集SSE3),生產(chǎn)曰期2001年7月. 更大的緩存、更高的頻率、 超級流水線、分支預測、亂序執(zhí)行超線程技術 微型計算機組成結構單片機簡介單片機即單片機微型計算機，是將計算機主機(CPU、 內(nèi)存和I/O接口)集成在一小塊硅片上的微型機。 三、計算機編程語言的發(fā)展概況 機器語言 機器語言就是0，1碼語言，是計算機唯一能理解并直接執(zhí)行的語言。匯編語言 用一些助記符號代替用0，1碼描述的某種機器的指令系統(tǒng)，匯編語言就是在此基礎上完善起來的。高級語言 BASIC，PASCAL，C語言等等。用高級語言編寫的程序稱源程序，它們必須通過編譯或解釋，連接等步驟才能被計算機處理。 面向對象語言 C++，Java等編程語言是面向對象的語言。 1.3 微型計算機中信息的表示及運算基礎（一） 十進制ND有十個數(shù)碼：0～9，逢十進一。 例 1234.5=1×103 +2×102 +3×101 +4×100 +5×10-1加權展開式以10稱為基數(shù)，各位系數(shù)為0～9，10i為權。 一般表達式：ND= dn-1×10n-1+dn-2×10n-2 +…+d0×100 +d-1×10-1+… （二） 二進制NB兩個數(shù)碼：0、1, 逢二進一。 例 1101.101=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-3 加權展開式以2為基數(shù)，各位系數(shù)為0、1， 2i為權。 一般表達式： NB = bn-1×2n-1 + bn-2×2n-2 +…+b0×20 +b-1×2-1+… （三）十六進制NH十六個數(shù)碼0～9、A～F，逢十六進一。 例：DFC.8=13×162 +15×161 +12×160 +8×16-1 展開式以十六為基數(shù)，各位系數(shù)為0～9，A～F，16i為權。 一般表達式： NH= hn-1×16n-1+ hn-2×16n-2+…+ h0×160+ h-1×16-1+… 二、不同進位計數(shù)制之間的轉換 （二）二進制與十六進制數(shù)之間的轉換 24=16 ，四位二進制數(shù)對應一位十六進制數(shù)。舉例：（三）十進制數(shù)轉換成二、十六進制數(shù)整數(shù)、小數(shù)分別轉換 1.整數(shù)轉換法“除基取余”：十進制整數(shù)不斷除以轉換進制基數(shù)，直至商為0。每除一次取一個余數(shù)，從低位排向高位。舉例： 2. 小數(shù)轉換法“乘基取整”：用轉換進制的基數(shù)乘以小數(shù)部分，直至小數(shù)為0或達到轉換精度要求的位數(shù)。每乘一次取一次整數(shù)，從最高位排到最低位。舉例： 三、帶符號數(shù)的表示方法 機器數(shù)：機器中數(shù)的表示形式。真值： 機器數(shù)所代表的實際數(shù)值。舉例:一個8位機器數(shù)與它的真值對應關系如下： 真值： X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 機器數(shù)：[X1]機= 01010100 [X2]機= 11010100(二)原碼、反碼、補碼最高位為符號位，0表示 “+”，1表示“－”。 數(shù)值位與真值數(shù)值位相同。 例 8位原碼機器數(shù)： 真值： x1 = +1010100B x2 =－ 1010100B 機器數(shù)： [x1]原 = 01010100 [x2]原 = 11010100原碼表示簡單直觀,但0的表示不唯一，加減運算復雜。 正數(shù)的反碼與原碼表示相同。 負數(shù)反碼符號位為 1，數(shù)值位為原碼數(shù)值各位取反。 例 8位反碼機器數(shù)： x= +4： [x]原= 00000100 [x]反= 00000100 x= -4： [x]原= 10000100 [x]反= 111110113、補碼（Two’s Complement）正數(shù)的補碼表示與原碼相同。 負數(shù)補碼等于2n－abs（x）8位機器數(shù)表示的真值四、 二進制編碼例：求十進制數(shù)876的BCD碼 876= 1000 0111 0110 BCD 876= 36CH = 1101101100B 2、字符編碼 美國標準信息交換碼ASCII碼，用于計算 機與計算機、計算機與外設之間傳遞信息。 3、漢字編碼 “國家標準信息交換用漢字編碼”（GB2312-80標準），簡稱國標碼。 用兩個七位二進制數(shù)編碼表示一個漢字 例如“巧”字的代碼是39H、41H漢字內(nèi)碼例如“巧”字的代碼是0B9H、0C1H1·4 運算基礎 一、二進制數(shù)的運算加法規(guī)則：“逢2進1” 減法規(guī)則：“借1當2” 乘法規(guī)則：“逢0出0，全1出1”二、二—十進制數(shù)的加、減運算 BCD數(shù)的運算規(guī)則 循十進制數(shù)的運算規(guī)則“逢10進1”。但計算機在進行這種運算時會出現(xiàn)潛在的錯誤。為了解決BCD數(shù)的運算問題，采取調(diào)整運算結果的措施：即“加六修正”和“減六修正”例：10001000(BCD)+01101001(BCD) =000101010111(BCD) 1 0 0 0 1 0 0 0 ＋ 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 ＋ 0 1 1 0 0 1 1 0 ……調(diào)整 1 0 1 0 1 0 1 1 1 進位 例： 10001000(BCD)－ 01101001(BCD)= 00011001(BCD) 1 0 0 0 1 0 0 0 － 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 － 0 1 1 0 ……調(diào)整 0 0 0 1 1 0 0 1 三、 帶符號二進制數(shù)的運算 1.5 幾個重要的數(shù)字邏輯電路編碼器譯碼器計數(shù)器微機自動工作的條件程序指令順序存放自動跟蹤指令執(zhí)行1.6 微機基本結構微機結構各部分組成連接方式1、以CPU為中心的雙總線結構；2、以內(nèi)存為中心的雙總線結構；3、單總線結構CPU結構管腳特點 1、多功能；2、分時復用內(nèi)部結構 1、控制; 2、運算; 3、寄存器; 4、地址程序計數(shù)器堆棧定義 1、定義；2、管理；3、堆棧形式
上傳時間： 2013-10-17
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在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中使用FPGA進行視頻處理:視頻監(jiān)控系統(tǒng)是火車站，機場，銀行，娛樂場所，購物中心乃至家庭保安的重要組件。 您可以使用xilinx視頻IP模塊組實現(xiàn)DVR。
標簽： FPGA 視頻監(jiān)控系統(tǒng) 視頻處理
上傳時間： 2014-01-15
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提出一種高性能全數(shù)字式正弦波逆變電源的設計方案。該方案分為前后兩級，前級采用推挽升壓電路將輸入的直流電升壓到350 V左右的母線電壓，后級采用全橋逆變電路，逆變橋輸出經(jīng)濾波器濾波后，用隔離變壓器進行電壓采樣，電流互感器進行電流采樣，以形成反饋環(huán)節(jié)，增加電源輸出的穩(wěn)定性。升壓級PWM驅動及逆變級SPWM驅動均由STM32單片機產(chǎn)生，減小了硬件開支。基于上述方案試制的400 W樣機，具有輸出短路保護、過流保護及輸入過壓保護、欠壓保護功能，50 Hz輸出時頻率偏差小于0.05 Hz，滿載（400 W）效率高于87%，電壓精度為220 V±1%，THD小于1.5%。
上傳時間： 2013-11-17
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在藍牙技術的使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)藍牙技術盡管有許多優(yōu)點，但仍存在許多缺陷。對工業(yè)，家庭自動化控制和工業(yè)遙測遙控領域而言，藍牙技術顯得太復雜，功耗大，距離近，組網(wǎng)規(guī)模太小等，……而工業(yè)自動化，對無線數(shù)據(jù)通信的需求越來越強烈，而且，對于工業(yè)現(xiàn)場，這種無線數(shù)據(jù)傳輸必需是高可靠的，并能抵抗工業(yè)現(xiàn)場的各種電磁干擾。因此，經(jīng)過人們長期努力，ZigBee 協(xié)議在2003年中正式問世了。另外，ZigBee 使用了在它之前所研究過的面向家庭網(wǎng)絡的通信協(xié)議Home RF Lite。
上傳時間： 2013-11-18
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針對飛行模擬器座艙數(shù)據(jù)采集的復雜性，設計了一種基于以太網(wǎng)分布式的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是RCM5700微處理器模塊上的以太網(wǎng)應用。在系統(tǒng)的基礎上具體討論了PoE技術的應用，在傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)線上同時提供電流，提出并實現(xiàn)了一種包括輔助電源在內(nèi)的完整可靠的PoE供電方案。設計采用美國國家半導體的LM5073和LM5576并根據(jù)不同的負載情況，進行穩(wěn)定可靠的電壓轉換，以滿足數(shù)據(jù)采集電路的要求。實驗結果表明：該設計穩(wěn)定可靠，滿足低于13 W的采集節(jié)點供電要求，提高了模擬器信號采集系統(tǒng)的通用性和標準化程度，避免了以往數(shù)據(jù)采集節(jié)點單獨繁瑣的電源設計。 Abstract: Aiming at the complexity of large avion simulation and controlling，the simulator cabin distribute data collecting and control system was designed. This system is the application of RCM5700 on Ethernet. Based on this system，PoE technique that makes Ethernet can also provide power were expounded with emphasis and included FAUX design the PoE resolution was realized. To achieve the requirement of this system，LM5073 and LM5576 were used to DC-DC switch. From the data of experiment，the design filled the requirement of power-need of node whose power was lower than 13W. The application of the technique can advance the degree of simulation data collections currency and standardization and avoid designing additional power system.
標簽： 以太網(wǎng) 分布式 數(shù)據(jù)采集 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-11-09
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無線感測器已變得越來越普及，短期內(nèi)其開發(fā)和部署數(shù)量將急遽增加。而無線通訊技術的突飛猛進，也使得智慧型網(wǎng)路中的無線感測器能夠緊密互連。此外，系統(tǒng)單晶片(SoC)的密度不斷提高，讓各式各樣的多功能、小尺寸無線感測器系統(tǒng)相繼問市。儘管如此，工程師仍面臨一個重大的挑戰(zhàn)：即電源消耗。
上傳時間： 2013-10-30
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電價影響居民的用電行為，裝置包括智能插座和家庭互動終端，兩部分根據(jù)各自的功能需求分別采用不同的微處理器作為控制單元并相互配合形成一個完善的家庭用電網(wǎng)絡，在階梯峰谷和實時電價政策下可以智能的控制電器工作。整個裝置不僅能采集家電的用電量，還能提供平臺實現(xiàn)用戶與家電的雙向通信。一方面用戶可以通過互動終端查詢家庭用電信息；另一方面互動終端根據(jù)實時費率向用戶提供用電策略，引導用戶降低用電量和用電費。
上傳時間： 2013-11-21
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