專利名稱：智能辦公室節(jié)能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種節(jié)能控制系統(tǒng)，尤其是一種基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)的辦公室節(jié)能系統(tǒng)，具體地說是一種能夠?qū)崿F(xiàn)對公辦室內(nèi)的電腦、空調(diào)、照明等用電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的智能辦公室節(jié)能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
2008年，一場席卷全球的金融危機對全球經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了深刻影響。世界各國都在探討徹底擺脫危機的方法和措施。同時，由碳排放引起的全球氣候變暖同時在威脅我們的生存環(huán)境；擺脫經(jīng)濟(jì)危機和解決全球氣候變暖問題、推行低碳經(jīng)濟(jì)成為世界關(guān)注的焦點。在我國，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、推行低碳經(jīng)濟(jì)被認(rèn)為是未來5—10年內(nèi)中國走出危機、進(jìn)入新一輪經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)鍵。大力發(fā)展信息技術(shù)、提倡節(jié)能減排與低碳經(jīng)濟(jì)密切相關(guān)，受到了越來越多地關(guān)注。2009年，中國提倡要發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，它與無線互聯(lián)網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)、信息技術(shù)等密切相關(guān)。當(dāng)前，中國面臨的能源短缺問題比較突出。同時，浪費能源的現(xiàn)象也十分嚴(yán)重。與發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體相比，中國的單位GDP能耗高出很多。因此，有專家指出，降低單位GDP能源消耗是比采用新能源更緊迫的問題。節(jié)能這個詞已經(jīng)深入到我們千家萬戶中。然而，在日常生活和工作中，能源的浪費現(xiàn)象很是嚴(yán)重，如長明燈、無人開空調(diào)、計算機長期不關(guān)機等均是十分重要的能源浪費的源頭。如果可以減少這些資源的浪費，我國的能源短缺問題將會有很大的改善。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對目前辦公室中電腦、空調(diào)、電燈等用電設(shè)備因無法實現(xiàn)自動斷電和有效的控制而造成用電浪費的現(xiàn)象，設(shè)計一種能根據(jù)使用情況和辦公室內(nèi)人員情況自動進(jìn)行斷電的智能辦公室節(jié)能控制系統(tǒng)。本實用新型的技術(shù)方案是一種智能辦公室節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征是它包括總控制設(shè)備1和被控設(shè)備節(jié)能終端2，總控制設(shè)備1和被控設(shè)備節(jié)能終端2通過以太網(wǎng)或無線網(wǎng)相連，所述的總控制設(shè)備1 主要由ARM/DSP主模塊4和ZigBee通信模塊5組成，Z igBee通信模塊5通過串行接口與ARM/DSP主模塊4相連；所述的被控設(shè)備節(jié)能終端2主要由ZigBee通信節(jié)點模塊6、終端控制器7及信息采集傳感器8組成，用于采集被控設(shè)備工作狀態(tài)信息或環(huán)境信息的信息采集傳感器8的信號輸出端與終端控制器7的信號輸入端相連，終端控制器7的輸出端與 ZigBee通信節(jié)點模塊6的輸入端相連，ZigBee通信節(jié)點模塊6通過無線與總控制設(shè)備1中的ZigBee通信模塊5相連。所述的總控制設(shè)備1還連接有GSM/3G通信模塊3，所述的GSM/3G通信模塊3通過無線方式與被控設(shè)備節(jié)能終端2中的無線收發(fā)模塊相連。所述的被控設(shè)備為計算機9時，計算機9分別通過以太網(wǎng)和ZigBee通信節(jié)點模塊6與總控制設(shè)備1相連。所述的信息采集傳感器8包括溫度傳感器、釋電紅外傳感器、光強傳感器。本實用新型的有益效果1.本實用新型針對日常生活、辦公中出現(xiàn)的能源浪費現(xiàn)象，采用與物聯(lián)網(wǎng)密切相關(guān)的無線傳感網(wǎng)技術(shù)、第二代或第三代移動通信技術(shù)和信息技術(shù)，設(shè)計的辦公樓節(jié)能自動管理系統(tǒng)以智能手機平臺中采用的ARM+ DSP雙核處理器0MAP3530 SOC作為核心模塊，用傳感器實時采集各種狀態(tài)信息(如房間是否有人、電腦是否長期開著沒人用、電風(fēng)扇和空調(diào)是否開著等)，通過ZigBee無線傳感網(wǎng)，無線發(fā)送到匯集節(jié)點進(jìn)行處理，并根據(jù)事先設(shè)置的模型，對電腦，空調(diào)，電燈等各種電器設(shè)備實施智能的控制。同時，通過手機短信或3G網(wǎng)絡(luò)， 也可以對上述各種電器實施人工控制和干預(yù)。通過ZigBee節(jié)點還可以與門禁系統(tǒng)相連，實現(xiàn)防盜監(jiān)控。它不僅適用于辦公樓，同樣適合家用。通過簡易的改造和擴(kuò)展還可以成為家庭的智能管理系統(tǒng)，具有很強的擴(kuò)展性。2.本實用新型采用最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使用了 ZigBee無線通信模塊，可以實現(xiàn)自由組網(wǎng)，每個ZigBee都是子網(wǎng)的一個節(jié)點。并將無線傳感網(wǎng)、GSM網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)絡(luò)和信息處理技術(shù)結(jié)合在一起，實現(xiàn)了多種技術(shù)的融合。3.本實用新型可實現(xiàn)兩種節(jié)能方式，可用手機發(fā)送短信實現(xiàn)人工的控制，也可以通過傳感器采集到的信息來實現(xiàn)自動的節(jié)能控制。4.本實用新型可通過專門的系統(tǒng)控制軟件來對計算機進(jìn)行監(jiān)測，長時間沒有鍵盤和鼠標(biāo)的動作就自動關(guān)機。5.本實用新型可通過溫度傳感器實時監(jiān)測室溫，在使用空調(diào)的時候，可實時調(diào)節(jié)溫度，到達(dá)適當(dāng)?shù)臏囟群缶筒辉诮禍鼗蛏郎兀瑥亩鴮崿F(xiàn)節(jié)能。6.本實用新型通過可熱釋電紅外傳感器來監(jiān)測房間內(nèi)是否有人，長時間沒有人則自動實現(xiàn)計算機的關(guān)機，插座的斷電，以及空調(diào)的關(guān)閉等等來實現(xiàn)節(jié)能。7.本實用新型可采用嵌入式系統(tǒng)作為開發(fā)平臺。此系統(tǒng)有配有很多的外設(shè)接口， 因此作品有很強的擴(kuò)展性。8.本實用新型充分考慮了實用性和擴(kuò)張性ZigBee節(jié)點采用電池供電，2節(jié)7號電池可以長時間工作；通過短信可以實現(xiàn)人工遠(yuǎn)程操作，也可以通過短信查詢狀態(tài)，也可以通過短信對電腦進(jìn)行強制關(guān)機；智能控制中心采用低功耗的0MAP3530做平臺，本身很節(jié)能， 而且具有很強的擴(kuò)張性。

圖1是本實用新型的ZigBee網(wǎng)絡(luò)通信示意圖。圖2是本實用新型的組成結(jié)構(gòu)框圖示意圖。圖3是本實用新型的一個具體的信息采集傳感器的工作流程圖。圖4是本實用新型的一個具體的監(jiān)控動作流程示意圖。圖5是本實用新型的交流強電控制開關(guān)電原理圖。圖6是圖5所示的帶光耦隔離的交流強電電子開關(guān)的等效原理圖。圖7是本實用新型的ZigBee網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步的說明。如圖1-7所示。一種智能辦公室節(jié)能控制系統(tǒng)，它包括總控制設(shè)備1和被控設(shè)備節(jié)能終端2，如圖 2所示，圖2中僅列舉了幾種辦公室常見的需要控制的又容易造成浪費的用電設(shè)備，總控制設(shè)備1和被控設(shè)備節(jié)能終端2通過以太網(wǎng)或無線網(wǎng)相連，所述的總控制設(shè)備1主要由ARM/ DSP主模塊4和ZigBee通信模塊5組成，Z igBee通信模塊5通過串行接口與ARM/DSP主模塊4相連；所述的被控設(shè)備節(jié)能終端2主要由ZigBee通信節(jié)點模塊6、終端控制器7及信息采集傳感器8組成，所述的信息采集傳感器8包括溫度傳感器、釋電紅外傳感器、光強傳感器等中的一種或幾種。用于采集被控設(shè)備工作狀態(tài)信息或環(huán)境信息的信息采集傳感器8 的信號輸出端與終端控制器7的信號輸入端相連，終端控制器7的輸出端與ZigBee通信節(jié)點模塊6的輸入端相連，ZigBee通信節(jié)點模塊6通過無線與總控制設(shè)備1中的ZigBee通信模塊5相連。所述的總控制設(shè)備1還連接有GSM/3G通信模塊3，所述的GSM/3G通信模塊 3通過無線方式與被控設(shè)備節(jié)能終端2中的無線收發(fā)模塊相連。所述的被控設(shè)備可為計算機、空調(diào)、電燈、電風(fēng)扇、各類插座等，如圖2所示，當(dāng)被控設(shè)備為計算機9時，計算機9分別通過以太網(wǎng)和ZigBee通信節(jié)點模塊6與總控制設(shè)備1相連。詳述如下本實用新型主要由基于ZigBee (支持IEEE802. 15. 4協(xié)議)的傳感和控制節(jié)點、短信或3G通信模塊、基于0MAP3530和ZigBee匯集節(jié)點的智能控制中心和被控的電腦、電風(fēng)扇、電燈、空調(diào)等構(gòu)成。其中，傳感和控制節(jié)點還可以擴(kuò)展成智能遙控開關(guān)。系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1所示。0MAP;3530在單一的芯片上集成了 ARM Cortex_A8內(nèi)核、DSP內(nèi)核、圖形引擎以及達(dá)芬奇技術(shù)。它擴(kuò)展了 USB接口、UART接口、IXD屏接口、語音和圖形接口等，可以外擴(kuò)以太網(wǎng)接口，方便與電腦連接。通過UART接口與短信模塊連接，將來也可以通過USB接口與3G通信模塊連接。ZigBee匯集節(jié)點通過UART接口與0MAP3530相連。ZigBee匯集節(jié)點上除通信模塊外，還集成了光傳感器、熱釋電傳感器和聲音傳感
嬰坐
-V^r ^t οZigBee傳感和控制節(jié)點上包括ZigBee無線節(jié)點、各種傳感器和交流強電控制開關(guān)等，采用電池供電。實現(xiàn)智能節(jié)能控制的途徑主要有兩條。1、通過發(fā)送短信的方式來節(jié)能發(fā)送相應(yīng)的控制命令實現(xiàn)對電燈、電腦、空調(diào)合其他電器設(shè)備的遠(yuǎn)程斷電。同時， 也可以通過短信對空調(diào)的溫度進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)然，我們設(shè)有一定的安全防護(hù)。我們設(shè)立了密碼機制，只有在輸入正確密碼的情況下才能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。2、通過設(shè)備的自動感應(yīng)和智能判決來實現(xiàn)節(jié)能在ZigBee傳感和控制節(jié)點上設(shè)有很多傳感器，比如熱釋電紅外傳感器，溫度傳感器等等。各個傳感器實時將采集到的信息通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給智能控制中心。控制中心對收到的信息進(jìn)行處理和判決，然后通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)將控制信息發(fā)送給各個被控設(shè)備。 被控設(shè)備接到控制命令后自動執(zhí)行斷電或供電命令。由此，各個電器就可以在辦公室內(nèi)無人的時候自動斷電實現(xiàn)節(jié)能。對計算機的控制通過以太網(wǎng)接口來實現(xiàn)。智能辦公樓節(jié)能管理系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。本實用新型的工作原理及性能分析( 1)信息采集傳感器模塊本模塊的功能是通過各類傳感器采集數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)送給單片機，單片機作適當(dāng)處理后通過ZigBee模塊與控制中心實現(xiàn)實時通信。如圖3所示。熱釋電紅外傳感器可以檢測室內(nèi)有沒有人的活動。當(dāng)沒人時，輸出口會送給單片機高電平，并一直保持，直到有人的活動。而單片機收到高電平信號后就開始計時，計時過程中如果高電平信號消失，計時器清零。如圖4所示溫度傳感器DS18B20則能夠?qū)崟r的對室溫進(jìn)行AD采樣，采樣的結(jié)果將會通過單總線協(xié)議發(fā)送給單片機。單片機對收到的信息進(jìn)行處理后得出當(dāng)前的溫度值。而單片機與控制中心的信息傳遞則有兩種方案可以實現(xiàn)1)、當(dāng)計時達(dá)到某個數(shù)值時(例如半個小時)，單片機向ZigBee發(fā)送有關(guān)狀態(tài)的數(shù)值。連著ZigBee模塊的總控設(shè)備間隔一段時間就可以知道一次辦公室的狀態(tài)信息。并可以根據(jù)此信息作出一定的處理，及時向被控設(shè)備發(fā)出控制信息。2)、當(dāng)控制中心發(fā)出查詢命令時，單片機將各個傳感器的狀態(tài)數(shù)據(jù)通過ZigBee發(fā)送給總控設(shè)備。例如，單片機從無人時開始計時，當(dāng)控制中心詢問此刻有多久沒人時，單片機回復(fù)計時器內(nèi)的數(shù)值。當(dāng)被詢問實時溫度值是就恢復(fù)溫度值。(2)計算機控制模塊辦公樓內(nèi)有很多的計算機，現(xiàn)在，長時間使用計算機或下班離開后忘記關(guān)機的情況十分嚴(yán)重。很多的電能因此白白消耗。因此，對計算機實現(xiàn)智能控制對辦公室的節(jié)能有很大的幫助。為此，通過設(shè)計一個簡單的終端控制系統(tǒng)就可對被控計算機通過以太網(wǎng)和總控設(shè)備進(jìn)行連接。當(dāng)總控設(shè)備發(fā)來關(guān)機的控制命令時就執(zhí)行自動關(guān)機的程序。此外，還可通過軟件對計算機的鼠標(biāo)和鍵盤進(jìn)行實時監(jiān)測。當(dāng)監(jiān)測到很長一段時間沒有鼠標(biāo)和鍵盤的動作時就提出提醒，若無人響應(yīng)，就執(zhí)行自動關(guān)機程序。具體設(shè)計時可采用windows操作系統(tǒng)作為終端控制系統(tǒng)，具有界面友好，操作簡單的優(yōu)點，控制端程序及客戶端程序均采用匯編語言作為編寫語言具有程序體積小，效率高的特點?？蛻舳瞬捎昧碎_機自啟動、線程防殺、dll注入等進(jìn)程保護(hù)技術(shù)，以防止由于某種認(rèn)為或者是非人為因數(shù)導(dǎo)致的客戶端進(jìn)程失去連接以及被非法終止。由于采用windows匯編語言編寫，因此對客戶端的系統(tǒng)占用量極低，并且在網(wǎng)絡(luò)通信方面，通過借用辦公樓內(nèi)部的局域網(wǎng)大大的降低了進(jìn)行重新布線的費用以及整個系統(tǒng)的功耗。(3)智能插座模塊此外，本實用新型還可通過智能插座實現(xiàn)對用電設(shè)備的自動切斷。該智能插座插座內(nèi)含有Zigbee模塊，可以實時和總控設(shè)備進(jìn)行通信。無人的時候，或是總控設(shè)備接到相應(yīng)的短信命令以后會通過Zigbee模塊對插座發(fā)送控制命令。插座部分的Zigbee接收到命令以后做出相應(yīng)的斷電或上電的處理。插座控制的是強電，而Zigbee模塊給出的控制信號是弱電，該智能插座的控制電路如圖5所示，它主要由光電耦合器件TLP521_1、晶體場效應(yīng)管IPF9640、繼電器RSD12VDC構(gòu)成。TLP521_1是可控制的光電藕合器件，用于電路之間的信號傳輸，使之前端的控制信號與負(fù)載完全隔離，目的在于增加安全性，減小電路干擾，減化電路設(shè)計。
6[0050]控制信號通常是低電平，耦合器件導(dǎo)通，場效應(yīng)管也導(dǎo)通，繼電器吸合，指向常閉引腳，用電器正常工作。當(dāng)傳輸來的控制信號變成高電平時，耦合器件截止，場效應(yīng)管也截止，繼電器的COM端與OFF端向連，220V交流電被斷開。這樣就實現(xiàn)了通過弱電信號控制交流強電的功能。忽略內(nèi)部的連接電路的原理圖如圖6所示。(4) Zigbee無線通信模塊(如圖7所示)除了以太網(wǎng)、3G網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò)以外，Zigbee無線通信模塊是又一個通信設(shè)備。 它連接了傳感器、總控設(shè)備和各個被控設(shè)備。本實用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種智能辦公室節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征是它包括總控制設(shè)備(1)和被控設(shè)備節(jié)能終端(2)，總控制設(shè)備(1)和被控設(shè)備節(jié)能終端(2)通過以太網(wǎng)或無線網(wǎng)相連，所述的總控制設(shè)備(1)主要由ARM/DSP主模塊(4)和ZigBee通信模塊(5)組成，Z igBee通信模塊(5)通過串行接口與ARM/DSP主模塊(4)相連；所述的被控設(shè)備節(jié)能終端(2)主要由ZigBee通信節(jié)點模塊(6)、終端控制器(7)及信息采集傳感器(8)組成，用于采集被控設(shè)備工作狀態(tài)信息或環(huán)境信息的信息采集傳感器(8)的信號輸出端與終端控制器(7)的信號輸入端相連， 終端控制器(7)的輸出端與ZigBee通信節(jié)點模塊(6)的輸入端相連，ZigBee通信節(jié)點模塊 (6)通過無線與總控制設(shè)備(1)中的ZigBee通信模塊(5)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能辦公室節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征是所述的總控制設(shè)備(1) 還連接有GSM/3G通信模塊(3)，所述的GSM/3G通信模塊(3)通過無線方式與被控設(shè)備節(jié)能終端(2)中的無線收發(fā)模塊相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能辦公室節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征是所述的被控設(shè)備為計算機(9)時，計算機(9)分別通過以太網(wǎng)和ZigBee通信節(jié)點模塊(6)與總控制設(shè)備(1)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能辦公室節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征是所述的信息采集傳感器 (8)包括溫度傳感器、釋電紅外傳感器、光強傳感器。
專利摘要一種智能辦公室節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征是它包括總控制設(shè)備(1)和被控設(shè)備節(jié)能終端(2)，總控制設(shè)備(1)和被控設(shè)備節(jié)能終端(2)通過以太網(wǎng)或無線網(wǎng)相連，所述的總控制設(shè)備(1)主要由ARM/DSP主模塊(4)和ZigBee通信模塊(5)組成，ZigBee通信模塊(5)通過串行接口與ARM/DSP主模塊(4)相連；所述的被控設(shè)備節(jié)能終端(2)主要由ZigBee通信節(jié)點模塊(6)、終端控制器(7)及信息采集傳感器(8)組成，用于采集被控設(shè)備工作狀態(tài)信息或環(huán)境信息的信息采集傳感器(8)的信號輸出端與終端控制器(7)的信號輸入端相連，終端控制器(7)的輸出端與ZigBee通信節(jié)點模塊(6)的輸入端相連，ZigBee通信節(jié)點模塊(6)通過無線與總控制設(shè)備(1)中的ZigBee通信模塊(5)相連。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)能效果好。
文檔編號G05B19/418GK202025224SQ20112009177
公開日2011年11月2日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者丁增華, 朱翀, 董晉彪, 陳金葉 申請人:朱翀