本發(fā)明屬于節(jié)電設備終端技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到一種基于RFID和Zigbee技術(shù)的智能節(jié)電終端。
背景技術(shù)：
隨著互聯(lián)網(wǎng)科技技術(shù)的高速發(fā)展和廣泛應用，對于辦公場所節(jié)能用電的重要性尤為突出，近年來，相關(guān)企事業(yè)單位將節(jié)能減排提上日程，針對一些辦公設備閑置時不關(guān)電源采取了一些措施，以響應國家節(jié)能減排的倡議。目前由于空氣污染，PM2.5嚴重超標，越來越多的人關(guān)注起自己的辦公環(huán)境及居住環(huán)境，因此需要一種同時具有節(jié)電及環(huán)境監(jiān)測兩大功能的設備，能夠滿足相關(guān)企事業(yè)單位和關(guān)注環(huán)境監(jiān)控人群的需求。
目前刷卡取電設備大多功能單一，相關(guān)的功能設置不全面，而接入互聯(lián)網(wǎng)的設備有局限性，即需要無線上網(wǎng)網(wǎng)絡支持，且成本高，不具備環(huán)境監(jiān)測報警功能。
如中國發(fā)明專利公開號“CN204539577U”名稱為“教室照明節(jié)能控制裝置”的專利公開了一種教室照明節(jié)能控制裝置，包括機殼、刷卡區(qū)域、光強檢測芯片、顯示區(qū)域和按鍵區(qū)域，所述按鍵區(qū)域位于機殼上表面下部，所述按鍵區(qū)域上部為顯示區(qū)域，所述顯示區(qū)域上部為刷卡區(qū)域，所述刷卡區(qū)域一側(cè)為光強檢測芯片。該種教室照明節(jié)能控制裝置，功能單一，不具備用電量數(shù)據(jù)分析處理功能，在實現(xiàn)辦公場所應用中，智能化程度不高。
如中國發(fā)明專利公開號“CN105068483A”名稱為“一種建筑智能節(jié)電控制系統(tǒng)”的專利包括單片機整體控制模塊、光強感知模塊、百葉窗控制模塊、PWM光強控制電路、液晶刷卡模塊，所述光強感知模塊實時檢測太陽光照室內(nèi)溫度，所述液晶刷卡模塊檢測建筑內(nèi)人員分布，且兩者將檢測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號發(fā)送給單片機整體控制模塊；所述單片機整體控制模塊接收并處理光強感知模塊和液晶刷卡模塊傳遞過來的電信號，再將其發(fā)送給百葉窗控制模塊和PWM光強控制電路；百葉窗控制模塊接收到單片機整體控制模塊發(fā)送的電信號后，控制電動百葉窗工作；PWM光強控制電路改變建筑內(nèi)燈光的強弱。該一種建筑智能節(jié)電控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、可控設備單一，智能化控制程度不強，被控設備指涉及室內(nèi)照明相關(guān)設備。
因此現(xiàn)有技術(shù)當中亟需要一種新型的技術(shù)方案來解決這一問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于RFID和Zigbee技術(shù)的智能節(jié)電終端用來解決辦公場所對同時具有節(jié)電及環(huán)境監(jiān)測兩大功能的設備的需求。
基于RFID和Zigbee技術(shù)的智能節(jié)電終端，包括外殼、MCU主控器、繼電器、AC-DC轉(zhuǎn)換器、串口、RFID讀卡模塊、Zigbee模塊、藍牙模塊、指示燈、聲音告警裝置、A/D數(shù)據(jù)采集器、LED顯示屏和傳感器組件，所述外殼的內(nèi)部固定安裝有MCU主控器、繼電器、AC-DC轉(zhuǎn)換器、RFID讀卡模塊、Zigbee模塊、藍牙模塊、聲音告警裝置、A/D數(shù)據(jù)采集器和傳感器組件，外殼的外壁上固定安裝有串口、指示燈和LED顯示屏；所述MCU主控器分別與繼電器、AC-DC轉(zhuǎn)換器、串口、RFID讀卡模塊、Zigbee模塊、藍牙模塊、指示燈、聲音告警裝置、A/D數(shù)據(jù)采集器、LED顯示屏以及傳感器組件連接，MCU主控器通過Zigbee模塊與PC端服務器管理平臺連接；所述串口與外接計算機串口連接；所述A/D數(shù)據(jù)采集器包括電壓采樣模塊和電流采樣模塊；所述傳感器組件包括溫度傳感器、濕度傳感器和空氣質(zhì)量傳感器；所述空氣質(zhì)量傳感器包括PM2.5傳感器和有害氣體傳感器。
所述RFID讀卡模塊的讀卡方式為非接觸主動式讀卡方式，RFID讀卡模塊用于讀取13.56MHz高頻卡，并將讀取的卡號通過USART發(fā)送到MCU主控器。
所述Zigbee模塊采用CC2530芯片，Zigbee模塊通過板載導線與MCU主控器連接并對數(shù)據(jù)傳輸進行加密。
所述藍牙模塊與智能手機無線連接，藍牙模塊用于發(fā)送用電量、刷卡記錄、溫濕度以及空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)信息，并提供實時數(shù)據(jù)信息查詢。
所述指示燈為紅色指示燈、藍色指示燈和黃色指示燈，其中紅色指示燈為電源指示燈，藍色指示燈為刷卡指示燈，黃色指示燈為供電開關(guān)指示燈。
通過上述設計方案，本發(fā)明可以帶來如下有益效果：
本發(fā)明采用Zigbee、藍牙通信技術(shù)和RFID射頻技術(shù)，實現(xiàn)了對監(jiān)控場所的網(wǎng)絡化監(jiān)控和智能化控制。MCU主控器、繼電器、AC-DC轉(zhuǎn)換器、串口、RFID讀卡模塊、Zigbee模塊、藍牙模塊、指示燈模塊、聲音告警裝置、A/D數(shù)據(jù)采集器、LED顯示屏以及傳感器組件均采用工業(yè)級元器件，穩(wěn)定性高，抗干擾能力強。用電量、刷卡記錄、溫濕度、空氣質(zhì)量等數(shù)據(jù)通過Zigbee網(wǎng)絡傳輸?shù)絇C端服務器管理平臺，傳輸協(xié)議采用Zigbee通信協(xié)議。本發(fā)明設計科學嚴謹、智能控制程度高、穩(wěn)定性好，設備安裝操作簡單，是一種可實現(xiàn)網(wǎng)絡化智能控制、實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)上傳并處理的基于RFID和Zigbee技術(shù)的智能節(jié)電終端。
本發(fā)明具有功能多元化、現(xiàn)場安裝操作簡單、智能化控制、Zigbee網(wǎng)絡化監(jiān)控、工作穩(wěn)定性強和低成本等優(yōu)點，應用于機房智能家居環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域及辦公領(lǐng)域，可以對辦公場所進行節(jié)電和環(huán)境監(jiān)測。目前由于辦公場所用電設備在閑置或無人時長時間運行及空氣質(zhì)量下降無法控制和查詢，而導致電力浪費和空氣質(zhì)量引起身體不適的情況發(fā)生，本發(fā)明確保了辦公場所用電設備閑置或無人使用時設備斷電，并且長時間對環(huán)境監(jiān)測，為發(fā)現(xiàn)空氣質(zhì)量下降和告警提供依據(jù)。
附圖說明
以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的說明：
圖1為本發(fā)明基于RFID和Zigbee技術(shù)的智能節(jié)電終端的結(jié)構(gòu)框圖。
圖中1-MCU主控器、2-繼電器、3-AC-DC轉(zhuǎn)換器、4-串口、5-RFID讀卡模塊、6-Zigbee模塊、7-藍牙模塊、8-指示燈、9-聲音告警裝置、10-A/D數(shù)據(jù)采集器、11-LED顯示屏、12-傳感器組件。
具體實施方式
如圖所示，基于RFID和Zigbee技術(shù)的智能節(jié)電終端，包括外殼、MCU主控器1、繼電器2、AC-DC轉(zhuǎn)換器3、串口4、RFID讀卡模塊5、Zigbee模塊6、藍牙模塊7、指示燈8、聲音告警裝置9、A/D數(shù)據(jù)采集器10、LED顯示屏11、傳感器組件12，所述外殼的內(nèi)部固定安裝有MCU主控器1、繼電器2、AC-DC轉(zhuǎn)換器3、RFID讀卡模塊5、Zigbee模塊6、藍牙模塊7、聲音告警裝置9、A/D數(shù)據(jù)采集器10和傳感器組件12，外殼的外壁上固定安裝有串口4、指示燈8和LED顯示屏11；所述MCU主控器1分別與繼電器2、AC-DC轉(zhuǎn)換器3、串口4、RFID讀卡模塊5、Zigbee模塊6、藍牙模塊7、指示燈8、聲音告警裝置9、A/D數(shù)據(jù)采集器10、LED顯示屏11以及傳感器組件12連接，MCU主控器1通過Zigbee模塊6與PC端服務器管理平臺連接；所述串口4與外接計算機串口連接；所述A/D數(shù)據(jù)采集器10包括電壓采樣模塊、電流采樣模塊、濾波電路以及基準電壓電路；所述傳感器組件12包括溫度傳感器、濕度傳感器和空氣質(zhì)量傳感器；所述空氣質(zhì)量傳感器包括PM2.5傳感器和有害氣體傳感器。
所述RFID讀卡模塊5的讀卡方式為非接觸主動式讀卡方式，RFID讀卡模塊5用于讀取13.56MHz高頻卡，并將讀取的卡號通過USART發(fā)送到MCU主控器1進行處理。
所述藍牙模塊7與智能手機無線連接，藍牙模塊7用于發(fā)送用電量、刷卡記錄、溫濕度以及空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)信息，并提供實時數(shù)據(jù)信息查詢。
所述指示燈8為紅色指示燈、藍色指示燈和黃色指示燈，其中紅色指示燈為電源指示燈，藍色指示燈為刷卡指示燈，黃色指示燈為供電開關(guān)指示燈。
所述MCU主控器1對各模塊進行初始化，并統(tǒng)一管理，對各模塊采集的數(shù)據(jù)進行接收分析處理。
所述繼電器2用于交流電開啟與關(guān)閉。
所述AC-DC轉(zhuǎn)換器3用于交流直流電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓處理，對設備終端進行供電。
所述串口4用于連接外接計算機進行程序燒錄及程序調(diào)試信息輸出。
所述RFID讀卡模塊5采用非接觸式主動式讀卡方式讀取13.56MHZ高頻卡卡號，并將讀取的卡號數(shù)據(jù)通過USART發(fā)送到MCU主控器1進行處理，判斷卡號是否授權(quán)。
所述的Zigbee模塊6為CC2530芯片，抗干擾能力強、測量準、精度高，通過板載導線與MCU主控器1接口連接，并對數(shù)據(jù)傳輸進行了加密處理，Zigbee模塊6以自組網(wǎng)方式，把電量信息數(shù)據(jù)上傳到PC端服務器，并接收服務器下發(fā)指令給MCU主控器1分析處理。
所述傳感器組件12包括三種傳感器分別為溫度傳感器、濕度傳感器、空氣質(zhì)量傳感器，傳感器采集值通過A/D數(shù)據(jù)采集器10發(fā)送給MCU主控器1進行分析處理，傳感器元器件精度高、穩(wěn)定性強。
所述空氣質(zhì)量傳感器進一步包括PM2.5和有害氣體傳感器，并將兩種元器件整合到一個模塊中，此小型化、集成化設計，有效的節(jié)省空間和成本。
指示燈8分為紅色、藍色和黃色，紅色為電源指示燈，藍色為刷卡指示燈，黃色為繼電器供電開關(guān)指示燈，
所述聲音告警裝置9用于刷卡、倒計時斷電及環(huán)境參數(shù)預警時發(fā)出的聲音告警。
所述A/D數(shù)據(jù)采集器10用于采集當前負載運行的電流電壓值，經(jīng)MCU主控器1處理后，在LED顯示屏11上顯示相關(guān)數(shù)據(jù)信息以及上傳到PC端服務器，A/D數(shù)據(jù)采集器10進一步包括電壓采樣模塊、電流采樣模塊、濾波電路、基準電壓電路。
所述的藍牙模塊7，兼容4.0及以下版本，與智能手機無線連接，并發(fā)送用電量、刷卡記錄、溫濕度、空氣質(zhì)量等數(shù)據(jù)信息，此功能模塊可提供實時數(shù)據(jù)信息查詢。
MCU主控器1采用STC89C52微處理器，Zigbee模塊6采用CC2530微處理器，藍牙芯片采用nRF8001芯片，溫濕度傳感器采用DHT90芯片，空氣質(zhì)量傳感器采用TGS2602FIGARO空氣質(zhì)量傳感器，讀卡模塊采用高度集成讀寫卡芯片MFRC522為射頻基站，精度高、抗干擾能力強，所有芯片采用工業(yè)級芯片，工作性能穩(wěn)定。
本發(fā)明基于RFID和Zigbee技術(shù)的智能節(jié)電終端采用Zigbee及藍牙網(wǎng)絡通訊技術(shù)進行數(shù)據(jù)信息傳輸，采用Zigbee自組網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)信息傳輸，實現(xiàn)固定ID地址向目標ID地址進行數(shù)據(jù)傳輸，直接將用電量、刷卡記錄、溫濕度、空氣質(zhì)量等數(shù)據(jù)信息發(fā)送到目標服務器。
本發(fā)明的工作過程如下：設備上電，MCU主控器1對各模塊進行初始化，Zigbee模塊6自動組網(wǎng)并進行加密設置，設備終端在燒錄程序時，EEPROM寫入一張高頻卡卡號，授權(quán)為管理員卡號，當持管理員卡刷卡時，聲音告警裝置9發(fā)出三聲短促的聲音提示，并在五秒內(nèi)刷入另一張高頻卡，此卡卡號將寫入EEPROM里，將此卡授權(quán)為用戶使用卡，成功授權(quán)后，聲音告警裝置9發(fā)出兩聲短促的聲音提示，此時MCU主控器1觸發(fā)繼電器動作，被控設備供電，當節(jié)電設備終端檢測不到授權(quán)卡，被控設備30分鐘后自動斷電。
本具體實施方式中，當檢測到授權(quán)卡，繼電器2閉合被控設備供電，用電量、刷卡記錄、溫濕度、空氣質(zhì)量等數(shù)據(jù)信息在LED顯示屏11顯示，并通過Zigbee網(wǎng)絡上傳到PC端服務器軟件管理平臺，由軟件平臺對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析處理，同時軟件管理平臺可下發(fā)指令給節(jié)電設備終端。
其中高頻卡授權(quán)方式有兩種，一種為PC服務器軟件管理平臺授權(quán)模式，另一種為管理員卡授權(quán)模式；PC服務器軟件管理平臺授權(quán)模式必須在Zigbee模塊6組網(wǎng)成功后授權(quán)。
其中Zigbee模塊6的配置參數(shù)需要設置，通過模塊自身串口與PC機串口相連進行設置，設置參數(shù)包括：Zigbee網(wǎng)關(guān)、模塊ID地址、自組網(wǎng)絡名稱、傳輸模式、數(shù)據(jù)幀格式及波特率。
本發(fā)明的數(shù)據(jù)信息查看有兩種方式，一種為智能手機APP查看方式；一種為PC端服務器查看方式。智能手機APP查看方式即智能節(jié)電設備終端藍牙模塊7連接手機，并將實時用電量、刷卡記錄、溫濕度、空氣質(zhì)量等數(shù)據(jù)信息發(fā)送給手機，在APP里顯示數(shù)據(jù)信息，藍牙模塊7支持4.0及以下版本，手機APP為只讀模式。
本發(fā)明基于RFID和Zigbee技術(shù)的智能節(jié)電終端可實現(xiàn)如下功能：高頻13.56MHz授權(quán)卡檢測，為授權(quán)卡時，繼電器2閉合被控設備供電，反之斷電；當授權(quán)卡離開讀卡范圍時，節(jié)電設備終端計時半小時后斷電，計時時間可設；在設備授權(quán)供電時，電量信息每隔一定時間上傳一次，時間可設；溫濕度、空氣質(zhì)量實時進行監(jiān)測并上傳，某項參數(shù)值達到預警值時，節(jié)電終端設備會發(fā)出聲音報警；傳統(tǒng)的節(jié)電設備終端功能單一、智能控制化程度不強，并沒有服務器軟件管理平臺進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析；本智能節(jié)電設備終端，功能多元化、穩(wěn)定性強、智成化控制成度高、成本低、操作安裝簡單，并有服務器軟件管理平臺進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和手機APP實時數(shù)據(jù)信息監(jiān)測，在實際辦公場所應用中，可以在很大程度上減低用電費用，提高節(jié)約用電效率。
本發(fā)明基于RFID和Zigbee技術(shù)的智能節(jié)電終端實現(xiàn)了其功能多元化、控制智能化、安裝操作簡單化，特別是融合了智能節(jié)電和環(huán)境監(jiān)控功能，可向目標服務器發(fā)送監(jiān)測信息，也可與智能手機連接，實時查看相關(guān)參數(shù)信息，在實際辦公場所應用中，可按區(qū)域或個人進行聯(lián)網(wǎng)控制，用電量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。
本發(fā)明應用于教室節(jié)電終端時，利用RFID射頻識別模塊統(tǒng)計教室人數(shù)，高精度的光強測量集成芯片TSL230對教室光照度進行檢測，若教室光線充足，學生無論是否刷卡，照明燈均不打開；若是光線比較暗的白天或是晚自習，學生通過隨身攜帶的校園卡刷卡取電，控制器根據(jù)統(tǒng)計到的刷卡人數(shù)確定教室亮燈個數(shù)。結(jié)構(gòu)簡單、實用性強、達到了按需供電的目的，為高校節(jié)約了電能，利于在高校推廣應用。
本發(fā)明還可以連接光強傳感器，并結(jié)合智能電動百葉窗、液晶刷卡選座子系統(tǒng)等設備，節(jié)電效果明顯。
本發(fā)明智能化控制程度高，適用范圍較大，如電腦、室內(nèi)照明、辦公設備等均可控，而且在環(huán)境監(jiān)控上有很好的應用，通過對辦公場所環(huán)境的監(jiān)測，來告知開啟空氣凈化設備或排風等相關(guān)設備。