一種用校園一卡通進行電能計費的插座系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用校園一卡通進行電能計費的插座系統(tǒng)，包括一組插座、電子開關、數(shù)據(jù)采集模塊、計費管理模塊和校園一卡通管理模塊，每個插座通過電子開關接入220v輸入電源，數(shù)據(jù)采集模塊包括微控制單元、電流取樣單元、電壓取樣單元、電能計量單元、射頻卡感應單元和RFID讀寫模塊，電流取樣單元和電壓取樣單元接入220v輸入電源進行取樣后分別將所取到的電流數(shù)據(jù)和電壓數(shù)據(jù)傳送到電能計量單元，電能計量單元傳輸給微控制單元，射頻卡感應單元通過RFID讀寫模塊與微控制單元連接，微控制單元與電子開關和計費管理模塊連接，計費管理模塊與校園一卡通管理模塊連接。本發(fā)明通過用電需使用校園一卡通進行身份識別和計費，實時屏蔽大功率違章電器的取電接口，為實現(xiàn)節(jié)約用電提供技術條件。
【專利說明】
一種用校園一卡通進行電能計費的插座系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及電能測量和控制技術領域，具體說是一種基于射頻卡身份識別的電能計費插座系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]“智慧低碳城市”能對包括政務、民生、能源環(huán)境及公共安全等在內的各種需求做出智能化響應及決策支持，它是一種新型的城市發(fā)展模式，也是未來城市發(fā)展的必然趨勢。在倡導智慧低碳城市的健康發(fā)展理念的新時期下，各地都在聚焦智慧低碳城市整體規(guī)劃設
i+o
[0003]高校單位作為用電量大的單位，如何進行合理匹配用電負荷，引導全?？茖W節(jié)能用電，倡導智慧低碳發(fā)展是一項重要的研究課題。校園環(huán)境中，宿舍、食堂、教室、圖書館、活動中心等所有公共場所，遍布的取電插座為師生的電腦、手機、風扇的能量補給提供了便利，免費的取電方式造成了師生的節(jié)能意識淡薄，開窗開空調、無人留燈、取暖、開風扇現(xiàn)象無法避免，造成了能源的極大浪費，與低碳校園的發(fā)展背道而馳。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種用校園一卡通進行電能計費的插座系統(tǒng)。融入現(xiàn)代電子的傳感檢測、控制和數(shù)據(jù)分析等技術，在微處理器控制下，準確、有序地自動進行授權取電、電量統(tǒng)計分析、金額計費等功能。實現(xiàn)全校內所有取電接口的用電身份識別及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
一種用校園一卡通進行電能計費的插座系統(tǒng)，包括一組插座、電子開關、數(shù)據(jù)采集模塊、計費管理模塊和校園一卡通管理模塊，每個所述插座通過所述電子開關接入220v輸入電源，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括微控制單元、電流取樣單元、電壓取樣單元、電能計量單元、射頻卡感應單元和RFID讀寫模塊，所述電流取樣單元和電壓取樣單元接入220v輸入電源進行取樣后分別將所取到的電流數(shù)據(jù)和電壓數(shù)據(jù)傳送到所述電能計量單元，電能計量單元傳輸給所述微控制單元，所述射頻卡感應單元通過所述RFID讀寫模塊與所述微控制單元連接，所述微控制單元與所述電子開關和所述計費管理模塊連接，所述計費管理模塊與所述校園—^通管理模塊連接。
[0006]本發(fā)明進一步的設計方案中，上述電流取樣單元選用羅氏線圈，所述電壓取樣單元采用變壓器，所述電能計量單元采用ADE7753芯片，所述電子開關選用MOSFET繼電器，所述RFID讀寫模塊采用基站芯片U2270B。
[0007]本發(fā)明進一步的設計方案中，上述微控制單元采用STM32F103系列芯片。
[0008]本發(fā)明進一步的設計方案中，上述計費管理模塊包括主微控制單元、實時時鐘單元和以太網驅動單元，所述實時時鐘單元和以太網驅動單元分別與所述主微控制單元連接，所述主微控制單元通過所述以太網驅動單元與所述校園一卡通管理模塊連接，所述實時時鐘單元選用DS1302芯片，用于給所述主微控制單元提供實時時間。
[0009]本發(fā)明進一步的設計方案中，上述主微控制單元采用STM32F103系列芯片。
[0010]本發(fā)明進一步的設計方案中，上述太網驅動單元采用W5100型號以太網驅動芯片。
[0011]本發(fā)明進一步的設計方案中，上述數(shù)據(jù)采集模塊還包括LCD顯示屏，所述LCD顯示屏與所述微控制單元連接。
[0012]本發(fā)明進一步的設計方案中，上述數(shù)據(jù)采集模塊還包括ZigBee路由器，所述ZigBee路由器與所述微控制單元連接，所述計費管理模塊還包括ZigBee協(xié)調器，所述ZigBee協(xié)調器與所述主微控制單元連接，所述數(shù)據(jù)采集模塊與所述計費管理模塊通過所述ZigBee路由器及ZigBee協(xié)調器進行無線連接。這樣每個插座成為一個插座子節(jié)點，與作為主節(jié)點的數(shù)據(jù)采集模塊進行無線通信。
[0013]本發(fā)明進一步的設計方案中，上述ZigBee路由器采用CC2420芯片及2.4GHz射頻天線。
[0014]本發(fā)明具有以下突出的有益效果:
本發(fā)明中插座子節(jié)點裝有一卡通讀卡裝置，并通過Zigbee與計費管理模塊進行用戶身份甄別、扣費等信息交換;插座子節(jié)點具有電流采樣和電壓采樣功能，根據(jù)采集的電壓、電流信息，利用專用芯片獲取電能、功率因素等數(shù)據(jù)。多個插座子節(jié)點和主節(jié)點通過Zigbee進行無線通信。主節(jié)點具有實時時鐘模塊，為系統(tǒng)數(shù)據(jù)提供時鐘標簽。主節(jié)點與上位機一卡通計費管理系統(tǒng)軟件通過以太網進行通訊，可以從上位機數(shù)據(jù)庫中實時獲取用戶信息，還可將子節(jié)點用電信息實時上傳給上位機計費系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫。
[0015]通過本發(fā)明，學校的師生用電需使用校園一卡通進行身份識別和計費，實時屏蔽大功率違章電器的取電接口，為實現(xiàn)節(jié)約用電提供技術條件。實現(xiàn)智慧低碳化的校園用電新模式。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)組網不意圖；
圖2為本發(fā)明中插座子節(jié)點的系統(tǒng)連接框圖。
[0017]圖中，101-220v輸入電源，102-電流取樣單元，103-電壓取樣單元，104-電能計量單元，105-電子開關，106-微控制單元MCU，107-輸出插座，108-LCD顯示模塊，109-射頻卡感應單元，110-RFID讀寫模塊，111-Zigbee路由器，21-Zigbee協(xié)調器，22-主微控制單元，23-以太網驅動單元，24-實時時鐘單元，31-校園一卡通管理模塊，32-數(shù)據(jù)庫。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明:
參見圖1、圖2，一種用校園一卡通進行電能計費的插座系統(tǒng)，包括一組插座107，其特征在于，還包括電子開關105、數(shù)據(jù)采集模塊、計費管理模塊和校園一卡通管理模塊31，每個所述插座107通過所述電子開關105接入220v輸入電源101，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括微控制單元106、電流取樣單元102、電壓取樣單元103、電能計量單元104、射頻卡感應單元109、LCD顯示屏和RFID讀寫模塊110，所述電流取樣單元102和電壓取樣單元103接入220v輸入電源101進行取樣后分別將所取到的電流數(shù)據(jù)和電壓數(shù)據(jù)傳送到所述電能計量單元104，電能計量單元104傳輸給所述微控制單元106，LCD顯示屏與所述微控制單元106連接;所述射頻卡感應單元109通過所述RFID讀寫模塊110與所述微控制單元106連接，所述微控制單元106與所述電子開關105和所述計費管理模塊連接，所述數(shù)據(jù)采集模塊還包括Zigbee路由器111，所述Zigbee路由器111與所述微控制單元106連接，所述計費管理模塊還包括Zigbee協(xié)調器21，所述Zigbee協(xié)調器21與所述主微控制單元22連接，所述數(shù)據(jù)采集模塊與所述計費管理模塊通過所述Zigbee路由器111及Zigbee協(xié)調器21進行無線連接，Zigbee路由器111采用CC2420芯片及2.4GHz射頻天線。其中，微控制單元106采用STM32F103系列芯片，所述電流取樣單元102選用羅氏線圈，所述電壓取樣單元103采用變壓器，所述電能計量單元104采用ADE7753芯片，所述電子開關105選用金屬氧化物半導體場效應晶體管，所述RFID讀寫模塊110采用基站芯片U2270B。
[0019]所述計費管理模塊包括主微控制單元22、實時時鐘單元24和以太網驅動單元23，所述實時時鐘單元24和以太網驅動單元23分別與所述主微控制單元22連接，所述主微控制單元22通過所述以太網驅動單元23與所述校園一卡通管理模塊31連接，所述實時時鐘單元24選用DS1302芯片，用于給所述主微控制單元22提供實時時間。其中，主微控制單元22采用STM32F103系列芯片;太網驅動單元采用W5100型號以太網驅動芯片。
[0020]圖1是本發(fā)明的組網系統(tǒng)結構，包括區(qū)域網內所有帶Zigbee路由器111的電能計量插座107和具有Zigbee協(xié)調器21的主節(jié)點、具有數(shù)據(jù)庫32的校園卡計費管理系統(tǒng)軟件。各子節(jié)點讀取的校園卡識別、卡戶余額、扣費單價等受控于上位機系統(tǒng)軟件，之間的信息傳輸中介是具有Zigbee協(xié)調器21的主節(jié)點。
[0021]圖2是插座107子節(jié)點系統(tǒng)連接框圖。交流220V插座107的內置電流取樣端口將電流信號送入電流取樣單元102，內置電壓采樣端口將電壓信號送入電壓取樣單元103;電能計量單元104根據(jù)電流取樣和電壓取樣信號經過數(shù)據(jù)處理實時得到有功功率、無功功率、功率因素、電壓有效值、電流有效值等數(shù)據(jù)。微控制單元106通過RFID讀寫模塊110對放入射頻卡感應區(qū)的射頻卡進行身份識別、用電授權、電費扣款等讀寫操作。當用戶射頻卡授權成功后，微控制單元106打開電子單元開關，使得輸出插座107可以從220V交流插座107的內部端口取電。系統(tǒng)工作過程中，LCD顯示模塊108實時顯示用戶身份信息、用電量信息、卡內余額、預期用電剩余時間、子節(jié)點插座107累計用電量等。Zigbee路由器111和Zigbee協(xié)調器21主節(jié)點實時通訊，完成用戶信息上傳，廣播接收等功能。
[0022]以上是本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明技術方案所作的改變，所產生的功能作用未超出本發(fā)明技術方案的范圍時，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種用校園一卡通進行電能計費的插座系統(tǒng)，包括一組插座(107)，其特征在于，還包括電子開關(105)、數(shù)據(jù)采集模塊、計費管理模塊和校園一卡通管理模塊(31)，每個所述插座(107)通過所述電子開關(105)接入220v輸入電源(101 )，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括微控制單元(106)、電流取樣單元(102)、電壓取樣單元(103)、電能計量單元(104)、射頻卡感應單元(109)和RFID讀寫模塊(110)，所述電流取樣單元(102)和電壓取樣單元(103)接入220v輸入電源(101)進行取樣后分別將所取到的電流數(shù)據(jù)和電壓數(shù)據(jù)傳送到所述電能計量單元(104)，電能計量單元(104)傳輸給所述微控制單元(106)，所述射頻卡感應單元(109)通過所述RFID讀寫模塊(I 10)與所述微控制單元(106)連接，所述微控制單元(106)與所述電子開關(105)和所述計費管理模塊連接，所述計費管理模塊與所述校園一卡通管理模塊(31)連接。2.根據(jù)權利要求1所述的用校園一卡通進行電能計費的插座系統(tǒng)，其特征在于，所述電流取樣單元(102)選用羅氏線圈，所述電壓取樣單元(103)采用變壓器，所述電能計量單元(104)采用ADE7753芯片，所述電子開關(105)選用金屬氧化物半導體場效應晶體管或繼電器，所述RFID讀寫模塊(110)采用基站芯片U2270B。3.根據(jù)權利要求1所述的用校園一卡通進行電能計費的插座系統(tǒng)，其特征在于，所述微控制單元(106)采用STM32F103系列芯片。4.根據(jù)權利要求1所述的用校園一卡通進行電能計費的插座系統(tǒng)，其特征在于，所述計費管理模塊包括主微控制單元(22)、實時時鐘單元(24)和以太網驅動單元(23)，所述實時時鐘單元(24)和以太網驅動單元(23)分別與所述主微控制單元(22)連接，所述主微控制單元(22)通過所述以太網驅動單元(23)與所述校園一卡通管理模塊(31)連接，所述實時時鐘單元(24)選用DS1302芯片，用于給所述主微控制單元(22)提供實時時間。5.根據(jù)權利要求4所述的用校園一卡通進行電能計費的插座系統(tǒng)，其特征在于，所述主微控制單元(22)采用STM32F103系列芯片。6.根據(jù)權利要求4所述的用校園一卡通進行電能計費的插座系統(tǒng)，其特征在于，所述太網驅動單元采用W5100型號以太網驅動芯片。7.根據(jù)權利要求1-6任一所述的用校園一卡通進行電能計費的插座系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊還包括IXD顯示屏，所述IXD顯示屏與所述微控制單元(106)連接。8.根據(jù)權利要求1-6任一所述的用校園一卡通進行電能計費的插座系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊還包括Zigbee路由器(111)，所述Zigbee路由器(111)與所述微控制單元(106)連接，所述計費管理模塊還包括Zigbee協(xié)調器(21)，所述Zigbee協(xié)調器(21)與所述主微控制單元(22)連接，所述數(shù)據(jù)采集模塊與所述計費管理模塊通過所述Zigbee路由器(111)及Zigbee協(xié)調器(21)進行無線連接。9.根據(jù)權利要求8所述的用校園一卡通進行電能計費的插座系統(tǒng)，其特征在于，所述Zigbee路由器(111)采用CC2420芯片及2.4GHz射頻天線。
【文檔編號】G07F15/00GK106097584SQ201610380878
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】張曉陽, 丁龍剛, 江國棟
【申請人】南京工業(yè)職業(yè)技術學院