交互式智能電能管理系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】交互式智能電能管理系統(tǒng)
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明專利涉及交互式智能電能管理系統(tǒng)，屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]目前市場上已經(jīng)有一些智能插座，很多是針對插座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，也有針對一些特定功能進(jìn)行開發(fā)的，其實(shí)插座本身可以提供很多數(shù)據(jù)用來分析，依靠大數(shù)據(jù)分析出的結(jié)果可以有針對行的對用電設(shè)備進(jìn)行管控。例如智能WiFi插座，可以通過WiFi實(shí)現(xiàn)控制插座開關(guān)。而本發(fā)明不僅可以通過WiFi實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互來控制插座，插座本身是經(jīng)由ZigBee組網(wǎng)，組網(wǎng)后再通過無線WiFi方式將數(shù)據(jù)傳送到后臺(tái)服務(wù)器，后臺(tái)服務(wù)器可以對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]該系統(tǒng)的構(gòu)成分為三個(gè)部分:線上服務(wù)器、智能用電控制器和線下的智能電源插座，結(jié)構(gòu)上三者分別為上中下關(guān)系:線下電源插座直接供使用者使用，位于結(jié)構(gòu)的下端；智能用電控制器位于中間段，用來接收和轉(zhuǎn)發(fā)來自線上服務(wù)器和線下智能插座的各種數(shù)據(jù)；線上服務(wù)器既有顯示功能，顯示相關(guān)數(shù)據(jù)信息，也有存儲(chǔ)處理數(shù)據(jù)的功能。
[0005]如圖5所示電源插座的模型和普通插座類似，除了普通的插口外多了感應(yīng)區(qū)域，在插座感應(yīng)區(qū)域內(nèi)安裝上RFID模塊，在控制電路部分安裝上控制電路板。RFID模塊通過220V轉(zhuǎn)5V電源模塊得到直流5V電壓為單片機(jī)進(jìn)行供電。單片機(jī)包含有兩個(gè)通信串口，感應(yīng)區(qū)域放置RFID模塊串接在單片機(jī)的一個(gè)通信串口上，刷卡時(shí)RFID的數(shù)據(jù)會(huì)和存在EEPROM內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，數(shù)據(jù)正確插座便會(huì)開并會(huì)發(fā)出開指示命令到后臺(tái)。電流互感線圈和電壓互感線圈接在插座總線上，兩種線圈的變比例都為2000:1，通過ad采樣獲取電流互感線圈的電流值和電壓互感線圈的電壓值，電流值和電壓值可以根據(jù)線圈變比換算成對應(yīng)插座上實(shí)際的電流和電壓值。單片機(jī)通過1 口輸出高低電平通過三極管控制繼電器的開合實(shí)現(xiàn)控制插座的開和關(guān)，需要說明的是單片機(jī)是不能直接控制220V電路的開和關(guān)，且一般單片機(jī)不足以直接驅(qū)動(dòng)繼電器需要三極管來增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。ZigBee選擇的是cc2530為核心的串口透傳模塊，串接在單片機(jī)的另一個(gè)串口上，配置成路由節(jié)點(diǎn)，將數(shù)據(jù)傳到協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)上。
[0006]協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)也需要有單片機(jī)來簡單處理收發(fā)的數(shù)據(jù)，單片機(jī)同樣需要有兩個(gè)同學(xué)串口。協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)可以直接外接5V供電，在單片機(jī)最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，一個(gè)串口連接ZigBee協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)，另一個(gè)接口連接WiFi模塊。向上，ZigBee接收路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后由WiFi模塊傳送到后臺(tái)服務(wù)器；向下，WiFi模塊接收服務(wù)器的指令，數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)處理后由Z i gB e e協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)控制相應(yīng)路由節(jié)點(diǎn)。
[0007]線下的智能插座:智能插座是以單片機(jī)為核心，微處理器通過霍爾元件采集用電設(shè)備的電流信息再由通信模塊發(fā)出，識別模塊是用來識別使用者身份，身份識別通過便可以正常使用，通信模塊接收到相關(guān)命令后可以對用電設(shè)備進(jìn)行管控。
[0008]智能插座以單片機(jī)為核心，單片機(jī)通過ad口采樣采集霍爾元件的電流、電壓值；RFID串口模塊交叉接在單片機(jī)串行通信口上即tx(發(fā)送數(shù)據(jù))、rx(接收數(shù)據(jù))上，當(dāng)刷IC卡時(shí)可以將IC卡數(shù)據(jù)直接傳給單片機(jī)，單片機(jī)識別IC卡數(shù)據(jù)進(jìn)而判別身份；智能插座上的ZigBee模塊也是串口模式的，可以直接接單片機(jī)的另一組串行通信口上，接法和RFID模塊一樣，ZigBee可以根據(jù)需求配置成終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)；單片機(jī)最終將采集到的電流、電源數(shù)據(jù)以一定的格式經(jīng)由ZigBee傳輸，也可以根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的回應(yīng)。
[0009]智能用電控制器:智能用電控制器是通信模塊和無線模塊組成，通信模塊將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)由無線模塊發(fā)往后臺(tái)，同時(shí)后臺(tái)的命令通過無線模塊經(jīng)由通信模塊控制各個(gè)智能插座。智能用電控制器是裝在用戶端空氣開關(guān)內(nèi)的智能控制模塊，該模塊能感知用電插座的ID串號，同時(shí)接受線上的控制命令，用來控制用戶端的供電與否。
[0010]智能用電控制器也是以單片機(jī)為核心，通信模塊即為ZigBee，以串行通信方式接到單片機(jī)上;無線通信模塊這里指WiFi模塊，WiFi串口模塊與單片機(jī)的連接方式和ZigBee一樣，WiFi模塊要單獨(dú)配置，配置好的WiFi模塊可以通過局域網(wǎng)或公網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳到后臺(tái)服務(wù)器，同樣數(shù)據(jù)是雙向的。
[0011]線上服務(wù)器:包括數(shù)據(jù)庫和相應(yīng)的web頁面，配合智能用電控制器，一方面處理接收到的數(shù)據(jù)，另一方面管控線下智能插座節(jié)點(diǎn)。
[0012]后臺(tái)服務(wù)器是通過socket通信接收WiFi傳過來的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫，在存放數(shù)據(jù)之前要在數(shù)據(jù)庫建表，然后根據(jù)所建表將數(shù)據(jù)投放進(jìn)去;web頁面提取數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)并顯示，同時(shí)web也關(guān)聯(lián)socket通信將一些控制命令發(fā)出去，控制線下插座節(jié)點(diǎn)。
[0013]有益效果
本發(fā)明技術(shù)方案通過用電對象的電流、電壓數(shù)據(jù)的采集分析和用電人員在崗情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)用電安全管控的目標(biāo);通過后臺(tái)服務(wù)器針對不同的用電設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的用電權(quán)限實(shí)現(xiàn)線上管控的目標(biāo);利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)個(gè)性化的管理每一個(gè)線上的用電插座，達(dá)到一種全新的用電管控系統(tǒng)。針對特定的儀器設(shè)備，對其電流數(shù)據(jù)的采集與分析可以給出設(shè)備的一般用電情況曲線，通過該用電曲線再對設(shè)備進(jìn)行細(xì)化管控，可以在節(jié)能與安全方面做出貢獻(xiàn)。
【附圖說明】
[0014]圖1為智能插座框圖。
[0015]圖2為智能用電控制器框圖。
[0016]圖3為系統(tǒng)框圖。
[0017]圖4為控制電路圖。
[0018]圖5為插座結(jié)構(gòu)圖。
[0019]
【具體實(shí)施方式】:
如圖3所示該系統(tǒng)分為三層，分別是線上服務(wù)器、用電控制器和底層插座節(jié)點(diǎn)。如圖5所示電源插座的模型和普通插座類似，除了普通的插口外多了感應(yīng)區(qū)域，在插座感應(yīng)區(qū)域內(nèi)安裝上RFID模塊，在控制電路部分安裝上控制電路板。如圖1所示智能插座是以單片機(jī)為核心，微處理器通過霍爾元件采集用電設(shè)備的電流信息再由通信模塊發(fā)出，識別模塊是用來識別使用者身份，身份識別通過便可以正常使用，通信模塊接收到相關(guān)命令后可以對用電設(shè)備進(jìn)行管控。如圖4所示，RFID模塊和單片機(jī)的一個(gè)串口交叉相連，刷卡所得數(shù)據(jù)會(huì)和存在單片機(jī)EEPROM內(nèi)數(shù)據(jù)比對，數(shù)據(jù)正確則驗(yàn)證通過，使用者可以使用插座，否則不能使用，EEPROM內(nèi)數(shù)據(jù)可以通過后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行修改。ZigBee模塊交叉連接單片機(jī)的另一組通信串口；單片機(jī)的1 口經(jīng)過三極管驅(qū)動(dòng)電路控制繼電器實(shí)現(xiàn)控制插座的開關(guān);單片機(jī)的兩個(gè)ad采樣口分別采樣電流互感線圈和電壓互感線圈的值，經(jīng)過換算后通過ZigBee傳出。底層插座節(jié)點(diǎn)根據(jù)需求需要配置ZigBee節(jié)點(diǎn)地址，ZigBee地址即對應(yīng)插座本身ID，同時(shí)關(guān)聯(lián)著使用者身份信息；接著在服務(wù)器上登陸注冊使用者身份信息，然后將使用者身份信息經(jīng)用電控制器導(dǎo)入至底層插座，這樣就完成了相關(guān)的信息配置。如圖2所示通信模塊將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)由無線模塊發(fā)往后臺(tái)，同時(shí)后臺(tái)的命令通過無線模塊經(jīng)由通信模塊控制各個(gè)智能插座。用電控制器起著中轉(zhuǎn)的功能，但是必須嚴(yán)格按照底層和服務(wù)器端數(shù)據(jù)通信的規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。線上服務(wù)器一方面存儲(chǔ)接收的相關(guān)數(shù)據(jù)并顯示，另一方面根據(jù)具體需求配置控制管理功能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.交互式智能電能管理系統(tǒng)，包括:線上服務(wù)器、智能用電控制器和線下的智能電源插座，線下電源插座直接供使用者使用，位于結(jié)構(gòu)的下端；智能用電控制器位于中間段，用來接收和轉(zhuǎn)發(fā)來自線上服務(wù)器和線下智能插座的各種數(shù)據(jù);線上服務(wù)器既有顯示功能，顯示相關(guān)數(shù)據(jù)信息，也有存儲(chǔ)處理數(shù)據(jù)的功能； 所述線下的智能插座包括單片機(jī)、微處理器、霍爾元件和通信模塊，其中單片機(jī)為核心，微處理器通過霍爾元件采集用電設(shè)備的電流信息，再由通信模塊發(fā)出，識別模塊是用來識別使用者身份，身份識別通過便可以正常使用，通信模塊接收到相關(guān)命令后可以對用電設(shè)備進(jìn)行管控； 所述智能用電控制器由通信模塊和無線模塊組成，通信模塊將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)由無線模塊發(fā)往后臺(tái)，同時(shí)后臺(tái)的命令通過無線模塊經(jīng)由通信模塊控制各個(gè)智能插座；智能用電控制器是裝在用戶端空氣開關(guān)內(nèi)的智能控制模塊，該模塊能感知用電插座的ID串號，同時(shí)接受線上的控制命令，用來控制用戶端的供電與否； 所述線上服務(wù)器包括數(shù)據(jù)庫和相應(yīng)的web頁面，配合智能用電控制器，一方面處理接收到的數(shù)據(jù)，另一方面管控線下智能插座節(jié)點(diǎn)； 線上服務(wù)器是通過socket通信接收WiFi傳過來的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫，在存放數(shù)據(jù)之前要在數(shù)據(jù)庫建表，然后根據(jù)所建表將數(shù)據(jù)投放進(jìn)去;web頁面提取數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)并顯示，同時(shí)web也關(guān)聯(lián)socket通信將一些控制命令發(fā)出去，控制線下智能電源插座節(jié)點(diǎn)。2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述線下的智能插座為普通的插口外多了感應(yīng)區(qū)域，通過220V轉(zhuǎn)5V電源模塊得到直流5V電壓為單片機(jī)進(jìn)行供電；單片機(jī)包含有兩個(gè)通信串口，感應(yīng)區(qū)域放置RFID模塊串接在單片機(jī)的一個(gè)通信串口上，刷卡時(shí)RFID的數(shù)據(jù)會(huì)和存在EEPROM內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，數(shù)據(jù)正確插座便會(huì)開并會(huì)發(fā)出開指示命令到后臺(tái)。3.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述線下的智能插座總線上接有電流互感線圈和電壓互感線圈，兩種線圈的變比例都為2000:1，通過ad采樣獲取電流互感線圈的電流值和電壓互感線圈的電壓值，電流值和電壓值可以根據(jù)線圈變比換算成對應(yīng)插座上實(shí)際的電流和電壓值;單片機(jī)通過1 口輸出高低電平通過三極管控制繼電器的開合實(shí)現(xiàn)控制插座的開和關(guān);ZigBee選擇cc2530為核心的串口透傳模塊，串接在單片機(jī)的另一個(gè)串口上，配置成路由節(jié)點(diǎn)，將數(shù)據(jù)傳到協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)上。4.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述線下的智能插座，單片機(jī)需要有兩個(gè)通信串口，在單片機(jī)最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，一個(gè)串口連接ZigBee協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)，另一個(gè)接口連接WiFi模塊，協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)可以直接外接5V供電；向上，ZigBee接收路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后由WiFi模塊傳送到后臺(tái)服務(wù)器；向下，WiFi模塊接收服務(wù)器的指令，數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)處理后由Z i gB e e協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)控制相應(yīng)路由節(jié)點(diǎn)。
【專利摘要】本發(fā)明為交互式智能電能管理系統(tǒng)，主要針對辦公室工作位的用電以及對一些儀器設(shè)備的用電進(jìn)行在線管理。其主要構(gòu)成原理分為三個(gè)部分：線上服務(wù)器、智能用電控制器和線下的智能電源插座。其中智能用電控制器是裝在用戶端空氣開關(guān)內(nèi)的智能控制模塊，該模塊能感知用電插座的ID串號，同時(shí)接受線上的控制命令，用來控制用戶端的供電與否。通過用電對象的電流、電壓數(shù)據(jù)的分析和用電人員在崗情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)用電安全管控的目標(biāo)；通過后臺(tái)服務(wù)器針對不同的用電設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的用電權(quán)限實(shí)現(xiàn)線上管控的目標(biāo)；利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)個(gè)性化的管理每一個(gè)線上的用電插座，達(dá)到一種全新的用電管控系統(tǒng)。
【IPC分類】H04W84/12, H01R13/66, H04L29/08, H01R13/703
【公開號】CN105577823
【申請?zhí)枴緾N201610057817
【發(fā)明人】曹自平, 馬炎軍, 李誠元, 朱洪波
【申請人】南京郵電大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年1月28日