CN104298184A - 基于物联网的智慧电器管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明是基于物联网的智慧电器管理系统，用于商业、办公与厂房的灯光、空调及其他电器设备的用电管理。系统包括云平台与各个功能网络，每个功能网络都包含通讯模块，它们与网关通讯，形成完整的局域网。其中，功率监测网络负责监测插座回路的功率变化，大办公区网络与会议室网络负责区域用电管理。系统运行中，传感器跟踪电脑能耗变化判断工作状态，计量人员出入判断使用状态，数据通过局域网上传给云平台，云平台的控制指令通过局域网下传控制器，实现自动化的能源管理。本发明实现了低成本传感器网络的实时监测，实现了云平台对用电设备的优化管理，是理想的电器节能系统。

Description

基于物联网的智慧电器管理系统

(一)技术领域

本发明是基于物联网的智慧电器管理系统，用于商业、办公与厂房的灯光、空调及其他电器设备的用电管理，系统由传感器与控制器构成，它们均带有通讯模块，自动组成局域网，通过网关链接到云平台，云平台依据传感器数据指令控制器动作，实现用电设备的节能运行，是典型的物联网应用技术。

(二)背景技术

用电管理主要指灯具、空调及电器设备的能源管理，达到降低能耗的目的，有以下两种模式：

一是更换节能型产品如高能效灯具、空调等电器设备，通过产品节能达到目的，要求废弃老旧产品，替换新的设备，不仅带来相当的浪费，而且新投资较高，往往节能不节钱，客户接受度不高。

二是增加控制系统，在原有设备上附加传感器网络和控制组件，传感器监控工作状态，控制器负责电源开关或者微调，达到节能目的。监控室内状态是个难点，传统的摄像与红外探头无法准确判断室内有多少人，控制电脑难以根据摄像数据形成精确的指令，管理难度和系统成本都较大。

2013年6月，英国研究人员披露一种成本低廉的办公节能系统，系统判断办公区内的某个高能耗区域和个别能源使用超标的机器，并向特定员工发送短信或邮件提醒他们在特定时间或下班前关闭机器。这种系统成本较低，但自动化程度不足，节能率只能达到20％。

注意到上述问题，本发明提出一种基于物联网的智慧电器管理系统，系统运行中，传感器跟踪电脑能耗变化判断工作状态，计量人员出入判断使用状态，数据通过局域网上传给云平台，云平台的控制指令通过局域网下传控制器，实现自动化的能源管理，节能率可高达50％。

(三)发明内容

依据功能不同，室内空间可以分为商业、办公与工厂等，综合空间特点，可以提炼出大办公区、经理室与会议室三种空间模式。大办公区为开敞大空间，普通办公室、商场与展示厅都包含在内，可容纳很多人同时工作；经理室是小型私密空间，布置在小房间中，供个别人使用；会议室是间歇使用空间，有会议才有人进去，不属于日常活动范围。室内节能的重点在于大办公区与会议室，这两个地方设备多，人员流动频繁，使用时间不确定，经常出现人员离开但设备空转的情形，能源浪费严重。

为了实现基于物联网的节能管理，本发明在室内布置传感器与控制器网络，传感器的作用是监测房间使用状态，判断房间里有多少人，需要使用多少设备，控制器的作用是关闭或者开启对应区域的用电设备，避免设备空转。为了实现双向通讯功能，本发明引入目前国际上先进的自组织网络技术，传感器与控制器上均配置通讯模块，它们互相识别，组建局域网，通过网关与云平台通讯。云平台是管理后台，可以是服务器、电脑、平板与手机，功能是接收、分析传感器数据，形成控制指令，发送到控制器网络，实现供电管理。

监测室内空间的使用状态是一个难点，本发明针对大办公区与会议室各自特点，分别提出两种方案：

大办公区：为了准确识别空间使用状态，本发明提出在插座供电回路设置功率计量传感器的设计。供电回路分为照明回路、动力回路与插座回路三种，电脑均使用插座回路供电，一旦开始办公，员工的电脑都会开机，而且一直持续到下班。员工离开办公区，可能关闭电脑，也可能不关机。一台电脑关机意味着该插座回路功率下降约100W，即使不关机，电脑在几分钟后进入休眠状态，也意味着该插座回路功率下降60-80W。在配电箱的插座回路设置数据终端，采集电气数据，监测实际功率的变化，从而推断员工是否离开办公室。系统会记录插座回路的最高功率，在电器设备数量稳定的前提下，最高功率稳定在一个小区间中，如果增加或减少设备，该数据会上移或下移到另一个区间。工作中，实测功率与员工在岗人数成正比，实测功率越大，在岗人数越多，根据实测功率占最高功率的比例，可以判断为有多少员工在工作，为调整灯光照度、增减空调使刚提供依据。

会议室：会议室的间歇使用特点往往导致设备空转，会议结束后员工陆续离开，投影仪、电脑、灯光与空调都开着，带来巨大浪费。图像传感器可以判断室内有没有人，但功能复杂，成本很高，而且误报率不低，不能提供低成本解决方案。本发明在大门设置光敏传感器，员工进入大门会遮挡一次光线，系统计正数一次，同理，员工离开会议室计负数一次，统计数N由此增减调整。系统设计中，当N＞＝2时即判断为要开会，系统切入会议模式，逐步开启用电设备，当N＝＜1即判断为会议结束，系统切入休会模式，逐步减少设备使用，直到全部关闭用电设备，N越大，说明会议室内人越多，设备运行与统计数N的大小相适应，为供电管理提供依据。

为了适应新、旧建筑的使用，系统有无线/有线两种联网方式。无线局域网主要用于老建筑改造，为原有设备增加控制系统，避免布线困难。有线局域网主要用于新建筑的高品质、大带宽通讯，适应更广泛的功能应用。

(四)附图说明

以下结合附图对本发明加以说明，图1是本发明的大办公区传感器原理图，图2是本发明的会议室传感器原理图，图3是本发明的局域网系统图。

图1说明了大办公区传感器的工作原理，配电箱5包含了多个插座回路6，数据终端2安装在每个插座回路6上，并与通讯模块4通过数据线连接，采集电气数据，监测实际功率的变化，构成功率监测网络。通讯模块4与网关通讯，经由网关链接云平台1，数据终端2采集的数据上传到云平台1，构建整体能耗区域图，作为判断办公状态的依据。

图2说明了会议室传感器的工作原理，大门7是员工进出通道，光敏传感器3布置在大门7侧面适当高度，，并与通讯模块4通过数据线连接，一旦有人通过即可遮挡光线，形成一次计数，进入计正数，出去计负数，统计数N由此增减调整。统计数N实时上传云平台1，系统由此确定大致有多少人在会议室中，便于用电管理。

图3说明了传感器与控制器如何构成控制系统，系统包括云平台与各个功能网络，每个功能网络都包含通讯模块4，它们可以直接与网关8通讯，形成完整的局域网，如果某些模块有遮挡不能直接通讯，它们可以互为中继，以接力传输的方式与网关8通讯。其中，功率监测网络9负责监测插座回路的功率变化，监测数据通过通讯模块4上传云平台1，大办公区网络10与会议室网络11负责区域供电管理，控制指令由通讯模块4下传控制器12。云平台1为带有管理软件的是服务器、电脑、平板与手机，作用是形成控制指令，发送到控制组件，实现供电管理。

使用者可通过个人终端13访问云平台1，实现手持设备监控房间能耗，实施人工管理。

图3也是本发明的一个实施例。功率监测网络有3个插座回路，设置3个数据终端，分别监测一个办公区域的功率变化。大办公区网络有2个空调控制器与2个照明控制器，云平台判断在岗员工人数后，会指令调整灯光照度，增减空调使用时间，实现全自动的管理节能。会议窒网络有1个光敏传感器、1个空调控制器、1个投影仪控制器与1个照明控制器，根据系统对进出会议室人数的计数，云平台按照设定模式指令开启或者关闭用电设备，实施精确、高效的动态能源管理。

(五)有益效果

本发明是全新概念的物联网控制的电器节能系统，适用于所有大空间商业、厂房、办公空间与小型会议室，实现了低成本传感器网络的实时监测，实现了云平台对用电设备的优化管理，在人少的时候减少照明、空调使刚，关闭非必要的电器，达到很高的节能率。本发明的网络规模适中，成本很低，自动化程度高，允许手持终端进行人工管理，是理想的电器节能系统。

Claims (8)

1.一种基于物联网的智慧电器管理系统，用于商业、办公与厂房的灯光、空调及其他电器设备的用电管理，其特征是在室内布置传感器与控制器网络，传感器的作用是监测房间使用状态，判断房间里有多少人，需要使用多少设备，控制器的作用是关闭或者开启对应区域的用电设备，避免设备空转。

2.根据权利要求1所述的智慧电器管理系统，其特征是配电箱(5)包含了多个插座回路(6)，数据终端(2)安装在每个插座回路(6)上，并与通讯模块(4)通过数据线连接，采集电气数据，监测实际功率的变化，构成功率监测网络。

3.根据权利要求１所述的智慧电器管理系统，其特征是数据终端(2)采集的数据上传到云平台(1)，构建整体能耗区域图，工作中，实测功率与员工在岗人数成正比，实测功率越大，在岗人数越多，根据实测功率占最高功率的比例，可以判断为有多少员工在工作，为调整灯光照度、增减空调使用提供依据。

4.根据权利要求１所述的智慧电器管理系统，其特征是光敏传感器(3)布置在大门(7)侧面适当高度，并与通讯模块(4)通过数据线连接，一旦有人通过即可遮挡光线，形成一次计数，进入计正数，出去计负数，统计数N由此增减调整。

5.根据权利要求1所述的智慧电器管理系统，其特征是系统设计中，当N≥2时即判断为要开会，系统切入会议模式，逐步开启用电设备，当N≤1即判断为会议结束，系统切入休会模式，逐步减少设备使用，直到全部关闭用电设备，N越大，说明会议室内人越多，设备运行与统计数N的大小相适应，为供电管理提供依据。

6.根据权利要求1所述的智慧电器管理系统，其特征是系统包括云平台与各个功能网络，每个功能网络都包含通讯模块(4)，它们与网关(8)通讯，形成完整的局域网，如果某些模块有遮挡不能直接通讯，它们可以互为中继，以接力传输的方式与网关8通讯。

7.根据权利要求1所述的智慧电器管理系统，其特征是，系统有无线/有线两种联网方式，无线局域网主要用于老建筑改造，为原有设备增加控制系统，避免布线困难，有线局域网主要用于新建筑的高品质、大带宽通讯，适应更广泛的功能应用。

8.根据权利要求1所述的智慧电器管理系统，其特征是云平台(1)为带有管理软件的服务器、电脑、平板与手机，使用者可通过个人终端(13)问云平台(1)，实现手持设备监控房间能耗，实施人工管理。