CN105116752A - 一种基于Zigbee无线传感网络的分布式用电控制管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于Zigbee无线传感网络的分布式用电控制管理系统，包括由一个或多个双控制无线电表组成的Zigbee无线传感网络，所述双控制无线电表包括电能检测电路、电能无线传输控制电路、显示模块和继电器开关控制电路，所述电能无线传输控制电路与显示模块连接，所述电能无线传输控制电路通过电能无线传输控制电路与电能检测电路连接，所述电能无线传输控制电路还与电能检测电路连接，所述电能无线传输控制电路还与Zigbee无线传感网络连接。本发明利用分布式用电控制管理系统对学生公寓等的用电进行安全管理，实现远程无线抄表，减少大量人力。

Description

一种基于Zigbee无线传感网络的分布式用电控制管理系统
技术领域
本发明涉及安全用电及用电计量管理领域，特别是涉及一种基于Zigbee无线传感网络的分布式用电控制管理系统。
背景技术
随着人们现代生活中经济的宽裕，在高校、职业学校等学生居住集中的地方，学生对用电提出了更多的要求。在学生公寓中由于经常存在的违章使用电器(即恶性负载)而造成火灾事故频发，对个人及学校造成巨大的损失。作为用电管理机构，为保证用电安全，通常采用限电功率的方式进行管理，但炎热的夏天又需要大功率的空调设备，一方面要用电安全，一方面又要满足消费者的要求，为此需要既可限电又可供大功率的电控装置。
目前现有的用电智能控制管理系统及相关的专利申请也主要是针对社会普通用户，只需保证正常供电就行，不需要进行负载识别、无需考虑用电补贴、自定义定时供电、特殊供电设置等等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于Zigbee无线传感网络的分布式用电控制管理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
一种基于Zigbee无线传感网络的分布式用电控制管理系统，包括由一个或多个双控制无线电表组成的Zigbee无线传感网络，所述双控制无线电表包括电能检测电路、电能无线传输控制电路、显示模块和继电器开关控制电路，其特征在于：所述电能无线传输控制电路的显示控制输出端与显示模块的显示控制输入端连接，所述电能无线传输控制电路的控制输出端通过电能无线传输控制电路与电能检测电路连接，所述电能无线传输控制电路的功率信号输入端与电能检测电路的功率信号输出端连接，所述电能无线传输控制电路的无线传输端与Zigbee无线传感网络连接，
继电器开关控制电路包括第一逻辑控制电路、第一按钮开关、第一开关控制芯片和第一磁保持继电器，还包括第二逻辑控制电路、第二按钮开关、第二开关控制芯片和第二磁保持继电器，其特征在于：
所述第一逻辑控制电路和第二逻辑控制电路的输入端分别与无线电表的控制器连接，所述第一逻辑控制电路的输出端和第一按钮开关分别与第一开关控制芯片连接，所述第一开关控制芯片与第一磁保持继电器连接，所述第一磁保持继电器与用户电器连接；
所述第二逻辑控制电路的输出端和第二按钮开关分别与第二开关控制芯片连接，所述第二开关控制芯片与第二磁保持继电器连接，所述第二磁保持继电器与用户电器连接。
优选地：所述电能检测电路、电能无线传输控制电路、显示模块和继电器开关控制电路集成组装在同一机壳中，所述电能检测电路包括第一电能检测处理芯片和第二电能检测处理芯片，每个电能检测处理芯片均分别连接有电压分压组件和电流传感器，电压分压组件和电流传感器分别与电源连接，电能检测处理芯片将检测到的电流和电压信号变换成功率信号输出给电能无线传输控制电路。
优选地：所述电能无线传输控制电路还连接有负载识别电路，所述负载识别电路包括存储有负载识别数据的存储器。
优选地：所述第一电能检测处理芯片和第二电能检测处理芯片包括ADE7755芯片。
优选地：所述电能无线传输控制电路包括微控制单片机CC253X芯片，所述显示模块包括OLED12864显示模块，所述开关控制芯片包括BL8023芯片。
优选地：所述第一逻辑控制电路包括非门电路U7A、非门电路U7B、与门电路U8A、与门电路U8B、与门电路U9A和与门电路U9B；
所述非门电路U7A的输入端与无线电表的控制器DA端连接，所述非门电路U7B的输入端与无线电表的控制器DB端连接，所述非门电路U7A和非门电路U7B的输出端分别与与门电路U8A的输入端连接，所述与门电路U8A的输出端和控制器的时钟输出端CLK分别与与门电路U9A的输入端连接，所述与门电路U9A的输出端DA1与第一开关控制芯片的输出端INPUTA连接；
所述与门电路U8B的输入端分别与控制器DB端和非门电路U7A的输出端连接，所述与门电路U8B的输出端和控制器的时钟输出端CLK分别与与门电路U9B的输入端连接，所述与门电路U9B的输出端DB1与第一开关控制芯片的输出端INPUTB连接。
优选地：所述第二逻辑控制电路包括与门电路U8C、与门电路U8D、与门电路U9C和与门电路U9D；
所述与门电路U8C的输入端分别与非门电路U7B的输出端和控制器DA端连接，所述与门电路U8C的输出端和控制器的时钟输出端CLK分别与与门电路U9C的输入端连接，所述与门电路U9C的输出端DA2与第二开关控制芯片的输出端INPUTA连接；
所述与门电路U8D的输入端分别与控制器DA端和控制器DB端连接，所述与门电路U8D的输出端和控制器的时钟输出端CLK分别与与门电路U9D的输入端连接，所述与门电路U9D的输出端DB2与第二开关控制芯片的输出端INPUTB连接。
优选地：所述第一按钮开关包括开按钮ON1和关按钮OFF1，所述开按钮ON1和关按钮OFF1的一端均与工作电源连接，所述开按钮ON1的另一端与第一开关控制芯片的输出端INPUTA连接，所述开按钮OFF1的另一端与第一开关控制芯片的输出端INPUTB连接，所述第二按钮开关包括开按钮ON2和关按钮OFF2，所述开按钮ON2和关按钮OFF2的一端均与工作电源连接，所述开按钮ON2的另一端与第二开关控制芯片的输出端INPUTA连接，所述开按钮OFF2的另一端与第二开关控制芯片的输出端INPUTB连接。
优选地：所述第一开关控制芯片的输出端OUTA和第一开关控制芯片的输出端OUTB分别与第一磁保持继电器JK1连接；
所述第二开关控制芯片的输出端OUTA和第二开关控制芯片的输出端OUTB分别与第二磁保持继电器JK2连接，所述第一开关控制芯片和第二开关控制芯片包括BL8023芯片。
优选地：所述第一逻辑控制电路还包括发光二极管LED3和发光二极管LED4，所述发光二极管LED3与与门电路U8A的输出端连接，所述发光二极管LED4与与门电路U8B的输出端连接；
所述第二逻辑控制电路还包括发光二极管LED5和发光二极管LED6，所述发光二极管LED5与与门电路U8C的输出端连接，所述发光二极管LED6与与门电路U8D的输出端连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明由一个或多个双控制无线电表组成的Zigbee无线传感网络，每个双控制无线电表为分布式集中用电控制系统的电能采集节点部分，可利用智能化安全用电管理系统对学生公寓的用电进行安全管理，实现远程无线抄表，减少大量人力；
2)本发明可通过负载识别电路进行恶性负载识别，实现安全用电的有效控制；
3)本发明可实现对用户不同用电方式分开供电，通过电能无线传输控制电路进行无线远程控制，通过继电器开关控制电路进行手动控制，实现集体宿舍安全供电双控制，提供不同的控制管理方式；
4)本发明可广泛推广运用作高校和职业学校学生公寓安全用电现代化管理的智能控制系统。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明的系统原理框图；
图3为本发明中电能检测电路的电路图；
图4为本发明中电能无线传输控制电路的电路图；
图5为本发明中继电器开关控制电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于Zigbee无线传感网络的分布式用电控制管理系统，包括由一个或多个双控制无线电表组成的Zigbee无线传感网络，每个双控制无线电表为分布式集中用电控制系统的电能采集节点部分。
所述双控制无线电表包括电能检测电路、电能无线传输控制电路、显示模块和继电器开关控制电路，所述电能无线传输控制电路的显示控制输出端与显示模块的显示控制输入端连接，所述电能无线传输控制电路的控制输出端通过电能无线传输控制电路与电能检测电路连接，所述电能无线传输控制电路的功率信号输入端与电能检测电路的功率信号输出端连接，所述电能无线传输控制电路的无线传输端通过Zigbee无线传感网络连接与用电管理中心连接。
本发明主要由电能检测电路、电能无线传输控制电路和继电器开关控制电路三部分组成，三部分均组装在一个盒子中，是无线抄表系统的一个用户节点。
如图2所示，本发明中，所述电能检测电路包括第一电能检测处理芯片和第二电能检测处理芯片，每个电能检测处理芯片均分别连接有电压分压组件和电流传感器，电压分压组件和电流传感器分别与电源连接，电能检测处理芯片将检测到的电流和电压信号变换成功率信号输出给电能无线传输控制电路。
所述第一电能检测处理芯片和第二电能检测处理芯片可选用ADE7755芯片。如图3所示，图3中的芯片U1和芯片U2为电能检测处理芯片ADE7755，电压分压组件分别为电阻R105-R116和电阻R124-R135，电流传感器为电流传感器FL1和电流传感器FL2，其中电流传感器FL1和电流传感器FL2检测到的电流和电压信号，经电能检测处理芯片ADE7755处理变换成功率信号输出。
所述的电能无线传输控制电路可选用微控制单片机CC253X芯片，如图4所示，微控制单片机CC253X为芯片U5。所述显示模块可选用OLED12864显示模块，如图4中的芯片U6。
本发明中，所述电能无线传输控制电路还连接有负载识别电路，所述负载识别电路包括存储有负载识别数据的存储器，根据用户用电时交流电压与交流电流相位差的余弦(即功率因数)，来确定阻性负载的功率和设定的功率限度。
本发明中，所述继电器开关控制电路包括均与电能无线传输控制电路连接的第一逻辑控制电路和第二逻辑控制电路，每个逻辑控制电路均分别通过按钮开关和开关控制芯片与磁保持继电器连接，磁保持继电器与用户电器连接。
所述开关控制芯片可选用BL8023芯片。如图5所示，逻辑控制电路中的BL8023芯片为芯片U3和芯片U4，逻辑控制电路为芯片U9A-U9D，磁保持继电器为继电器JK1和继电器JK2。
如图5所示，继电器开关控制电路包括第一逻辑控制电路、第一按钮开关、第一开关控制芯片和第一磁保持继电器，还包括第二逻辑控制电路、第二按钮开关、第二开关控制芯片和第二磁保持继电器。
本发明中，所述第一逻辑控制电路和第二逻辑控制电路的输入端分别与无线电表的控制器连接，所述第一逻辑控制电路的输出端和第一按钮开关分别与第一开关控制芯片连接，所述第一开关控制芯片与第一磁保持继电器连接，所述第一磁保持继电器与用户电器连接。
本发明中，所述第二逻辑控制电路的输出端和第二按钮开关分别与第二开关控制芯片连接，所述第二开关控制芯片与第二磁保持继电器连接，所述第二磁保持继电器与用户电器连接。
本发明中，所述第一逻辑控制电路包括非门电路U7A、非门电路U7B、与门电路U8A、与门电路U8B、与门电路U9A和与门电路U9B。
所述非门电路U7A的输入端与无线电表的控制器DA端连接，所述非门电路U7B的输入端与无线电表的控制器DB端连接，所述非门电路U7A和非门电路U7B的输出端分别与与门电路U8A的输入端连接，所述与门电路U8A的输出端和控制器的时钟输出端CLK分别与与门电路U9A的输入端连接，所述与门电路U9A的输出端DA1与第一开关控制芯片的输出端INPUTA连接。
所述与门电路U8B的输入端分别与控制器DB端和非门电路U7A的输出端连接，所述与门电路U8B的输出端和控制器的时钟输出端CLK分别与与门电路U9B的输入端连接，所述与门电路U9B的输出端DB1与第一开关控制芯片的输出端INPUTB连接。
本发明中，所述第二逻辑控制电路包括与门电路U8C、与门电路U8D、与门电路U9C和与门电路U9D。
所述与门电路U8C的输入端分别与非门电路U7B的输出端和控制器DA端连接，所述与门电路U8C的输出端和控制器的时钟输出端CLK分别与与门电路U9C的输入端连接，所述与门电路U9C的输出端DA2与第二开关控制芯片的输出端INPUTA连接。
所述与门电路U8D的输入端分别与控制器DA端和控制器DB端连接，所述与门电路U8D的输出端和控制器的时钟输出端CLK分别与与门电路U9D的输入端连接，所述与门电路U9D的输出端DB2与第二开关控制芯片的输出端INPUTB连接。
本发明中，所述第一按钮开关包括开按钮ON1和关按钮OFF1，所述开按钮ON1和关按钮OFF1的一端均与工作电源连接，所述开按钮ON1的另一端与第一开关控制芯片的输出端INPUTA连接，所述开按钮OFF1的另一端与第一开关控制芯片的输出端INPUTB连接。
所述第二按钮开关包括开按钮ON2和关按钮OFF2，所述开按钮ON2和关按钮OFF2的一端均与工作电源连接，所述开按钮ON2的另一端与第二开关控制芯片的输出端INPUTA连接，所述开按钮OFF2的另一端与第二开关控制芯片的输出端INPUTB连接。
本发明中，所述第一开关控制芯片的输出端OUTA和第一开关控制芯片的输出端OUTB分别与第一磁保持继电器JK1连接。所述第二开关控制芯片的输出端OUTA和第二开关控制芯片的输出端OUTB分别与第二磁保持继电器JK2连接。
本发明中，所述第一逻辑控制电路还包括发光二极管LED3和发光二极管LED4，所述发光二极管LED3与与门电路U8A的输出端连接，所述发光二极管LED4与与门电路U8B的输出端连接。所述第二逻辑控制电路还包括发光二极管LED5和发光二极管LED6，所述发光二极管LED5与与门电路U8C的输出端连接，所述发光二极管LED6与与门电路U8D的输出端连接。
本发明中，所述第一开关控制芯片和第二开关控制芯片均可采用BL8023芯片。
本发明的工作原理：
在系统通电，硬件初始化完成后，该抄表节点与整个系统进行联网，在OLED12864上显示“联网成功！”信息后表明该无线电表与系统联网成功。该无线电表便作好检测所在用户用电量的准备。此时交流220V电压已加到该无线电表的N线和AC220V电源两端点上，如图3所示，且电压信号已通过图3中的电阻R105-R116和电阻R124-R135分别加到电能检测处理芯片U1和U2的7、8脚上。
当按钮开关ON(包括开关ON1或开关ON2)按钮按下或无线电表收到系统发过来的开关ON信息后，如图5所示，磁保持继电器JK1或JK2吸合。接在继电器JK1或继电器JK2对外接口端点YH1或YH2的用户电器接通后，当接在VA1或VA2与AC220V电源之间的电流传感器FL1或FL2有电流通过时，则电流取样值加在电能检测处理芯片U1和U2的5、6脚上。以电能检测处理芯片U1和U2的10引脚提供的2.5V为参考电压，分别经ADC转换成数字信号，并进行功率计算；在电能检测处理芯片U1和U2的第13、14引脚选择为00信号下，经电能检测处理芯片U1和U2的第22引脚输出对应的瞬时有功功率信号脉冲CF1和CF2。
本发明可广泛推广运用作高校和职业学校学生公寓安全用电现代化管理的智能控制系统。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于Zigbee无线传感网络的分布式用电控制管理系统，包括由一个或多个双控制无线电表组成的Zigbee无线传感网络，所述双控制无线电表包括电能检测电路、电能无线传输控制电路、显示模块和继电器开关控制电路，其特征在于：所述电能无线传输控制电路的显示控制输出端与显示模块的显示控制输入端连接，所述电能无线传输控制电路的控制输出端通过电能无线传输控制电路与电能检测电路连接，所述电能无线传输控制电路的功率信号输入端与电能检测电路的功率信号输出端连接，所述电能无线传输控制电路的无线传输端与Zigbee无线传感网络连接，
继电器开关控制电路包括第一逻辑控制电路、第一按钮开关、第一开关控制芯片和第一磁保持继电器，还包括第二逻辑控制电路、第二按钮开关、第二开关控制芯片和第二磁保持继电器，其特征在于：
所述第一逻辑控制电路和第二逻辑控制电路的输入端分别与无线电表的控制器连接，所述第一逻辑控制电路的输出端和第一按钮开关分别与第一开关控制芯片连接，所述第一开关控制芯片与第一磁保持继电器连接，所述第一磁保持继电器与用户电器连接；
所述第二逻辑控制电路的输出端和第二按钮开关分别与第二开关控制芯片连接，所述第二开关控制芯片与第二磁保持继电器连接，所述第二磁保持继电器与用户电器连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee无线传感网络的分布式用电控制管理系统，其特征在于：所述电能检测电路、电能无线传输控制电路、显示模块和继电器开关控制电路集成组装在同一机壳中，所述电能检测电路包括第一电能检测处理芯片和第二电能检测处理芯片，每个电能检测处理芯片均分别连接有电压分压组件和电流传感器，电压分压组件和电流传感器分别与电源连接，电能检测处理芯片将检测到的电流和电压信号变换成功率信号输出给电能无线传输控制电路。
3.根据权利要求2所述的一种基于Zigbee无线传感网络的分布式用电控制管理系统，其特征在于：所述电能无线传输控制电路还连接有负载识别电路，所述负载识别电路包括存储有负载识别数据的存储器。
4.根据权利要求3所述的一种基于Zigbee无线传感网络的分布式用电控制管理系统，其特征在于：所述第一电能检测处理芯片和第二电能检测处理芯片包括ADE7755芯片。
5.根据权利要求4所述的一种基于Zigbee无线传感网络的分布式用电控制管理系统，其特征在于：所述电能无线传输控制电路包括微控制单片机CC253X芯片，所述显示模块包括OLED12864显示模块，所述开关控制芯片包括BL8023芯片。
6.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee无线传感网络的分布式用电控制管理系统，其特征在于：所述第一逻辑控制电路包括非门电路U7A、非门电路U7B、与门电路U8A、与门电路U8B、与门电路U9A和与门电路U9B；
所述非门电路U7A的输入端与无线电表的控制器DA端连接，所述非门电路U7B的输入端与无线电表的控制器DB端连接，所述非门电路U7A和非门电路U7B的输出端分别与与门电路U8A的输入端连接，所述与门电路U8A的输出端和控制器的时钟输出端CLK分别与与门电路U9A的输入端连接，所述与门电路U9A的输出端DA1与第一开关控制芯片的输出端INPUTA连接；
所述与门电路U8B的输入端分别与控制器DB端和非门电路U7A的输出端连接，所述与门电路U8B的输出端和控制器的时钟输出端CLK分别与与门电路U9B的输入端连接，所述与门电路U9B的输出端DB1与第一开关控制芯片的输出端INPUTB连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于Zigbee无线传感网络的分布式用电控制管理系统，其特征在于：所述第二逻辑控制电路包括与门电路U8C、与门电路U8D、与门电路U9C和与门电路U9D；
所述与门电路U8C的输入端分别与非门电路U7B的输出端和控制器DA端连接，所述与门电路U8C的输出端和控制器的时钟输出端CLK分别与与门电路U9C的输入端连接，所述与门电路U9C的输出端DA2与第二开关控制芯片的输出端INPUTA连接；
所述与门电路U8D的输入端分别与控制器DA端和控制器DB端连接，所述与门电路U8D的输出端和控制器的时钟输出端CLK分别与与门电路U9D的输入端连接，所述与门电路U9D的输出端DB2与第二开关控制芯片的输出端INPUTB连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee无线传感网络的分布式用电控制管理系统，其特征在于：所述第一按钮开关包括开按钮ON1和关按钮OFF1，所述开按钮ON1和关按钮OFF1的一端均与工作电源连接，所述开按钮ON1的另一端与第一开关控制芯片的输出端INPUTA连接，所述开按钮OFF1的另一端与第一开关控制芯片的输出端INPUTB连接，所述第二按钮开关包括开按钮ON2和关按钮OFF2，所述开按钮ON2和关按钮OFF2的一端均与工作电源连接，所述开按钮ON2的另一端与第二开关控制芯片的输出端INPUTA连接，所述开按钮OFF2的另一端与第二开关控制芯片的输出端INPUTB连接。
9.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee无线传感网络的分布式用电控制管理系统，其特征在于：所述第一开关控制芯片的输出端OUTA和第一开关控制芯片的输出端OUTB分别与第一磁保持继电器JK1连接；
所述第二开关控制芯片的输出端OUTA和第二开关控制芯片的输出端OUTB分别与第二磁保持继电器JK2连接，所述第一开关控制芯片和第二开关控制芯片包括BL8023芯片。
10.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee无线传感网络的分布式用电控制管理系统，其特征在于：所述第一逻辑控制电路还包括发光二极管LED3和发光二极管LED4，所述发光二极管LED3与与门电路U8A的输出端连接，所述发光二极管LED4与与门电路U8B的输出端连接；
所述第二逻辑控制电路还包括发光二极管LED5和发光二极管LED6，所述发光二极管LED5与与门电路U8C的输出端连接，所述发光二极管LED6与与门电路U8D的输出端连接。
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