CN105226817A - 一种基于物联网的智能型户用断路器及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于物联网的智能型户用断路器及其使用方法，断路器分为单相和三相两类，每种类型都由电源变换模块、分合闸模块、参数采集模块、WIFI通信模块、CAN通信模块、微处理器模块组成。本发明可以广泛应用在家庭、学校和企业的配电系统中，实现供电保护、用电量统计等多种功能。通过服务器上的用电管理系统，可以使用安装在智能手机中的移动终端进行远程遥控断路器的分闸和合闸，可以对断路器设置定时分闸和合闸，可以查询断路器线路上的电器设备每天以及每月的用电量，以及电器设备的电流变化曲线，对于高能耗电器，用电管理系统给出处置建议。本发明能对电器设备进行实时监测和控制，智能化程度高，操作简单，且具有较好的可靠性。

Description

一种基于物联网的智能型户用断路器及其使用方法
技术领域
本发明涉及了一种基于物联网的智能型户用断路器及其使用方法，属于智能控制领域。
背景技术
目前无论是家庭用电还是厂矿、企业的办公室以及学校的实验室内用电均在室内装有断路器等保护开关。在非故障状态下切断电源的时候必须通过人工操作断路器才能切断电源，为了保证用电安全，现在很多用电单位规定离开办公室的时候必须切断电源，如果没有人为操作断路器，在办公室内的所有电器设备依然处于通电状态，带来了安全隐患。
为了解决上述问题，目前已设计出多种智能家庭断路器，可以实现短路、漏电保护以及电能计量，虽然具有通信模块，依然不能实现远程遥控操作断路器。
同时对于家庭用户来说，他不仅希望掌握自己家庭的用电情况，还希望能够实时了解自己家庭的电器设备的能耗状态，以便及时更换高能耗电器，达到节约用电的目的。
发明内容
本发明目的是提供一种基于物联网的智能型户用断路器。本发明可广泛应用在家庭、学校和企业的配电系统中，实现供电保护、用电量实时查询、在用电器设备能耗观测等多种功能。支持手机的远程遥控，通过手机的控制界面可以对断路器的分闸和合闸进行控制，可以设置断路器定时合闸和分闸。通过手机可以查询每台电器设备的用电量变化曲线，每台电器设备的电流变化曲线，服务器上的用电管理系统会将电流值和额定值比较，对于长期高于额定值运行的电器设备视为高能耗设备，并给用户处置建议。
本发明的特征在于所述的智能型户用断路器具有三相和单相两种，每种类型都包括：分合闸模块(1)、微处理器模块(2)、参数采集模块(3)、WIFI通信模块(4)、CAN通信模块(5)、电源变换模块(6)、用电管理系统(7)、移动终端(8)；其中，所述的分合闸模块(1)用于接通和断开供电线路；所述的参数采集模块(3)用于采集流过分合闸模块的线路中的电压、电流和绝缘电阻；所述的WIFI通信模块(4)通过无线网络与所述的用电管理系统(7)连接；所述的用电管理系统(7)为安装在服务器上的管理软件；所述的移动终端(8)为安装在智能手机上的应用软件，并通过无线网络与所述的用电管理系统(7)连接，通过移动终端的控制界面可以对断路器远程遥控分合闸；所述的电源变换模块(6)为分合闸模块(1)、微处理器模块(2)、参数采集模块(3)、WIFI通信模块(4)和CAN通信模块(5)提供电源；所述的微处理器模块(2)对采集到的电压、电流和绝缘电阻值进行运算以及比较，判断属于过流、短路、漏电故障的时候，传递指令给分合闸模块控制其分闸，同时通过WIFI通信模块(4)将数据上传到用电管理系统(7)；所述的CAN通信模块(5)用于多个断路器共同使用时互相交换信息和数据。
本发明的特征在于所述的智能型断路器在多个断路器同时使用的情况下，通过CAN通信模块(5)组成主从式网络，其中总控的断路器作为主机，其余断路器作为从机，从断路器采集得到的电压、电流和绝缘电阻值通过CAN通信模块(5)传递给主断路器，主断路器通过CAN通信模块(5)向从断路器传递分合闸指令。
本发明的特征在于所述的分合闸模块(1)包括：铁芯、线圈和触头组成，分合闸模块(1)串接在供电线路中，可以通过手动合闸和分闸，也可以通过移动终端设置定时合闸和分闸，还可以通过移动终端控制合闸和分闸。
本发明的特征在于所述的参数采集模块(3)包括：电压互感器、电流互感器、调理电路、绝缘电阻检测电路、AD转换器，其主要功能是采集流过断路器的的电压、电流和绝缘电阻。
本发明的特征在于所述的微处理器模块(2)中的微处理器采用STM32F407芯片，主要完成电量计算、保护功能的实现和数据的传送。
本发明的特征在于所述的电源变换模块(6)将供电线路上的交流电压转换为智能型户用断路器内部电路需要的直流电源，为断路器中的分合闸模块(1)、微处理器模块(2)、参数采集模块(3)、WIFI通信模块(4)和CAN通信模块(5)提供1A，+5V、-5V和+3.3V电源。
本发明的特征在于所述的智能型户用断路器的使用方法包括以下步骤：
S1、启动智能断路器，给智能型户用断路器编号并上传到用电管理系统(7)；
S2、启动手机移动终端(8)，并连接用电管理系统(7)，通过手机控制界面，输入断路器串接供电线路中的每台电器设备的类型、初始使用时间、额定工作电流，保存并上传到用电管理系统(7)；
S3、在首次使用断路器时以及串接的供电线路上增加电器设备的时候，对断路器进行学习，通过学习，断路器可以根据流过自身的电流以及电器设备的用电量等数据自动识别所串接线路中的每一台电器设备；
S4、智能断路器的参数采集模块(3)采集流过断路器线路上的电压、电流和绝缘电阻，并与微处理器中的给定值进行比较，判断是否存在过流、漏电和短路故障，如果存在这些故障，则发出跳闸指令，分合闸模块(1)切断供电线路；
S5、微处理器模块(2)将采集得到的电压、电流和绝缘电阻数据通过WIFI通信模块(4)传递给服务器上的用电管理系统(7)；用户通过移动终端(8)查询每台电器设备的用电量变化曲线，每台电器设备的电流变化曲线，用电管理系统(7)会将电流值和额定值比较，对于长期高于额定值运行的电器设备视为高能耗设备，并给用户处置建议。对于需要远程控制断路器的用户，在手机的控制界面上找到相应的断路器的编号，对其进行相应的操作，操作命令通过无线网络传递给断路器。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
首先，在面对传统断路器的操作上面，除了配电系统出现故障后可以自动跳闸，其余时间需要分闸和合闸必须通过人为手动操作，不仅在过程上繁琐，而且存在安全隐患。相比之下，本发明就可以避免这些问题的存在，它可以不需要人们亲自去手动操作断路器，可以通过无线网络，利用手机来操作，一方面省去了以往的操作繁琐问题，另一方面大大降低了因直接操作断路器而带来的危险系数。
其次，通过无线网络，利用手机就可以实时了解智能型户用断路器所接配电线路上的电器设备的用电量。与以往的只可以知道每月的总用电量相比存在很大的优势，用户通过手机了解了电器设备的用电量情况，根据电流变化曲线，判断哪些属于高耗能设备，从而可以考虑合理的利用电能，节约用户每月的用电消费。
附图说明：
图1是本发明的总体功能结构框图；
图2是本发明的使用方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
图1示出了本发明智能型户用断路器的整体结构图。从图1中可以看出，智能型户用断路器包括分合闸模块(1)、微处理器模块(2)、参数采集模块(3)、WIFI通信模块(4)、CAN通信模块(5)、电源变换模块(6)、用电管理系统(7)、移动终端(8)；使用的时候，智能型户用断路器通过分合闸模块串接在供电线路上，对于厂矿企业生产车间的三相供电系统，选用三相智能型户用断路器，对于家庭和办公场所的供电系统选用单相智能型户用断路器，对于多个断路器同时使用的情况下，为了便于数据管理，通过CAN通信模块(5)组成一个主从式的网络，总控断路器作为主机，其余的断路器作为从机。从断路器采集得到的电压、电流和绝缘电阻的数据通过CAN通信模块(5)传递给主断路器，主断路器通过CAN通信模块(5)向从断路器传递分合闸指令。
分合闸模块(1)串接在供电线路中，由铁芯、线圈和触头组成，可以手动分闸和合闸，如果无人在断路器的现场，可以利用安装在手机上的移动终端(8)的控制界面，找到对应的断路器的编号，对其设置定时合闸或分闸，或者立即合闸或分闸，然后通过无线网络，向断路器下发控制命令，断路器的微处理器模块(2)通过WIFI通信模块(4)收到命令后进行解析，如果是立即合闸或分闸命令，则微处理器模块(2)控制分合闸模块(1)立即执行相应动作，如果是定时合闸或分闸命令，则微处理器模块(2)开始计时，计时时间到达后，则控制分合闸模块(1)执行相应的动作。
电源变换模块(6)将线路中的交流电源转换为智能型户用断路器需要的直流电源，为断路器中的分合闸模块(1)、微处理器模块(2)、参数采集模块(3)、WIFI通信模块(4)和CAN通信模块(5)提供1A，+5V、-5V和+3.3V电源。
参数采集模块(3)负责采集流过断路器的供电线路上的电压、电流和绝缘电阻，并转换为数字量传送给微处理器模块(2)。微处理器模块(2)一方面将参数采集模块(3)转送过来的电压、电流和绝缘电阻的数据和存储在微处理器里的给定值进行比较，如果采集得到的数值大于给定值，延时5S后，再次把新采集得到的数值和给定值进行比较，如果采集得到的数值仍然大于给定值，则判断存在过流、漏电或短路故障，微处理器模块(2)发出跳闸指令，分合闸模块(1)切断供电线路。
微处理器模块(2)中的微处理器采用STM32F407芯片，主要完成用电量的计算、保护功能的实现和数据的传送。数据传送有两种途径，一种是利用WIFI通信模块(4)，将采集得到的数据和计算得到的用电量等数据传递给服务器上的用电管理系统(7)；另外一种是通过CAN通信模块(5)，在多个断路器同时使用的时候互相交换数据。
WIFI通信模块(4)负责智能型户用断路器和服务器上的用电管理系统(7)以及手机的移动终端(8)之间交换数据，并可以接收移动终端(8)下发的分合闸的指令。
CAN通信模块(5)在多个智能型户用断路器同时使用的情况下，通过其组成主从式网络，其中总控的断路器作为主机，其余断路器作为从机，从断路器采集得到的电压、电流和绝缘电阻数据通过CAN通信模块(5)传递给主断路器，主断路器通过CAN通信模块(5)向从断路器传递分合闸指令。
图2示出了本发明智能型户用断路器使用方法流程图。从图2中可以看出，智能型户用断路器使用方法包括以下步骤：
S1、智能型户用断路器串接在供电线路上，启动智能型户用断路器，给智能型户用断路器编号，并将编号上传给安装在服务器上的用电管理系统(7)；
S2、启动手机移动终端(8)，并连接用电管理系统(7)，打开手机上安装的移动终端的控制界面，输入断路器串接供电线路中的每台电器设备的类型、初始使用时间、额定工作电流，保存并上传到用电管理系统(7)；
S3、在首次使用智能型户用断路器时以及串接的供电线路上新增加电器设备的时候，对智能型户用断路器进行学习，初次使用的时候将智能型户用断路器设置为学习模式，然后将串接的供电线路上的电器设备编号，按照固定顺序依次通电，智能型户用断路器记录下来每台电器设备通电后的电流数据，再按照通电的相反顺序断电，智能型户用断路器记录下来每台电器设备断电后的电流数据；最后将智能型户用断路器串接的供电线路上的电器设备按照随机的顺序通电，智能型户用断路器记录下来每台电器设备通电后的电流数据，再按照随机的顺序断电，智能型户用断路器记录下来每台电器设备断电后的电流数据，通过学习确定每台电器设备运行时候的工作电流，通过WIFI通信模块(4)上传到用电管理系统(7)，利用手机的移动终端(8)可以查看学习好的每台电器设备的情况。对于线路上新增加每台电器设备的时候，可以通过此种方式进行学习，记录下新增加的电器设备。通过学习，智能型户用断路器可以根据流过自身的电流以及电器设备的用电量等数据自动识别所串接线路中的每一台电器设备。
S4、智能型户用断路器的参数采集模块(3)采集流过断路器线路上的电压、电流和绝缘电阻，并与存储在微处理器中的给定值进行比较，如果采集得到的数值大于给定的数值，则判断存在过流、漏电或短路故障，则发出跳闸指令，分合闸模块(1)切断供电线路；
S5、微处理器模块(2)将采集得到的电压、电流和绝缘电阻数据通过WIFI模块(4)传递给服务器上的用电管理系统(7)；用户通过移动终端(8)查询每台电器设备的用电量变化曲线，每台电器设备的电流变化曲线，用电管理系统(7)会将电流值和额定值比较，对于长期高于额定值运行的电器设备认为ishi高耗能设备，并给用户处置建议。对于需要远程控制断路器的用户，在手机的控制界面上找到相应的断路器的编号，对其进行相应的操作命令，操作命令通过无线网络传递给断路器。

Claims (7)

1.一种基于物联网的智能型户用断路器及其使用方法，其特征在于，所述的智能型户用断路器具有三相和单相两种，每种类型都包括：分合闸模块(1)、微处理器模块(2)、参数采集模块(3)、WIFI通信模块(4)、CAN通信模块(5)、电源变换模块(6)、用电管理系统(7)、移动终端(8)；其中，所述的分合闸模块(1)用于接通和断开供电线路；所述的参数采集模块(3)用于采集流过分合闸模块的线路中的电压、电流和绝缘电阻；所述的WIFI通信模块(4)通过无线网络与所述的用电管理系统(7)连接；所述的用电管理系统(7)为安装在服务器上的管理软件；所述的移动终端(8)为安装在智能手机上的应用软件，并通过无线网络与所述的用电管理系统(7)连接，通过移动终端的控制界面可以对断路器远程遥控分合闸；所述的电源变换模块(6)为分合闸模块(1)、微处理器模块(2)、参数采集模块(3)、WIFI通信模块(4)和CAN通信模块(5)提供电源；所述的微处理器模块(2)对采集到的电压、电流和绝缘电阻值进行运算以及比较，判断属于过流、短路、漏电故障的时候，传递指令给分合闸模块控制其分闸，同时通过WIFI通信模块(4)将数据上传到用电管理系统(7)；所述的CAN通信模块(5)用于多个断路器共同使用时互相交换信息和数据。
2.根据权利要求1一种基于物联网的智能型户用断路器及其使用方法，其特征在于，所述的智能型断路器在多个断路器同时使用的情况下，通过CAN通信模块(5)组成主从式网络，其中总控的断路器作为主机，其余断路器作为从机，从断路器采集得到的电压、电流和绝缘电阻值通过CAN通信模块(5)传递给主断路器，主断路器通过CAN通信模块(5)向从断路器传递分合闸指令。
3.根据权利要求1一种基于物联网的智能型户用断路器及其使用方法，其特征在于，所述的分合闸模块(1)包括：铁芯、线圈和触头组成，分合闸模块(1)串接在供电线路中，可以通过手动合闸和分闸，也可以通过移动终端设置定时合闸和分闸，还可以通过移动终端控制合闸和分闸。
4.根据权利要求1一种基于物联网的智能型户用断路器及其使用方法，其特征在于，所述的参数采集模块(3)包括：电压互感器、电流互感器、调理电路、绝缘电阻检测电路、AD转换器，其主要功能是采集流过断路器的的电压、电流和绝缘电阻。
5.根据权利要求1一种基于物联网的智能型户用断路器及其使用方法，其特征在于，所述的微处理器模块(2)中的微处理器采用STM32F407芯片，主要完成电量计算、保护功能的实现和数据的传送。
6.根据权利要求1一种基于物联网的智能型户用断路器及其使用方法，其特征在于，所述的电源变换模块(6)将供电线路上的交流电压转换为智能型户用断路器内部电路需要的直流电源，为断路器中的分合闸模块(1)、微处理器模块(2)、参数采集模块(3)、WIFI通信模块(4)和CAN通信模块(5)提供1A，+5V、-5V和+3.3V电源。
7.一种基于物联网的智能型户用断路器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、启动智能断路器，给智能型户用断路器编号并上传到用电管理系统(7)；
S2、启动手机移动终端(8)，并连接用电管理系统(7)，通过手机控制界面，输入断路器串接供电线路中的每台电器设备的类型、初始使用时间、额定工作电流，保存并上传到用电管理系统(7)；
S3、在首次使用断路器时以及串接的供电线路上增加电器设备的时候，对断路器进行学习，通过学习，断路器可以根据流过自身的电流以及电器设备的用电量等数据自动识别所串接线路中的每一台电器设备；
S4、智能断路器的参数采集模块(3)采集流过断路器线路上的电压、电流和绝缘电阻，并与微处理器中的给定值进行比较，判断是否存在过流、漏电和短路故障，如果存在这些故障，则发出跳闸指令，分合闸模块(1)切断供电线路；
S5、微处理器模块(2)将采集得到的电压、电流和绝缘电阻数据通过WIFI通信模块(4)传递给服务器上的用电管理系统(7)；用户通过移动终端(8)查询每台电器设备的用电量变化曲线，每台电器设备的电流变化曲线，用电管理系统(7)会将电流值和额定值比较，对于长期高于额定值运行的电器设备视为高能耗设备，并给用户处置建议；对于需要远程控制断路器的用户，在手机的控制界面上找到相应的断路器的编号，对其进行相应的操作，操作命令通过无线网络传递给断路器。
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