CN105577823A - 交互式智能电能管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明为交互式智能电能管理系统，主要针对办公室工作位的用电以及对一些仪器设备的用电进行在线管理。其主要构成原理分为三个部分：线上服务器、智能用电控制器和线下的智能电源插座。其中智能用电控制器是装在用户端空气开关内的智能控制模块，该模块能感知用电插座的ID串号，同时接受线上的控制命令，用来控制用户端的供电与否。通过用电对象的电流、电压数据的分析和用电人员在岗情况的实时监控实现用电安全管控的目标；通过后台服务器针对不同的用电设备设置相应的用电权限实现线上管控的目标；利用大数据分析技术个性化的管理每一个线上的用电插座，达到一种全新的用电管控系统。

Description

交互式智能电能管理系统
技术领域
本发明专利涉及交互式智能电能管理系统，属于物联网技术领域。
背景技术
目前市场上已经有一些智能插座，很多是针对插座结构设计的，也有针对一些特定功能进行开发的，其实插座本身可以提供很多数据用来分析，依靠大数据分析出的结果可以有针对行的对用电设备进行管控。例如智能WiFi插座，可以通过WiFi实现控制插座开关。而本发明不仅可以通过WiFi实现数据交互来控制插座，插座本身是经由ZigBee组网，组网后再通过无线WiFi方式将数据传送到后台服务器，后台服务器可以对这些数据进行分析处理。
发明内容
该系统的构成分为三个部分：线上服务器、智能用电控制器和线下的智能电源插座，结构上三者分别为上中下关系：线下电源插座直接供使用者使用，位于结构的下端；智能用电控制器位于中间段，用来接收和转发来自线上服务器和线下智能插座的各种数据；线上服务器既有显示功能，显示相关数据信息，也有存储处理数据的功能。
如图5所示电源插座的模型和普通插座类似，除了普通的插口外多了感应区域，在插座感应区域内安装上RFID模块，在控制电路部分安装上控制电路板。RFID模块通过220V转5V电源模块得到直流5V电压为单片机进行供电。单片机包含有两个通信串口，感应区域放置RFID模块串接在单片机的一个通信串口上，刷卡时RFID的数据会和存在EEPROM内的数据进行比对，数据正确插座便会开并会发出开指示命令到后台。电流互感线圈和电压互感线圈接在插座总线上，两种线圈的变比例都为2000:1，通过ad采样获取电流互感线圈的电流值和电压互感线圈的电压值，电流值和电压值可以根据线圈变比换算成对应插座上实际的电流和电压值。单片机通过IO口输出高低电平通过三极管控制继电器的开合实现控制插座的开和关，需要说明的是单片机是不能直接控制220V电路的开和关，且一般单片机不足以直接驱动继电器需要三极管来增强驱动能力。ZigBee选择的是cc2530为核心的串口透传模块，串接在单片机的另一个串口上，配置成路由节点，将数据传到协调节点上。
协调节点也需要有单片机来简单处理收发的数据，单片机同样需要有两个同学串口。协调节点可以直接外接5V供电，在单片机最小系统的基础上，一个串口连接ZigBee协调节点，另一个接口连接WiFi模块。向上，ZigBee接收路由节点的数据，数据经过处理后由WiFi模块传送到后台服务器；向下，WiFi模块接收服务器的指令，数据经过单片机处理后由ZigBee协调节点控制相应路由节点。
线下的智能插座：智能插座是以单片机为核心，微处理器通过霍尔元件采集用电设备的电流信息再由通信模块发出，识别模块是用来识别使用者身份，身份识别通过便可以正常使用，通信模块接收到相关命令后可以对用电设备进行管控。
智能插座以单片机为核心，单片机通过ad口采样采集霍尔元件的电流、电压值；RFID串口模块交叉接在单片机串行通信口上即tx（发送数据）、rx（接收数据）上，当刷IC卡时可以将IC卡数据直接传给单片机，单片机识别IC卡数据进而判别身份；智能插座上的ZigBee模块也是串口模式的，可以直接接单片机的另一组串行通信口上，接法和RFID模块一样，ZigBee可以根据需求配置成终端节点、路由节点和协调节点；单片机最终将采集到的电流、电源数据以一定的格式经由ZigBee传输，也可以根据接收到的数据做出相应的回应。
智能用电控制器：智能用电控制器是通信模块和无线模块组成，通信模块将接收到的数据经由无线模块发往后台，同时后台的命令通过无线模块经由通信模块控制各个智能插座。智能用电控制器是装在用户端空气开关内的智能控制模块，该模块能感知用电插座的ID串号，同时接受线上的控制命令，用来控制用户端的供电与否。
智能用电控制器也是以单片机为核心，通信模块即为ZigBee，以串行通信方式接到单片机上；无线通信模块这里指WiFi模块，WiFi串口模块与单片机的连接方式和ZigBee一样，WiFi模块要单独配置，配置好的WiFi模块可以通过局域网或公网将数据传到后台服务器，同样数据是双向的。
线上服务器：包括数据库和相应的web页面，配合智能用电控制器，一方面处理接收到的数据，另一方面管控线下智能插座节点。
后台服务器是通过socket通信接收WiFi传过来的数据，将数据存放在数据库，在存放数据之前要在数据库建表，然后根据所建表将数据投放进去；web页面提取数据库里的数据并显示，同时web也关联socket通信将一些控制命令发出去，控制线下插座节点。
有益效果
本发明技术方案通过用电对象的电流、电压数据的采集分析和用电人员在岗情况的实时监控实现用电安全管控的目标；通过后台服务器针对不同的用电设备设置相应的用电权限实现线上管控的目标；利用大数据分析技术个性化的管理每一个线上的用电插座，达到一种全新的用电管控系统。针对特定的仪器设备，对其电流数据的采集与分析可以给出设备的一般用电情况曲线，通过该用电曲线再对设备进行细化管控，可以在节能与安全方面做出贡献。
附图说明
图1为智能插座框图。
图2为智能用电控制器框图。
图3为系统框图。
图4为控制电路图。
图5为插座结构图。
具体实施方式：
如图3所示该系统分为三层，分别是线上服务器、用电控制器和底层插座节点。如图5所示电源插座的模型和普通插座类似，除了普通的插口外多了感应区域，在插座感应区域内安装上RFID模块，在控制电路部分安装上控制电路板。如图1所示智能插座是以单片机为核心，微处理器通过霍尔元件采集用电设备的电流信息再由通信模块发出，识别模块是用来识别使用者身份，身份识别通过便可以正常使用，通信模块接收到相关命令后可以对用电设备进行管控。如图4所示，RFID模块和单片机的一个串口交叉相连，刷卡所得数据会和存在单片机EEPROM内数据比对，数据正确则验证通过，使用者可以使用插座，否则不能使用，EEPROM内数据可以通过后台服务器进行修改。ZigBee模块交叉连接单片机的另一组通信串口；单片机的IO口经过三极管驱动电路控制继电器实现控制插座的开关；单片机的两个ad采样口分别采样电流互感线圈和电压互感线圈的值，经过换算后通过ZigBee传出。底层插座节点根据需求需要配置ZigBee节点地址，ZigBee地址即对应插座本身ID，同时关联着使用者身份信息；接着在服务器上登陆注册使用者身份信息，然后将使用者身份信息经用电控制器导入至底层插座，这样就完成了相关的信息配置。如图2所示通信模块将接收到的数据经由无线模块发往后台，同时后台的命令通过无线模块经由通信模块控制各个智能插座。用电控制器起着中转的功能，但是必须严格按照底层和服务器端数据通信的规则进行数据转发。线上服务器一方面存储接收的相关数据并显示，另一方面根据具体需求配置控制管理功能。

Claims (4)

1.交互式智能电能管理系统，包括：线上服务器、智能用电控制器和线下的智能电源插座，线下电源插座直接供使用者使用，位于结构的下端；智能用电控制器位于中间段，用来接收和转发来自线上服务器和线下智能插座的各种数据；线上服务器既有显示功能，显示相关数据信息，也有存储处理数据的功能；
所述线下的智能插座包括单片机、微处理器、霍尔元件和通信模块，其中单片机为核心，微处理器通过霍尔元件采集用电设备的电流信息，再由通信模块发出，识别模块是用来识别使用者身份，身份识别通过便可以正常使用，通信模块接收到相关命令后可以对用电设备进行管控；
所述智能用电控制器由通信模块和无线模块组成，通信模块将接收到的数据经由无线模块发往后台，同时后台的命令通过无线模块经由通信模块控制各个智能插座；智能用电控制器是装在用户端空气开关内的智能控制模块，该模块能感知用电插座的ID串号，同时接受线上的控制命令，用来控制用户端的供电与否；
所述线上服务器包括数据库和相应的web页面，配合智能用电控制器，一方面处理接收到的数据，另一方面管控线下智能插座节点；
线上服务器是通过socket通信接收WiFi传过来的数据，将数据存放在数据库，在存放数据之前要在数据库建表，然后根据所建表将数据投放进去；web页面提取数据库里的数据并显示，同时web也关联socket通信将一些控制命令发出去，控制线下智能电源插座节点。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述线下的智能插座为普通的插口外多了感应区域，通过220V转5V电源模块得到直流5V电压为单片机进行供电；单片机包含有两个通信串口，感应区域放置RFID模块串接在单片机的一个通信串口上，刷卡时RFID的数据会和存在EEPROM内的数据进行比对，数据正确插座便会开并会发出开指示命令到后台。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述线下的智能插座总线上接有电流互感线圈和电压互感线圈，两种线圈的变比例都为2000:1，通过ad采样获取电流互感线圈的电流值和电压互感线圈的电压值，电流值和电压值可以根据线圈变比换算成对应插座上实际的电流和电压值；单片机通过IO口输出高低电平通过三极管控制继电器的开合实现控制插座的开和关；ZigBee选择cc2530为核心的串口透传模块，串接在单片机的另一个串口上，配置成路由节点，将数据传到协调节点上。
4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述线下的智能插座，单片机需要有两个通信串口，在单片机最小系统的基础上，一个串口连接ZigBee协调节点，另一个接口连接WiFi模块，协调节点可以直接外接5V供电；向上，ZigBee接收路由节点的数据，数据经过处理后由WiFi模块传送到后台服务器；向下，WiFi模块接收服务器的指令，数据经过单片机处理后由ZigBee协调节点控制相应路由节点。
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