CN105807106A - 一种电表远程监控优化节能控制系统及其节能控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电表远程监控优化节能控制系统，包括电表、路由器和客户端软件，路由器与电表中的串口wifi模块无线连接，用于将电表中的数据通过串口wifi模块从串口接收数据并将数据上传到路由器；客户端软件与路由器通过因特网连接，用于接收已上传至路由器的电表数据，对数据进行监控调节。本发明保证了电量计量的高精度要求；把电量脉冲信号转换为功率，并统计各时间段用电度数；成功达到了高精度、低功耗、高稳定性的高性能要求，达到节能和安全用电的目的，从技术上看，具有重大突破和创新，并具有实用性。

Description

一种电表远程监控优化节能控制系统及其节能控制方法
技术领域
本发明涉及节能控制领域，具体涉及一种电表远程监控优化节能控制系统及其节能控制方法。
背景技术
随着电子电力的高速发展，传统的人工抄表存在着很多弊端。人工抄表主要弊端表现在入户难以及劳动强度大，周期长等等。而本次设计的电表具有自动抄表功能，只要安装设置好相应的模块就可以远程实时读取每一户的用电量数据。这从根本上解决了人工抄表所带来的弊端。
而对于一些大型公司、学校和事业单位，用电量比较大。其中一大部分电量是人为的因素浪费掉，比如晚上下班或放学忘记关灯等等。现在已经有人提出远程监控家用电器的使用情况，进而智能的控制家用电器，其将家用电器分成了三类，一类是智能家电；一类是带有遥控器的家用电器；一类是传统普通的家电。针对这三种情况分别提出来三种方案，其缺点就是比较繁琐，要分类。
针对上述问题，本次发明的智能电表增加了远程控制开关功能。只要客户通过客户端软件或登陆服务器网页就可以对电表进行远程监控和控制开关操作，比如：用户观测到某个房间在晚上12点以后还是消耗很多电量，那么很有可能就是这个房间的主人走时忘记关空调或者其它大功率用电器了，那么就可以进行远程切断相应线路（普通壁插，空调壁插，灯等）的电，或者直接程序断电，达到节能和安全用电的目的。尤其是当主人外出较远，又担心家中电热毯等危险用电器没有断电时，可以通过手机查询，远程关掉相应的线路而保持冰箱等需要用电的线路，不用千里迢迢返回家中进行处理，可以给用户带来极大的方便。本发明具有远程监控（实时监测用电信息以及控制220v市电开关）的功能，主要特点是通过这两个功能再结合手机APP的相关操作最终达到节能减排和安全用电的功效。根据这些特点，该节能电表可适用于个人、公司、政府机关、学校等用户。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种电表远程监控优化节能控制系统及其节能控制方法，具有节能减排和安全用电的优点，这种节能控制系统成本较低，且使用简单，可适用于个人、个体户或大型机构（比如：公司、政府机关、学校等等）。本次发明的电表具有远程实时监测用电流量信息以及控制220v市电开关的功能，主要特点是通过这两个功能再结合相关软件的操作最终达到绿色节能和安全用电的功效。
实现本发明目的的技术方案：
一种电表远程监控优化节能控制系统，包括电表、路由器和客户端软件，路由器与电表中的串口wifi模块无线连接，用于将电表中的数据通过串口wifi模块从串口接收数据并将数据上传到路由器；客户端软件与路由器通过因特网连接，用于接收已上传至路由器的电表数据，对数据进行监控调节。
进一步地，所述电表包括信息采集模块、电量计量模块、串口wifi模块和继电器开关，继电器开关设于电表表头内，信息采集模块与电量计量模块连接，电量计量模块与串口wifi模块连接，信息采集模块将采集到的电量或功率信息经过电量计量模块中的电量计量芯片处理成电量脉冲，通过单片机转换成数据，再通过RS232接口传输到串口wifi模块上。
进一步地，所述客户端软件为功能相同的手机APP或电脑专用软件，所述软件包括查询模块、控制模块和留言模块；查询模块用于根据电表数据查询用电信息并判断线路的状态，控制模块用于根据用电信息，向电表发送线路关闭和导通的命令，实时控制电表中继电器的开关来控制某个线路开与闭，进而控制用电器的使用情况；留言模块用于同一块电表的不同使用者之间或用户与管理员之间的通信，来表达他们对电表的需求。
进一步地，所述用电信息包括用电量和功率，用电量包括年用电量、月用电量。
进一步地，所述电表为单个电表或集群电表，集群电表为将多个电表通过WiFi连接到服务器，利用服务器对电表进行集群管理的电表群。
对于集群电表的用户，通过留言模块管理员可以给集群用户中的成员留言，成员也可通过留言模块给管理员留言。对于单个电表的用户，使用这块电表的一个成员也可通过留言模块告诉使用这块电表的其他成员其特殊的用电需求。
进一步地，所述电表的CPU型号为STC89C52RC。
进一步地，所述电量计量模块所用芯片为ADE7755电量计量芯片。
一种电表远程监控优化节能控制方法，包括如下步骤：
（1）在用电端安装电表，电表中的信息采集模块将用电信息经电量计量模块处理后传输到串口wifi模块，串口wifi模块接收用电信息；
（2）首先管理员或用户用手机或电脑搜索电表的wifi信号，并连接，然后从IE浏览器输入电表wifi模块的默认IP地址，并将电表wifi模块设定为STA站点，并连接上可上网的路由器，这样电表即可连上局域网，联网后串口wifi模块将数据通过路由器上传至客户端软件；
（3）管理员或用户打开手机app或客户端软件通过查询模块即可查询电表当前功率以及年（月）用电量，并且可以向电表发送断开或接通命令以对220v市电开关进行远程监控调节。
所述远程监控调节为：首先用户利用客户端软件中的查询模块根据电表数据查询用电信息并判断线路的状态；根据所查询的用电信息，通过控制模块向电表发送线路关闭或导通的命令，实时控制电表中某个线路的继电器开关来控制该线路的开与闭，进而实现远程控制用电器的使用情况，同时客户端软件显示新的开关状态。
步骤（3）具体为用户登录后，点击程序界面上的查询按钮，软件则显示智能电表通过串口WiFi通信模块发出的电表数据，通过查询模块可以查询到电表当前功率、年用电量、月用电量，通过软件远程操作线路的继电器开关即可了解各个线路的用电情况。
所述电表中的继电器开关状态可以在用户终端软件上实时地显示，若需要断开或接通某线路，则通过客户端软件远程发送断开或接通的指令给电表，以实现线路继电器开关的关与闭的控制。
对于集群电表，所述客户端软件中还设有管理员账号和用户账号，在节能控制过程中管理员帐号可设定各电表的功率上限和控制各电表，用户只能查看自己的电表和控制自己的电表开关；学校和企事业单位也可通过设定某时段的用电最大功率以达到节能减排的目的。
本发明的积极效果是：
本发明成功达到了高精度、低功耗、高稳定性的高性能要求，（1）电表的电量计量模块中采用了业内领先的ADE7755电量计量芯片，得到电量脉冲转换信号，保证了电量计量的高精度要求；（2）采用低功耗高性能而且便于编程管理的STC89C52RC作为电表CPU，把电量脉冲信号转换为功率，并统计各时间段用电度数；（3）采用成熟的串口wifi模块（USR-WIFI-232）进行远程通信，保证了通信的稳定性以及安全性；（4）客户端软件采用TCP/IP协议和远程电表建立连接，保证了通信的高效性和稳定性。通过这四项技术的组合，最终达到节能和安全用电的目的，从技术上看，具有重大突破和创新，并具有实用性。
附图说明
图1为本发明电表远程监控优化节能控制系统的通讯流程示意图；
图2为本发明电表远程监控优化节能控制方法的流程图；
图3为本发明中电表与负载的连接图；
图4为本发明中wifi模块内部设置页面图；
图5为本发明中客户端软件运行截图；
图6为本发明中采用集群方式工作的手机APP的工作流程图。
具体实施方式
实施例：
一种电表远程监控优化节能控制系统，包括智能电表、路由器和客户端软件，路由器与智能电表中的串口wifi模块无线连接，用于将电表中的数据通过串口wifi模块从串口接收数据并将数据上传到路由器；客户端软件与路由器通过因特网连接，用于接收已上传至路由器的电表数据，对数据进行监控调节。
电表包括信息采集模块、电量计量模块、串口wifi模块和继电器开关，继电器开关设于电表表头内，信息采集模块与电量计量模块连接，电量计量模块与串口wifi模块连接，信息采集模块将采集到的电量或功率信息经过电量计量模块中的电量计量芯片处理成电量脉冲，通过单片机转换成数据，再通过RS232接口传输到串口wifi模块上。
客户端软件为功能相同的手机APP，该APP软件包括查询模块、控制模块和留言模块；查询模块用于根据电表数据查询用电信息并判断线路的状态，控制模块用于根据用电信息，向电表发送线路关闭和导通的命令，实时控制电表中继电器的开关来控制某个线路开与闭，进而控制用电器的使用情况；留言模块用于同一块电表的不同使用者之间或用户与管理员之间的通信，来表达他们对电表的需求。
用电信息包括房间内的用电量和功率。由于照明、空调和壁插三个线路是分开的，通过总功率基本可以判定三个线路的负荷，通过远程接通和断开三个线路即可判定三个线路的用电情况，达到安全用电和节能的目的。用电量包括年用电量、月用电量。
电表表头将采集到的电量和功率信息通过RS232接口传输到串口wifi模块上，wifi模块只要从串口接收到数据就马上把数据上传到附近路由器上，联网的路由器再将数据上传到因特网，最终再传到联网的客户端或者服务器（集群用户）。而客户端或服务器对远程开关的操作则是相反的过程。整个过程通信路径为：节能电表-wifi模块-路由器-因特网-客户端（手机/电脑）-因特网-路由器-wifi模块-电表-开关，如图1。
具体的，电表安装设置的相关流程及电表远程监控优化节能控制方法如图2所示：
（1）在家用电器用电端安装电表，电表上对应有三个接口，三个接口分别接火线、零线和负载，其中负载的另一端与零线连接（如图3）；电表中的信息采集模块将用电信息经电量计量模块处理后传输到串口wifi模块，串口wifi模块接收用电信息；
（2）管理员或用户用手机或电脑搜索电表的wifi信号，并连接，然后从IE浏览器输入电表wifi模块的默认IP地址，进入wifi模块内部设定的页面将电表wifi模块设定为STA站点，并连接上可上网的路由器，如图4所示，这样电表即可连上局域网，联网后电表的串口wifi模块通过路由器将数据上传至客户端软件；
（3）管理员或用户打开客户端软件，输入wifi模块的IP和对应的端口号即可对电表进行监控，即远程用户打开手机app或客户端软件通过查询模块即可查询电表当前功率以及年（月）用电量，并且可以向电表发送断开或接通命令对220v市电开关进行远程监控调节。这里的wifi模块IP是局域网的路由器所分配的，如果要进行外网连接只需要对路由器进行IP地址和wifi模块的端口号进行端口映射，客户端软件即可通过外网访问局域网的电表。软件运行截图如图5所示；在客户端软件中，用户可以随时查看自己房间里的用电情况，如果发现一些问题可以通过这个软件和使用者留言，并可以根据自己的需要远程控制它们。
客户端软件用C语言编写的，其可移植性强。用户通过手机或电脑安装上此客户端软件，并登录后，点击软件界面的查询按钮，此软件就会显示智能电表通过WiFi通信模块发出的用电信息，用电信息包括电表当前功率和用电量，用电量包括年用电量、月用电量，该手机客户端软件可以根据智能电表上的用电量信息和开关的状态判断各线路的用电情况；所述电表三个线路的开关状态可以在用户终端软件上实时地显示，用户可以根据当时信息，若需要断开或接通某线路，则通过软件客户端远程向智能电表发送断开或接通的指令给电表，通过控制继电器的开关来控制各线路，以实现电表三个线路开关的关与闭的控制。这些控制也可以通过服务器上的程序操作，使用者也可以把它当作远程操控的排插使用。
同时，也可以将电表群通过WIFI连接到服务器，服务器可以对电表的数据进行集群管理。采用集群方式工作的客户端软件手机APP的工作过程如图6所示。此手机APP包括查询模块、留言模块和控制模块。用户利用手机APP来访问服务器，得到电表的数据，手机APP用户有管理员和成员之分，管理员的权限高，可以访问所有与此服务器连接的电表信息，即可以设定各电表的功率上限和控制各电表，而普通成户只能够访问自己的电表信息，即只能查看自己的电表和开闭自己的电表开关。管理员的命令的优先等级要高于成员的命令。用户通过手机APP发送的命令，传送到服务器，服务器根据命令的来源，将此命令发送给电表，电表再根据命令的信息对相应线路的继电器的开关进行控制，从而达到控制用电器的使用。基于上述描述，学校和企、事业单位可以通过设定某时段的用电最大功率以达到节能减排的目的。
此外，对于集群用户，（不仅是集群用户，还包括一个房间里的不同用户即同一块电表的不同用户），成员可以通过该客户端软件给管理员留言，告诉管理员一些用电信息。如某天晚上要彻夜使用某台机器，告诉管理员提高用电上限和改变时间控制，不要给其断电。通过留言模块管理员也可以给集群用户中的成员留言。对于单个电表的用户，使用这块电表的一个成员也可通过留言模块告诉这块电表的其他使用者其特殊的用电需求。即：
（1）用户需注册，进而登录到自己的账户；
（2）查询模块，可以查询自己电表的功率和用电量，包括年用电量和月用电量；可以查询三个线路的状态，继电器的关闭。
（3）留言模块，管理员可以留言告诉成员一些注意事项等内容。成员也可以留言告诉管理员或使用同一块电表的其他使用者其特殊的用电需求，如一位用户有一天整晚上要用电，其可以通过留言告诉管理员提高功率上限以及通过留言告诉这块电表的其他使用者不要给其切断电源的用电需求。
（4）控制模块，客户端软件和服务器网页根据客户要求向智能电表发送相关命令，控制其各个线路的断开和连接，这项任务是通过继电器的开关来完成的。

Claims (10)

1.一种电表远程监控优化节能控制系统，其特征在于，包括电表、路由器和客户端软件，路由器与电表中的串口wifi模块无线连接，用于将电表中的数据通过串口wifi模块从串口接收数据并将数据上传到路由器；客户端软件与路由器通过因特网连接，用于接收已上传至路由器的电表数据，对数据进行监控调节。
2.如权利要求1所述的电表远程监控优化节能控制系统，其特征在于，所述电表包括信息采集模块、电量计量模块、串口wifi模块和继电器开关，继电器开关设于电表表头内，信息采集模块与电量计量模块连接，电量计量模块与串口wifi模块连接，信息采集模块将采集到的电量或功率信息经过电量计量模块中的电量计量芯片处理成电量脉冲，通过单片机转换成数据，再通过接口传输到串口wifi模块上。
3.如权利要求1所述的电表远程监控优化节能控制系统，其特征在于，所述客户端软件为手机APP或电脑软件，所述客户端软件包括查询模块、控制模块和留言模块；查询模块用于根据电表数据查询用电信息并判断线路的状态；控制模块用于根据用电信息，向电表发送线路关闭和导通的命令，实时控制电表中继电器的开关来控制某个线路开与闭，进而控制用电器的使用情况；留言模块用于同一块电表的不同使用者之间或用户与管理员之间的通信，来表达他们对电表的需求。
4.如权利要求3所述的电表远程监控优化节能控制系统，其特征在于，所述用电信息包括用电量和功率，用电量包括年用电量、月用电量。
5.如权利要求1所述的电表远程监控优化节能控制系统，其特征在于，所述电表为单个电表或集群电表，集群电表为将多个电表通过WiFi连接到服务器，利用服务器对电表进行集群管理的电表群。
6.如权利要求1所述的电表远程监控优化节能控制系统，其特征在于，所述电表的CPU型号为STC89C52RC。
7.如权利要求2所述的电表远程监控优化节能控制系统，其特征在于，所述电量计量模块所用芯片为ADE7755电量计量芯片。
8.一种电表远程监控优化节能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）在用电端安装电表，电表中的信息采集模块将用电信息经电量计量模块处理后传输到串口wifi模块，串口wifi模块接收用电信息；
（2）远程用户或管理员用手机或电脑搜索电表的wifi信号并连接，再在浏览器输入串口wifi模块的默认IP地址，将电表串口wifi模块设定为STA站点，并连接上可上网的路由器，这样电表即可连上局域网，联网后串口wifi模块将用电信息通过路由器上传至客户端软件；
（3）远程用户或管理员手机App或客户端软件通过查询模块即可查询用电信息，并且可以向电表发送断开或接通命令以对市电开关进行远程监控调节；
所述远程监控调节为：首先用户利用客户端软件中的查询模块根据电表数据查询用电信息并判断线路的状态；根据所查询的用电信息，通过控制模块向电表发送线路关闭或导通的命令，实时控制电表中某个线路的继电器开关来控制该线路的开与闭，进而实现远程控制用电器的使用情况，同时客户端软件显示新的开关状态。
9.如权利要求8所述的电表远程监控优化节能控制系统的节能控制方法，其特征在于，所述电表中的继电器开关状态可以在用户终端软件上实时地显示，若需要断开或接通某线路，则通过客户端软件远程发送断开或接通的指令给电表，以实现继电器开关的关与闭的控制。
10.如权利要求8所述的电表远程监控优化节能控制方法，其特征在于，对于集群电表，所述客户端软件中还设有管理员账号和用户账号，在节能控制过程中管理员帐号可设定各电表的功率上限和控制各电表，用户只能查看自己的电表和控制自己的电表开关。
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