CN106097584A - 一种用校园一卡通进行电能计费的插座系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用校园一卡通进行电能计费的插座系统，包括一组插座、电子开关、数据采集模块、计费管理模块和校园一卡通管理模块，每个插座通过电子开关接入220v输入电源，数据采集模块包括微控制单元、电流取样单元、电压取样单元、电能计量单元、射频卡感应单元和RFID读写模块，电流取样单元和电压取样单元接入220v输入电源进行取样后分别将所取到的电流数据和电压数据传送到电能计量单元，电能计量单元传输给微控制单元，射频卡感应单元通过RFID读写模块与微控制单元连接，微控制单元与电子开关和计费管理模块连接，计费管理模块与校园一卡通管理模块连接。本发明通过用电需使用校园一卡通进行身份识别和计费，实时屏蔽大功率违章电器的取电接口，为实现节约用电提供技术条件。

Description

一种用校园一卡通进行电能计费的插座系统

技术领域

本发明涉及电能测量和控制技术领域，具体说是一种基于射频卡身份识别的电能计费插座系统。

背景技术

“智慧低碳城市”能对包括政务、民生、能源环境及公共安全等在内的各种需求做出智能化响应及决策支持，它是一种新型的城市发展模式，也是未来城市发展的必然趋势。在倡导智慧低碳城市的健康发展理念的新时期下，各地都在聚焦智慧低碳城市整体规划设计。

高校单位作为用电量大的单位，如何进行合理匹配用电负荷，引导全校科学节能用电，倡导智慧低碳发展是一项重要的研究课题。校园环境中，宿舍、食堂、教室、图书馆、活动中心等所有公共场所，遍布的取电插座为师生的电脑、手机、风扇的能量补给提供了便利，免费的取电方式造成了师生的节能意识淡薄，开窗开空调、无人留灯、取暖、开风扇现象无法避免，造成了能源的极大浪费，与低碳校园的发展背道而驰。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种用校园一卡通进行电能计费的插座系统。融入现代电子的传感检测、控制和数据分析等技术，在微处理器控制下，准确、有序地自动进行授权取电、电量统计分析、金额计费等功能。实现全校内所有取电接口的用电身份识别及数据统计分析功能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用校园一卡通进行电能计费的插座系统，包括一组插座、电子开关、数据采集模块、计费管理模块和校园一卡通管理模块，每个所述插座通过所述电子开关接入220v输入电源，所述数据采集模块包括微控制单元、电流取样单元、电压取样单元、电能计量单元、射频卡感应单元和RFID读写模块，所述电流取样单元和电压取样单元接入220v输入电源进行取样后分别将所取到的电流数据和电压数据传送到所述电能计量单元，电能计量单元传输给所述微控制单元，所述射频卡感应单元通过所述RFID读写模块与所述微控制单元连接，所述微控制单元与所述电子开关和所述计费管理模块连接，所述计费管理模块与所述校园一卡通管理模块连接。

本发明进一步的设计方案中，上述电流取样单元选用罗氏线圈，所述电压取样单元采用变压器，所述电能计量单元采用ADE7753芯片，所述电子开关选用MOSFET继电器，所述RFID读写模块采用基站芯片U2270B。

本发明进一步的设计方案中，上述微控制单元采用STM32F103系列芯片。

本发明进一步的设计方案中，上述计费管理模块包括主微控制单元、实时时钟单元和以太网驱动单元，所述实时时钟单元和以太网驱动单元分别与所述主微控制单元连接，所述主微控制单元通过所述以太网驱动单元与所述校园一卡通管理模块连接，所述实时时钟单元选用DS1302芯片，用于给所述主微控制单元提供实时时间。

本发明进一步的设计方案中，上述主微控制单元采用STM32F103系列芯片。

本发明进一步的设计方案中，上述太网驱动单元采用W5100型号以太网驱动芯片。

本发明进一步的设计方案中，上述数据采集模块还包括LCD显示屏，所述LCD显示屏与所述微控制单元连接。

本发明进一步的设计方案中，上述数据采集模块还包括ZigBee路由器，所述ZigBee路由器与所述微控制单元连接，所述计费管理模块还包括ZigBee协调器，所述ZigBee协调器与所述主微控制单元连接，所述数据采集模块与所述计费管理模块通过所述ZigBee路由器及ZigBee协调器进行无线连接。这样每个插座成为一个插座子节点，与作为主节点的数据采集模块进行无线通信。

本发明进一步的设计方案中，上述ZigBee路由器采用CC2420芯片及2.4GHz射频天线。

本发明具有以下突出的有益效果：

本发明中插座子节点装有一卡通读卡装置，并通过Zigbee与计费管理模块进行用户身份甄别、扣费等信息交换；插座子节点具有电流采样和电压采样功能，根据采集的电压、电流信息，利用专用芯片获取电能、功率因素等数据。多个插座子节点和主节点通过Zigbee进行无线通信。主节点具有实时时钟模块，为系统数据提供时钟标签。主节点与上位机一卡通计费管理系统软件通过以太网进行通讯，可以从上位机数据库中实时获取用户信息，还可将子节点用电信息实时上传给上位机计费系统和数据库。

通过本发明，学校的师生用电需使用校园一卡通进行身份识别和计费，实时屏蔽大功率违章电器的取电接口，为实现节约用电提供技术条件。实现智慧低碳化的校园用电新模式。

附图说明

图1是本发明的系统组网示意图；

图2为本发明中插座子节点的系统连接框图。

图中，101-220v输入电源，102-电流取样单元，103-电压取样单元，104-电能计量单元，105-电子开关，106-微控制单元MCU，107-输出插座，108-LCD显示模块，109-射频卡感应单元，110-RFID读写模块，111-Zigbee路由器,21-Zigbee协调器，22-主微控制单元，23-以太网驱动单元，24-实时时钟单元,31-校园一卡通管理模块，32-数据库。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明:

参见图1、图2，一种用校园一卡通进行电能计费的插座系统，包括一组插座107，其特征在于，还包括电子开关105、数据采集模块、计费管理模块和校园一卡通管理模块31，每个所述插座107通过所述电子开关105接入220v输入电源101，所述数据采集模块包括微控制单元106、电流取样单元102、电压取样单元103、电能计量单元104、射频卡感应单元109、LCD显示屏和RFID读写模块110，所述电流取样单元102和电压取样单元103接入220v输入电源101进行取样后分别将所取到的电流数据和电压数据传送到所述电能计量单元104，电能计量单元104传输给所述微控制单元106，LCD显示屏与所述微控制单元106连接；所述射频卡感应单元109通过所述RFID读写模块110与所述微控制单元106连接，所述微控制单元106与所述电子开关105和所述计费管理模块连接，所述数据采集模块还包括Zigbee路由器111，所述Zigbee路由器111与所述微控制单元106连接，所述计费管理模块还包括Zigbee协调器21，所述Zigbee协调器21与所述主微控制单元22连接，所述数据采集模块与所述计费管理模块通过所述Zigbee路由器111及Zigbee协调器21进行无线连接，Zigbee路由器111采用CC2420芯片及2.4GHz射频天线。其中，微控制单元106采用STM32F103系列芯片，所述电流取样单元102选用罗氏线圈，所述电压取样单元103采用变压器，所述电能计量单元104采用ADE7753芯片，所述电子开关105选用金属氧化物半导体场效应晶体管，所述RFID读写模块110采用基站芯片U2270B。

所述计费管理模块包括主微控制单元22、实时时钟单元24和以太网驱动单元23，所述实时时钟单元24和以太网驱动单元23分别与所述主微控制单元22连接，所述主微控制单元22通过所述以太网驱动单元23与所述校园一卡通管理模块31连接，所述实时时钟单元24选用DS1302芯片，用于给所述主微控制单元22提供实时时间。其中，主微控制单元22采用STM32F103系列芯片；太网驱动单元采用W5100型号以太网驱动芯片。

图1是本发明的组网系统结构，包括区域网内所有带Zigbee路由器111的电能计量插座107和具有Zigbee协调器21的主节点、具有数据库32的校园卡计费管理系统软件。各子节点读取的校园卡识别、卡户余额、扣费单价等受控于上位机系统软件，之间的信息传输中介是具有Zigbee协调器21的主节点。

图2是插座107子节点系统连接框图。交流220V插座107的内置电流取样端口将电流信号送入电流取样单元102，内置电压采样端口将电压信号送入电压取样单元103；电能计量单元104根据电流取样和电压取样信号经过数据处理实时得到有功功率、无功功率、功率因素、电压有效值、电流有效值等数据。微控制单元106通过RFID读写模块110对放入射频卡感应区的射频卡进行身份识别、用电授权、电费扣款等读写操作。当用户射频卡授权成功后，微控制单元106打开电子单元开关，使得输出插座107可以从220V交流插座107的内部端口取电。系统工作过程中，LCD显示模块108实时显示用户身份信息、用电量信息、卡内余额、预期用电剩余时间、子节点插座107累计用电量等。Zigbee路由器111和Zigbee协调器21主节点实时通讯，完成用户信息上传，广播接收等功能。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用校园一卡通进行电能计费的插座系统，包括一组插座（107），其特征在于，还包括电子开关（105）、数据采集模块、计费管理模块和校园一卡通管理模块（31），每个所述插座（107）通过所述电子开关（105）接入220v输入电源（101），所述数据采集模块包括微控制单元（106）、电流取样单元（102）、电压取样单元（103）、电能计量单元（104）、射频卡感应单元（109）和RFID读写模块（110），所述电流取样单元（102）和电压取样单元（103）接入220v输入电源（101）进行取样后分别将所取到的电流数据和电压数据传送到所述电能计量单元（104），电能计量单元（104）传输给所述微控制单元（106），所述射频卡感应单元（109）通过所述RFID读写模块（110）与所述微控制单元（106）连接，所述微控制单元（106）与所述电子开关（105）和所述计费管理模块连接，所述计费管理模块与所述校园一卡通管理模块（31）连接。

2.根据权利要求1所述的用校园一卡通进行电能计费的插座系统，其特征在于，所述电流取样单元（102）选用罗氏线圈，所述电压取样单元（103）采用变压器，所述电能计量单元（104）采用ADE7753芯片，所述电子开关（105）选用金属氧化物半导体场效应晶体管或继电器，所述RFID读写模块（110）采用基站芯片U2270B。

3.根据权利要求1所述的用校园一卡通进行电能计费的插座系统，其特征在于，所述微控制单元（106）采用STM32F103系列芯片。

4.根据权利要求1所述的用校园一卡通进行电能计费的插座系统，其特征在于，所述计费管理模块包括主微控制单元（22）、实时时钟单元（24）和以太网驱动单元（23），所述实时时钟单元（24）和以太网驱动单元（23）分别与所述主微控制单元（22）连接，所述主微控制单元（22）通过所述以太网驱动单元（23）与所述校园一卡通管理模块（31）连接，所述实时时钟单元（24）选用DS1302芯片，用于给所述主微控制单元（22）提供实时时间。

5.根据权利要求4所述的用校园一卡通进行电能计费的插座系统，其特征在于，所述主微控制单元（22）采用STM32F103系列芯片。

6.根据权利要求4所述的用校园一卡通进行电能计费的插座系统，其特征在于，所述太网驱动单元采用W5100型号以太网驱动芯片。

7.根据权利要求1-6任一所述的用校园一卡通进行电能计费的插座系统，其特征在于，所述数据采集模块还包括LCD显示屏，所述LCD显示屏与所述微控制单元（106）连接。

8.根据权利要求1-6任一所述的用校园一卡通进行电能计费的插座系统，其特征在于，所述数据采集模块还包括Zigbee路由器（111），所述Zigbee路由器（111）与所述微控制单元（106）连接，所述计费管理模块还包括Zigbee协调器（21），所述Zigbee协调器（21）与所述主微控制单元（22）连接，所述数据采集模块与所述计费管理模块通过所述Zigbee路由器（111）及Zigbee协调器（21）进行无线连接。

9.根据权利要求8所述的用校园一卡通进行电能计费的插座系统，其特征在于，所述Zigbee路由器（111）采用CC2420芯片及2.4GHz射频天线。