CN202025224U - 智能办公室节能控制系统 - Google Patents

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丁增华
董晋彪
陈金叶
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Abstract

一种智能办公室节能控制系统,其特征是它包括总控制设备(1)和被控设备节能终端(2),总控制设备(1)和被控设备节能终端(2)通过以太网或无线网相连,所述的总控制设备(1)主要由ARM/DSP主模块(4)和ZigBee通信模块(5)组成,ZigBee通信模块(5)通过串行接口与ARM/DSP主模块(4)相连;所述的被控设备节能终端(2)主要由ZigBee通信节点模块(6)、终端控制器(7)及信息采集传感器(8)组成,用于采集被控设备工作状态信息或环境信息的信息采集传感器(8)的信号输出端与终端控制器(7)的信号输入端相连,终端控制器(7)的输出端与ZigBee通信节点模块(6)的输入端相连,ZigBee通信节点模块(6)通过无线与总控制设备(1)中的ZigBee通信模块(5)相连。本实用新型结构简单,节能效果好。

Description

智能办公室节能控制系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种节能控制系统,尤其是一种基于ZigBee物联网的办公室节能系统,具体地说是一种能够实现对公办室内的电脑、空调、照明等用电设备进行远程控制的智能办公室节能控制系统。
背景技术
[0002] 2008年,一场席卷全球的金融危机对全球经济产生了深刻影响。世界各国都在探讨彻底摆脱危机的方法和措施。同时,由碳排放引起的全球气候变暖同时在威胁我们的生存环境;摆脱经济危机和解决全球气候变暖问题、推行低碳经济成为世界关注的焦点。在我国,调整产业结构、推行低碳经济被认为是未来5—10年内中国走出危机、进入新一轮经济增长的关键。大力发展信息技术、提倡节能减排与低碳经济密切相关,受到了越来越多地关注。2009年,中国提倡要发展物联网产业,它与无线互联网、无线传感网、信息技术等密切相关。
[0003] 当前,中国面临的能源短缺问题比较突出。同时,浪费能源的现象也十分严重。与发达经济体相比,中国的单位GDP能耗高出很多。因此,有专家指出,降低单位GDP能源消耗是比采用新能源更紧迫的问题。节能这个词已经深入到我们千家万户中。然而,在日常生活和工作中,能源的浪费现象很是严重,如长明灯、无人开空调、计算机长期不关机等均是十分重要的能源浪费的源头。如果可以减少这些资源的浪费,我国的能源短缺问题将会有很大的改善。
发明内容
[0004] 本实用新型的目的是针对目前办公室中电脑、空调、电灯等用电设备因无法实现自动断电和有效的控制而造成用电浪费的现象,设计一种能根据使用情况和办公室内人员情况自动进行断电的智能办公室节能控制系统。
[0005] 本实用新型的技术方案是:
[0006] 一种智能办公室节能控制系统,其特征是它包括总控制设备1和被控设备节能终端2,总控制设备1和被控设备节能终端2通过以太网或无线网相连,所述的总控制设备1 主要由ARM/DSP主模块4和ZigBee通信模块5组成,Z igBee通信模块5通过串行接口与ARM/DSP主模块4相连;所述的被控设备节能终端2主要由ZigBee通信节点模块6、终端控制器7及信息采集传感器8组成,用于采集被控设备工作状态信息或环境信息的信息采集传感器8的信号输出端与终端控制器7的信号输入端相连,终端控制器7的输出端与 ZigBee通信节点模块6的输入端相连,ZigBee通信节点模块6通过无线与总控制设备1中的ZigBee通信模块5相连。
[0007] 所述的总控制设备1还连接有GSM/3G通信模块3,所述的GSM/3G通信模块3通过无线方式与被控设备节能终端2中的无线收发模块相连。
[0008] 所述的被控设备为计算机9时,计算机9分别通过以太网和ZigBee通信节点模块6与总控制设备1相连。
[0009] 所述的信息采集传感器8包括温度传感器、释电红外传感器、光强传感器。
[0010] 本实用新型的有益效果:
[0011] 1.本实用新型针对日常生活、办公中出现的能源浪费现象,采用与物联网密切相关的无线传感网技术、第二代或第三代移动通信技术和信息技术,设计的办公楼节能自动管理系统以智能手机平台中采用的ARM+ DSP双核处理器0MAP3530 SOC作为核心模块,用传感器实时采集各种状态信息(如房间是否有人、电脑是否长期开着没人用、电风扇和空调是否开着等),通过ZigBee无线传感网,无线发送到汇集节点进行处理,并根据事先设置的模型,对电脑,空调,电灯等各种电器设备实施智能的控制。同时,通过手机短信或3G网络, 也可以对上述各种电器实施人工控制和干预。通过ZigBee节点还可以与门禁系统相连,实现防盗监控。它不仅适用于办公楼,同样适合家用。通过简易的改造和扩展还可以成为家庭的智能管理系统,具有很强的扩展性。
[0012] 2.本实用新型采用最新的物联网技术,使用了 ZigBee无线通信模块,可以实现自由组网,每个ZigBee都是子网的一个节点。并将无线传感网、GSM网络、以太网络和信息处理技术结合在一起,实现了多种技术的融合。
[0013] 3.本实用新型可实现两种节能方式,可用手机发送短信实现人工的控制,也可以通过传感器采集到的信息来实现自动的节能控制。
[0014] 4.本实用新型可通过专门的系统控制软件来对计算机进行监测,长时间没有键盘和鼠标的动作就自动关机。
[0015] 5.本实用新型可通过温度传感器实时监测室温,在使用空调的时候,可实时调节温度,到达适当的温度后就不在降温或升温,从而实现节能。
[0016] 6.本实用新型通过可热释电红外传感器来监测房间内是否有人,长时间没有人则自动实现计算机的关机,插座的断电,以及空调的关闭等等来实现节能。
[0017] 7.本实用新型可采用嵌入式系统作为开发平台。此系统有配有很多的外设接口, 因此作品有很强的扩展性。
[0018] 8.本实用新型充分考虑了实用性和扩张性:ZigBee节点采用电池供电,2节7号电池可以长时间工作;通过短信可以实现人工远程操作,也可以通过短信查询状态,也可以通过短信对电脑进行强制关机;智能控制中心采用低功耗的0MAP3530做平台,本身很节能, 而且具有很强的扩张性。
附图说明
[0019] 图1是本实用新型的ZigBee网络通信示意图。
[0020] 图2是本实用新型的组成结构框图示意图。
[0021] 图3是本实用新型的一个具体的信息采集传感器的工作流程图。
[0022] 图4是本实用新型的一个具体的监控动作流程示意图。
[0023] 图5是本实用新型的交流强电控制开关电原理图。
[0024] 图6是图5所示的带光耦隔离的交流强电电子开关的等效原理图。
[0025] 图7是本实用新型的ZigBee网络的节点示意图。具体实施方式
[0026] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0027] 如图1-7所示。
[0028] 一种智能办公室节能控制系统,它包括总控制设备1和被控设备节能终端2,如图 2所示,图2中仅列举了几种办公室常见的需要控制的又容易造成浪费的用电设备,总控制设备1和被控设备节能终端2通过以太网或无线网相连,所述的总控制设备1主要由ARM/ DSP主模块4和ZigBee通信模块5组成,Z igBee通信模块5通过串行接口与ARM/DSP主模块4相连;所述的被控设备节能终端2主要由ZigBee通信节点模块6、终端控制器7及信息采集传感器8组成,所述的信息采集传感器8包括温度传感器、释电红外传感器、光强传感器等中的一种或几种。用于采集被控设备工作状态信息或环境信息的信息采集传感器8 的信号输出端与终端控制器7的信号输入端相连,终端控制器7的输出端与ZigBee通信节点模块6的输入端相连,ZigBee通信节点模块6通过无线与总控制设备1中的ZigBee通信模块5相连。所述的总控制设备1还连接有GSM/3G通信模块3,所述的GSM/3G通信模块 3通过无线方式与被控设备节能终端2中的无线收发模块相连。所述的被控设备可为计算机、空调、电灯、电风扇、各类插座等,如图2所示,当被控设备为计算机9时,计算机9分别通过以太网和ZigBee通信节点模块6与总控制设备1相连。详述如下:
[0029] 本实用新型主要由基于ZigBee (支持IEEE802. 15. 4协议)的传感和控制节点、短信或3G通信模块、基于0MAP3530和ZigBee汇集节点的智能控制中心和被控的电脑、电风扇、电灯、空调等构成。其中,传感和控制节点还可以扩展成智能遥控开关。系统构成框图如图1所示。
[0030] 0MAP;3530在单一的芯片上集成了 ARM Cortex_A8内核、DSP内核、图形引擎以及达芬奇技术。它扩展了 USB接口、UART接口、IXD屏接口、语音和图形接口等,可以外扩以太网接口,方便与电脑连接。通过UART接口与短信模块连接,将来也可以通过USB接口与3G通信模块连接。ZigBee汇集节点通过UART接口与0MAP3530相连。
[0031] ZigBee汇集节点上除通信模块外,还集成了光传感器、热释电传感器和声音传感
嬰坐
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[0032] ZigBee传感和控制节点上包括ZigBee无线节点、各种传感器和交流强电控制开关等,采用电池供电。
[0033] 实现智能节能控制的途径主要有两条。
[0034] 1、通过发送短信的方式来节能
[0035] 发送相应的控制命令实现对电灯、电脑、空调合其他电器设备的远程断电。同时, 也可以通过短信对空调的温度进行设定。当然,我们设有一定的安全防护。我们设立了密码机制,只有在输入正确密码的情况下才能进行远程控制。
[0036] 2、通过设备的自动感应和智能判决来实现节能
[0037] 在ZigBee传感和控制节点上设有很多传感器,比如热释电红外传感器,温度传感器等等。各个传感器实时将采集到的信息通过Zigbee网络发送给智能控制中心。控制中心对收到的信息进行处理和判决,然后通过Zigbee网络将控制信息发送给各个被控设备。 被控设备接到控制命令后自动执行断电或供电命令。由此,各个电器就可以在办公室内无人的时候自动断电实现节能。对计算机的控制通过以太网接口来实现。智能办公楼节能管理系统的详细结构如图2所示。
[0038] 本实用新型的工作原理及性能分析
[0039] ( 1)信息采集传感器模块
[0040] 本模块的功能是通过各类传感器采集数据,并把数据送给单片机,单片机作适当处理后通过ZigBee模块与控制中心实现实时通信。如图3所示。
[0041] 热释电红外传感器可以检测室内有没有人的活动。当没人时,输出口会送给单片机高电平,并一直保持,直到有人的活动。而单片机收到高电平信号后就开始计时,计时过程中如果高电平信号消失,计时器清零。如图4所示
[0042] 温度传感器DS18B20则能够实时的对室温进行AD采样,采样的结果将会通过单总线协议发送给单片机。单片机对收到的信息进行处理后得出当前的温度值。
[0043] 而单片机与控制中心的信息传递则有两种方案可以实现:
[0044] 1)、当计时达到某个数值时(例如半个小时),单片机向ZigBee发送有关状态的数值。连着ZigBee模块的总控设备间隔一段时间就可以知道一次办公室的状态信息。并可以根据此信息作出一定的处理,及时向被控设备发出控制信息。
[0045] 2)、当控制中心发出查询命令时,单片机将各个传感器的状态数据通过ZigBee发送给总控设备。例如,单片机从无人时开始计时,当控制中心询问此刻有多久没人时,单片机回复计时器内的数值。当被询问实时温度值是就恢复温度值。
[0046] (2)计算机控制模块
[0047] 办公楼内有很多的计算机,现在,长时间使用计算机或下班离开后忘记关机的情况十分严重。很多的电能因此白白消耗。因此,对计算机实现智能控制对办公室的节能有很大的帮助。为此,通过设计一个简单的终端控制系统就可对被控计算机通过以太网和总控设备进行连接。当总控设备发来关机的控制命令时就执行自动关机的程序。此外,还可通过软件对计算机的鼠标和键盘进行实时监测。当监测到很长一段时间没有鼠标和键盘的动作时就提出提醒,若无人响应,就执行自动关机程序。具体设计时可采用windows操作系统作为终端控制系统,具有界面友好,操作简单的优点,控制端程序及客户端程序均采用汇编语言作为编写语言具有程序体积小,效率高的特点。客户端采用了开机自启动、线程防杀、dll注入等进程保护技术,以防止由于某种认为或者是非人为因数导致的客户端进程失去连接以及被非法终止。由于采用windows汇编语言编写,因此对客户端的系统占用量极低,并且在网络通信方面,通过借用办公楼内部的局域网大大的降低了进行重新布线的费用以及整个系统的功耗。
[0048] (3)智能插座模块
[0049] 此外,本实用新型还可通过智能插座实现对用电设备的自动切断。该智能插座插座内含有Zigbee模块,可以实时和总控设备进行通信。无人的时候,或是总控设备接到相应的短信命令以后会通过Zigbee模块对插座发送控制命令。插座部分的Zigbee接收到命令以后做出相应的断电或上电的处理。插座控制的是强电,而Zigbee模块给出的控制信号是弱电,该智能插座的控制电路如图5所示,它主要由光电耦合器件TLP521_1、晶体场效应管IPF9640、继电器RSD12VDC构成。TLP521_1是可控制的光电藕合器件,用于电路之间的信号传输,使之前端的控制信号与负载完全隔离,目的在于增加安全性,减小电路干扰,减化电路设计。
6[0050] 控制信号通常是低电平,耦合器件导通,场效应管也导通,继电器吸合,指向常闭引脚,用电器正常工作。当传输来的控制信号变成高电平时,耦合器件截止,场效应管也截止,继电器的COM端与OFF端向连,220V交流电被断开。这样就实现了通过弱电信号控制交流强电的功能。
[0051] 忽略内部的连接电路的原理图如图6所示。
[0052] (4) Zigbee无线通信模块(如图7所示)
[0053] 除了以太网、3G网络和GSM网络以外,Zigbee无线通信模块是又一个通信设备。 它连接了传感器、总控设备和各个被控设备。
[0054] 本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (4)

1. 一种智能办公室节能控制系统,其特征是它包括总控制设备(1)和被控设备节能终端(2),总控制设备(1)和被控设备节能终端(2)通过以太网或无线网相连,所述的总控制设备(1)主要由ARM/DSP主模块(4)和ZigBee通信模块(5)组成,Z igBee通信模块(5)通过串行接口与ARM/DSP主模块(4)相连;所述的被控设备节能终端(2)主要由ZigBee通信节点模块(6)、终端控制器(7)及信息采集传感器(8)组成,用于采集被控设备工作状态信息或环境信息的信息采集传感器(8)的信号输出端与终端控制器(7)的信号输入端相连, 终端控制器(7)的输出端与ZigBee通信节点模块(6)的输入端相连,ZigBee通信节点模块 (6)通过无线与总控制设备(1)中的ZigBee通信模块(5)相连。
2.根据权利要求1所述的智能办公室节能控制系统,其特征是所述的总控制设备(1) 还连接有GSM/3G通信模块(3),所述的GSM/3G通信模块(3)通过无线方式与被控设备节能终端(2)中的无线收发模块相连。
3.根据权利要求1所述的智能办公室节能控制系统,其特征是所述的被控设备为计算机(9)时,计算机(9)分别通过以太网和ZigBee通信节点模块(6)与总控制设备(1)相连。
4.根据权利要求1所述的智能办公室节能控制系统,其特征是所述的信息采集传感器 (8)包括温度传感器、释电红外传感器、光强传感器。
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