CN203909570U - 一种基于无线网络的学生宿舍用电管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线网络的学生宿舍用电管理系统，其特征在于:包括多路Zigbee采集器、Zigbee通信网络、Zigbee中心节点、远程通信网络和电能管理中心，多路Zigbee采集器与Zigbee通信网络相连接，Zigbee通信网络、Zigbee中心节点、远程通信网络和电能管理中心依次相连接。本实用新型成本较低、功耗较低、使用方便、监测全面、可靠性好、灵活性好、智能化程度高，有效解决了现有技术的不足。

Description

一种基于无线网络的学生宿舍用电管理系统

技术领域

本实用新型属于校园设备管理系统，具体涉及一种基于无线网络的学生宿舍用电管理系统。 

背景技术

随着生活水平的不断提高，大学生宿舍用电设备越来越多，考虑节约用电与安全，需要对宿舍各种电气设备用电时间和电流进行管理和控制。通过对大学生进行访谈发现，大多数大学生都需要利用晚上的时间对手机等电子设备进行充电，夜间需要上洗手间的学生占了71.1％。现在部分高校在晚上切断大学生宿舍电源，对大学生的夜间生活造成了很大的影响。部分高校对大学生晚上用电不加管制，大学生作息不规律，熬夜现象也比较严重，影响了睡眠质量和学习生活质量。 

随着全球范围内智能电网建设正逐步展开，用户端是智能电网重要组成部分，用户端的核心内容包括智能配电与能量管理、智能电器、用电安全、电力计量等多个方面。目前能量管理系统都会考虑采用多种通信技术混合组网的方式，以克服现有技术固有的一些不足，从而达到满足系统性能和投资回报的要求。目前工业以太网、电力线载波及无线短距离通信被认为是AMR自动抄表系统可用的解决方案。其中无线短距离通信是一个很好的本地通信网络的解决方案，工业以太网、GPRS及CDMA等远距离通信可以作为远程通信网络，以这样方式的混合组网被公认为一种很好的解决方案，但是以上方案存在高耗电、高成本、通信可靠性不佳等问题，不能较好实现电量的监测和管理。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于无线网络的学生宿舍用电管理系统。其在原有的学生宿舍电量 管理上增加了亮度、时间方面的管理，保留原有的宿舍用电收费管理以及用电器功率限制管理系统等基本功能，并采用ZigBee通信技术，具有低耗电、低成本、短距离、低数据速率、灵活性好、通信可靠性高的特点，有效解决了现有技术的不足。 

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于无线网络的学生宿舍用电管理系统，其特征在于:包括多路Zigbee采集器、Zigbee通信网络、Zigbee中心节点、远程通信网络和电能管理中心，所述多路Zigbee采集器与Zigbee通信网络相连接，所述Zigbee通信网络、Zigbee中心节点、远程通信网络和电能管理中心依次相连接，所述Zigbee采集器包括微处理器和与所述微处理器相连接的存储模块、数字照度传感器和通信模块，所述微处理器输入端与电源模块相连，所述微处理器输出端与催眠模块、显示模块和继电器控制模块相连，所述通信模块通过功率放大器与天线相连接，所述通信模块还与信号转换电路相连接，所述信号转换电路的输入端与电源模块、电表的输出端相连。 

进一步地，所述微处理器为MSP430系列单片机。 

进一步地，所述数字照度传感器型号为BH1750。 

进一步地，所述继电器控制模块型号为JQC-3FF。 

进一步地，所述通信模块采用MC13213芯片。 

进一步地，所述信号转换电路分RS485转换电路和以太网转换电路，其中以太网部分采用周立功的IPORT以太网模块。 

进一步地，所述功率放大器功率放大器采用SKY65336。 

进一步地，所述远程通信网络为以太网、GPRS、CDMA中任意一种。 

本实用新型与现有技术相比具有以下优点： 

1、本实用新型在原有的学生宿舍电量管理上增加了亮度、时间方面的管理，保留原有的宿舍用电收费管理以及用电器功率限制管理系统等基本功能，以时间和亮度为条件控制电能表动作，实现在原有管理基础上增加时间、亮度方面的管理，既能保证学生的夜间用电基本需求，又能降低 学生的活动强度，从而促进学生的睡眠质量和学习生活质量。 

2、本实用新型采用ZigBee通信技术对学生宿舍用电情况进行远程监测和管理，具有低耗电、低成本、短距离、低数据速率、灵活性好、通信可靠性高的特点。 

综上所述，本实用新型成本较低、功耗较低、使用方便、监测全面、可靠性好、灵活性好、智能化程度高，有效解决了现有技术的不足。 

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。 

附图说明

图1为本实用新型的整体结构框图； 

图2为本实用新型的Zigbee采集器结构框图； 

图3为本实用新型的Zigbee通信模块原理图； 

图4为本实用新型的功率放大器原理图； 

图5为本实用新型的继电器控制模块原理图； 

图6为本实用新型的Zigbee通信模块实体侧视图。 

附图标记说明: 

1-Zigbee采集器；1-1-微处理器；1-2-存储模块；1-3-电源模块； 

1-4-催眠模块；1-5-数字照度传感器；1-6-显示模块； 

1-7-继电器控制模块；1-8-通信模块；1-9-信号转换电路； 

1-10-功率放大器；1-11-天线；1-12-电表；2-Zigbee通信网络； 

3-Zigbee中心节点；4-远程通信网络；5-电能管理中心。 

具体实施方式

如图1和图2所示，一种基于无线网络的学生宿舍用电管理系统，其特征在于:包括多路Zigbee采集器1、Zigbee通信网络2、Zigbee中心节点3、远程通信网络4和电能管理中心5，所述多路Zigbee采集器1与Zigbee通信网络2相连接，所述Zigbee通信网络2、Zigbee中心节点3、远程通信网络4和电能管理中心5依次相连接。 

本实施例的远程通信网络采用工业以太网络，网络中电表的通信协议 采用MODBUS-RTU协议。整个系统中监控主机通过以太网按照TCP/IP协议把MODBUS-RTU命令数据传递给ZigBee网络中心节点，网络中心节点再通过单点对多点的通信模式，以广播的方式把命令数据帧传递给ZigBee无线网络中的各个ZigBee采集器，通过ZigBee采集器传递给485总线上的各个表计，如果表计的地址与命令帧中所涉及的地址吻合，则做出相应的数据回复，通过原路返回给监控主机。 

整个系统可以监测整幢学生宿舍楼宇的各个分项的电能计量，譬如一个楼层楼道耗电量、各个宿舍的耗电量、宿舍水房和厕所的耗电量等等，还可以以报表的形式分析该区域在一段时时间内的各个分项能耗占总能耗的百分比，以便宿舍电能管理中心了解这段时间里的各个分项的能耗，以制定出往后能耗管理方案，已达到节能减耗的效果。 

本实施例中，所述Zigbee采集器1包括微处理器1-1和与所述微处理器1-1相连接的存储模块1-2、数字照度传感器1-5和通信模块1-8，所述微处理器1-1输入端与电源模块1-3相连，所述微处理器1-1输出端与催眠模块1-4、显示模块1-6和继电器控制模块1-7相连，所述通信模块1-8通过功率放大器1-10与天线1-11相连接，所述通信模块1-8还与信号转换电路1-9相连接，所述信号转换电路1-9的输入端与电源模块1-3、电表1-12的输出端相连。 

本实施例中，所述微处理器1-1为MSP430系列单片机。 

本实施例中，所述数字照度传感器1-5型号为BH1750。BH1750内置16位A/D转换器，能够直接将光信号转换为数字信号，亮度测量范围为1～65535Lx。BH1750的工作电压为2.4V～3.6V，若采用单片机供电，就需要串联电阻进行分压。 

如图5所示，本实施例中，所述继电器控制模块1-7型号为JQC-3FF。利用JQC-3FF对宿舍的通电状态进行控制。JQC-3FF是常开型触点继电器，额定电压为5～48VDC，可以直接与单片机使用同一电源供电。最大切换电压为277VAC，可以直接用做宿舍干路220VAC的控制开关。接线电路如图5 所示，其中引脚3---5为继电器线圈接线端，1---4为继电器常开点，2---4为继电器常闭点，连接宿舍干线两端，引脚3的电平受单片机控制。引脚3为低电平时，线圈通电，2---4断开，宿舍停止供电，否则2---4接通，宿舍正常供电。 

如图3所示，本实施例中，所述通信模块1-8采用MC13213芯片。它是freescale第二代ZigBee芯片，内部带有MCU芯片和无线收发器，其原理图如图3所示，本实施例的ZigBee无线模块采用导轨式安装的安装方式，可以方便地安装在35mm的标准导轨上，这使模块能灵活的安装在各类配电箱、配电柜中，其外观侧视图如图6所示。 

整个ZigBee网络是由中心节点(即ZigBee网络终端模块)发起组建的，当网络建立成功后，此时在同一个网络频段上，并且拥有和ZigBee相同网络ID的ZigBee采集模块可以自动加入此ZigBee网络，并且每个ZigBee采集模块获得各自独立的网络地址。此时，整个ZigBee网络建立成功，可以准备数据的收发，ZigBee网络终端通过广播的方式传输数据。 

首先ZigBee采集模块接收来自ZigBee网络终端模块的数据。然后判断是不是传递给自己的数据，如果是自己的数据则上传相关的回复数据，如果不是则按照自己发现的路由表中的地址以广播的方式转发来自ZigBee网络终端模块的数据。最后完成所有工作后进入休眠模式，等待下次的访问。 

ZigBee采集模块及ZigBee网络终端都是采用透明传输，即直接把以太网的数据转换成ZigBee信号，其中不会增加多余数据，只把数据部分转发，自动去掉帧头、帧尾；RS485信号转换ZigBee信号也是一样的原理。 

本实施例中，所述信号转换电路1-9分RS485转换电路和以太网转换电路，其中以太网部分采用周立功的IPORT以太网模块。 

本实施例中，所述功率放大器1-10功率放大器采用SKY65336。它最大可以支持20dbm的功率放大功能，其原理图如图4所示。 

本实施例中，所述远程通信网络4为以太网、GPRS、CDMA中任意一种。 

本实施例中，催眠模块1-4主要是由蜂鸣器构成的发声系统。利用单片机的时钟中断控制发声节拍可产生轻音乐。 

实际使用过程中，系统主要是在特定的时间段内通过数字照度传感器1-5检测学生宿舍的亮度，根据亮度情况判断控制芯片的动作：亮度较小时保证宿舍正常供电，亮度较高时干预学生用电甚至利用继电器控制模块1-7切断宿舍电源。通过编程智能检测控制的方法干涉大学生的作息时间安排，以保证在合理的睡眠时间内学生处于低亮度环境，发现睡眠质量和学生入睡时的光线亮度呈负相关，提高了其睡眠质量。同时，宿舍的用电量情况通过Zigbee技术和远程通信技术(以太网、GPRS、CDMA)将信息以无线方式发送到电量管理中心5，其中包含电流、电压、电能等参数，及一些简单的开关量的控制，整个系统很好地对学生宿舍中各路进线回路进行了监测，并能真实的反映学生宿舍的负荷情况，将为节能减排做出应有的贡献。 

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。 

Claims (8)

1.一种基于无线网络的学生宿舍用电管理系统，其特征在于:包括多路Zigbee采集器(1)、Zigbee通信网络(2)、Zigbee中心节点(3)、远程通信网络(4)和电能管理中心(5)，所述多路Zigbee采集器(1)与Zigbee通信网络(2)相连接，所述Zigbee通信网络(2)、Zigbee中心节点(3)、远程通信网络(4)和电能管理中心(5)依次相连接，所述Zigbee采集器(1)包括微处理器(1-1)和与所述微处理器(1-1)相连接的存储模块(1-2)、数字照度传感器(1-5)和通信模块(1-8)，所述微处理器(1-1)输入端与电源模块(1-3)相连，所述微处理器(1-1)输出端与催眠模块(1-4)、显示模块(1-6)和继电器控制模块(1-7)相连，所述通信模块(1-8)通过功率放大器(1-10)与天线(1-11)相连接，所述通信模块(1-8)还与信号转换电路(1-9)相连接，所述信号转换电路(1-9)的输入端与电源模块(1-3)、电表(1-12)的输出端相连。 

2.根据权利要求书1所述的一种基于无线网络的学生宿舍用电管理系统，其特征是：所述微处理器(1-1)为MSP430系列单片机。 

3.根据权利要求书1所述的一种基于无线网络的学生宿舍用电管理系统，其特征是：所述数字照度传感器(1-5)型号为BH1750。 

4.根据权利要求书1所述的一种基于无线网络的学生宿舍用电管理系统，其特征是：所述继电器控制模块(1-7)型号为JQC-3FF。 

5.根据权利要求书1所述的一种基于无线网络的学生宿舍用电管理系统，其特征是：所述通信模块(1-8)采用MC13213芯片。 

6.根据权利要求书1所述的一种基于无线网络的学生宿舍用电管理系统，其特征是：所述信号转换电路(1-9)分RS485转换电路和以太网转换电路，其中以太网部分采用周立功的IPORT以太网模块。 

7.根据权利要求书1所述的一种基于无线网络的学生宿舍用电管理系统，其特征是：所述功率放大器(1-10)功率放大器采用SKY65336。 

8.根据权利要求书1所述的一种基于无线网络的学生宿舍用电管理系统，其特征是：所述远程通信网络(4)为以太网、GPRS、CDMA中任意一种。