CN205509153U - 基于物联网的智能插座群控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网的智能插座群控系统，包括主机系统和从机系统，所述主机系统包括控制器，电源模块，按键模块，温度采集模块，第一无线通信模块，显示模块，第一控制模块和报警模块，所述控制器分别与所述电源模块，所述按键模块，所述温度采集模块，所述第一无线通信模块，所述显示模块，所述第一控制模块和所述报警模块连接，所述从机系统包括控制器，电源模块，电压电流采集模块，第二无线通信模块和第二控制模块，所述控制器分别与所述电源模块，所述电压电流采集模块，所述第二无线通信模块和所述第二控制模块连接。本实用新型不仅适用于消除学生宿舍使用违章电器的隐患，也可用于企事业单位办公场所的节能。

Description

基于物联网的智能插座群控系统

技术领域

本实用新型涉及一种，具体涉及一种基于物联网的智能插座群控系统。

背景技术

首先，高校校园火灾的发生大多数是因为学生在公寓内使用违章电器引起的。为保障学生生命财产安全，国家教育部和国家消防局等部门联合出台规定，“严禁学生在宿舍使用大功率电器”。

校园火灾发生的罪魁祸首大多数是违章电器。比如：由于违章使用大功率电器造成线路的短路；使用热得快、热水壶等电器时临时离开而至使水烧干后点燃外壳造成火灾等。然而，这种种沉痛的教训在震撼过后，却没有在学生的心中留下深刻的印象。大多数学生对于在公寓中使用违章电器仍然抱着无所谓的态度，认为在公寓中使用违章电器并不是什么错误，总觉得火灾离自己十分遥远，为贪图方便而使用热得快、电暖杯、电热水壶、床头灯等。正是存在这种侥幸心理，致使高校学生宿舍使用违章电器的现象屡禁不止。各高校对使用违章电器的查处都很严格，但学生常常与学生管理人员玩“捉迷藏”，使用违章电器后就收藏起来，当辅导员查宿舍时往往不能当场查到，使宿舍存在着极大的安全隐患。

因此，如何从根本上杜绝违章电器的使用，保障每个学生的生命财产安全，成为高校学生宿舍安全管理亟待解决的问题。

其次，学生在用电过程中，常常忽视对能源的节约。比如，大多数学生不使用电脑时，常使电脑处于待机状态，或关闭电脑但不关闭显示器或切断电脑插座电源；使用手机充电器后，不将充电器插头从电源插座上拔出。经测试，电脑待机时仍有10%的电能消耗，待机时只有主机工作，主机因型号及在系统中设置的待机选项不同功耗在2瓦到35瓦不等；即便是在关机状态下，只要没有把电源插座拔掉，电脑依旧在消耗电量，经在机房实际测试，联想PC机关机后，不切断PC机和显示器的插座电源，仍有3瓦的功率损耗；苹果手机充电器在不充电或充满电的状态下，充电器插在插座上的功率消耗仍然约有2W。这对于一个学生来说也许微不足道，但是整个学校的学生积累起来也是一笔不小的电能消耗。因此上述种种用电习惯会白白浪费很多电能。

以联想PC机为例，关机后不切断PC机和显示器的插座电源，仍有3瓦的功率损耗，1年365天就有26.3度电能损耗，高校学生宿舍如果有5000台电脑，则每年耗电131500度，这些电能节约下来，经济效益及其可观。

目前我国仍是发展中国家，科技水平相对落后，各领域的发展对能源的需求巨大。因此节约能源具有重大意义。

另外，目前的宿舍用电管理系统的送电和断电，是由宿舍管理者对整个宿舍楼或宿舍区进行统一的通断电控制的。学生往往希望根据学习的不同阶段，实施个性化的用电时间管理。例如大一、大二的学生，教学安排计划性强，学习时间有规律，可以安排一个合适的断电时间，使学生及时休息，以保证课程教学的听课精力；而大三的学生，学习自主性较强，特别是毕业设计阶段，可以延长通电的时间，学生能够根据自己的学习进度，灵活支配学习和休息时间。

因此对不同年级、不同专业和不同学习阶段的学生宿舍实行不同的通断电时间管理，可以满足学生各阶段的学习需要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种基于物联网的智能插座群控系统。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

基于物联网的智能插座群控系统，包括主机系统和从机系统，所述主机系统包括控制器，电源模块，按键模块，温度采集模块，第一无线通信模块，显示模块，第一控制模块和报警模块，所述控制器分别与所述电源模块，所述按键模块，所述温度采集模块，所述第一无线通信模块，所述显示模块，所述第一控制模块和所述报警模块连接，所述从机系统包括控制器，电源模块，电压电流采集模块，第二无线通信模块和第二控制模块，所述控制器分别与所述电源模块，所述电压电流采集模块，所述第二无线通信模块和所述第二控制模块连接。

进一步的，所述控制器为STC12C5A60S2单片机，所述STC12C5A60S2单片机包括电源电路、复位电路、晶振电路和写入调试电路。

进一步的，所述电源模块为移动电源，所述移动电源为5V纽扣电池；所述按键模块为独立式键盘；所述温度采集模块采用DS18B20温度传感器，所述DS18B20温度传感器内部集成了采集和AD转换。

进一步的，所述第一无线通信模块采用Silicon Laboratories SI4432 芯片制作，工作在433M免费频段，最大功率可以到20dBm（100mw）。

优选的，所述显示模块为12864显示，所述12864显示实时显示主界面的时间、周围环境的温度、采集学生宿舍电源插座的开关状况、对应宿舍插座的电压、电流、功率和电量、对应插座的电压的上下限、电流的上下限以及故障提示或超限时的电流、功率值等等。

进一步的，所述第一控制模块为SRD-S-109DM继电器，所述SRD-S-109DM继电器控制无线插座的开关状态；所述报警模块采用采用蜂鸣器报警。

优选的，时钟模块采用DS1302实时时钟芯片，所述DS1302实时时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM,通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路，且工作范围为2.5V～5.5V之间，采用三线接口与CPU进行同步通讯，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。

进一步的，所述电压电流采集模块采集插座的电压、电流信息，并将采集的信息通过所述第二无线通信模块传送给主机，然后响应主机发送的控制命令。

进一步的，所述第二控制模块采用TLP521-1光耦来防止信号干扰。

本实用新型的有益效果是:

1、对学生宿舍的每个插座的用电情况进行安全监测，任何一个插座上只要使用违章电器，就进行电流超限报警，并切断该插座电源。同时，在监控端对相应的插座给出短暂的声报警和持续的光报警及超限提示，管理员可以掌握是哪个宿舍哪个插座使用违章电器，对学生进行批评教育，学生认识到错误后，管理员可以手动清除报警信号并接通插座电源。这样可以从根本上杜绝违章电器的使用，保证学生的生命财产安全。

2、对不使用而仍然插在插座上的用电器进行监控，当监测到功率较低的状态（如待机状态）持续一段时间后，自动切断插座电源，达到节约电能的目的。

3、针对不同年级、不同专业和不同学习阶段班级的学习实际情况，由班级提出申请，可以调整相应班级的个性化用电时间，设定定时控制通断电功能，以满足学生各阶段的学习需要，使本用电监测系统更具实用性。

附图说明

图1为本实用新型基于物联网的智能插座群控系统的主机结构框图；

图2为本实用新型基于物联网的智能插座群控系统的从机结构框图

图3为本实用新型基于物联网的智能插座群控系统的电源电路图；

图4为本实用新型基于物联网的智能插座群控系统的STC12C5A60S2最小系统图；

图5为本实用新型基于物联网的智能插座群控系统的按键电路图；

图6为本实用新型基于物联网的智能插座群控系统的 DS18B20测温原理图；

图7为本实用新型基于物联网的智能插座群控系统的温度采集模块电路图；

图8为本实用新型基于物联网的智能插座群控系统的显示电路图；

图9为本实用新型基于物联网的智能插座群控系统的报警电路图；

图10为本实用新型基于物联网的智能插座群控系统的时钟电路图；

图11为本实用新型基于物联网的智能插座群控系统的V9401功能模块图；

图12为本实用新型基于物联网的智能插座群控系统的控制电路图；

图13为本实用新型基于物联网的智能插座群控系统的无线通信电路图。

图中标号说明：1、控制器，2、电源模块，3、按键模块，4、温度采集模块， 5、第一无线通信模块， 6、显示模块， 7、第一控制模块，8、报警模块，9、电压电流采集模块，10、第二无线通信模块，11、第二控制模块。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。

参照图1和图2所示，基于物联网的智能插座群控系统，包括主机系统和从机系统，所述主机系统包括控制器1，电源模块2，按键模块3，温度采集模块4，第一无线通信模块5，显示模块6，第一控制模块7和报警模块8，所述控制器1分别与所述电源模块2，所述按键模块3，所述温度采集模块4，所述第一无线通信模块5，所述显示模块6，所述第一控制模块7和所述报警模块8连接，所述从机系统包括控制器1，电源模块2，电压电流采集模块9，第二无线通信模块10和第二控制模块11，所述控制器1分别与所述电源模块2，所述电压电流采集模块9，所述第二无线通信模块10和所述第二控制模块11连接。

如图3所示，所述控制器1为STC12C5A60S2单片机，所述STC12C5A60S2单片机包括电源电路、复位电路、晶振电路和写入调试电路。

如图4所示，所述电源模块2为移动电源，所述移动电源为5V纽扣电池，变压器经桥式整流后变为直流，滤波后在经过集成稳压管LM7805，最终输出一个5V电压，纽扣电池用于给实时电子钟模块断电后持续供电，5V电源给其它电路供电；

如图5所示，所述按键模块3为独立式键盘，按键模块主要用于设置系统时间、定时开和关插座电源的时间，以此来合理控制、分配能源的使用；电路中包括4个按键，学校管理员可以根据学生时间表的需要分别对学生宿舍的电源进行定时设置开和关的时间点。其中，第一个按键可以查看插座一的工作状态，显示第一个插座状态时，按下相应按键，液晶就会显示第一个插座的电压、电流、功率、电量，电量有累计功能，并可以手动清零，也可以查看该插座的电压上限、电压下限、电流上限、电流下限；第二个按键可以查看插座二的电压、电流、功率、电量，以及电压上限、电压下限、电流上限、电流下限；第三个按键用于电源的定时功能开、关设定，分别进行电源定时打开的时、分的设置和电源定时关闭的时、分的设置；第四个按键用于对设置项的值进行加一的功能；一定时间后，系统自动返回主界面，显示系统时间和周围环境的温度。

如图6和图7所示，所示采集模块4是学生宿舍用电管理系统内部的信号采集机构，负责采集电流和温度等，电流采集主要通过电流感应线圈获得电流感应信号，然后通过电路转换为MCU允许范围电压信号，以便MCU识别插座是否通电和电流大小，所述温度采集模块4采用DS18B20温度传感器，是常用的温度传感器，具有微型化、低功耗、精度高、抗干扰能力强，易配微处理器等特点，可直接将温度转化成数字信号处理器处理，测量的温度范围是-55~125℃。由于其内部集成了采集和AD转换，因此电路连接简单、方便，只需接电源、GND，加上一根数据线与单片机通讯即可。

进一步的，所述第一无线通信模块5采用Silicon Laboratories SI4432 芯片制作，工作在433M免费频段，最大功率可以到20dBm（100mw）。

如图8所示，所述显示模块6为12864显示，所述12864显示实时显示主界面的时间、周围环境的温度、采集学生宿舍电源插座的开关状况、对应宿舍插座的电压、电流、功率和电量、对应插座的电压的上下限、电流的上下限以及故障提示或超限时的电流、功率值等等。

进一步的，所述第一控制模块7为SRD-S-109DM继电器，所述SRD-S-109DM继电器控制无线插座的开关状态；

如图9所示，所述报警模块8采用采用蜂鸣器报警，主要的功能是在超限的情况下进行自动报警，通过采集电流返送电流信号，监控电流大小是否超过限定值，如果超过限定值，则系统立即报警，同时切断电源，控制电源的通断，从而节省能源和保障学生的生命财产安全。

优选的，时钟模块采用DS1302实时时钟芯片，所述DS1302实时时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM,通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路，提供秒分时日日期.月年的信息,每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信,仅需用到三个口线:1. RES 复位；2 .I/O 数据线；3. SCLK串行时钟；时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信；DS1302可以使定时基于物联网的智能插座群控系统显示在24小时内任意时间的可变定时，从而节省系统的资源；另外本设计还给DS1302芯片加入了纽扣电池，使其在断电后还可以工作。

所述电压电流采集模块9采集插座的电压、电流信息，并将采集的信息通过所述第二无线通信模块11传送给主机，然后响应主机发送的控制命令，从机对插座执行相应控制，实现用电安全及节能控制；从机电路采用V9401 计量芯片，V9401是一款低功耗高性能单相计量SOC芯片，集成模拟前端、电能计量模块、增强型8052MCU、RTC、Flash和LCD驱动等功能。V9401 功能模块如图11所示。

如图12所示，所述第二控制模块11基于物联网的智能插座群控系统的执行机构，是实现自动开关功能的实际执行部分。为了防止前向通道信号干扰，采用TLP521-1光耦来防止信号干扰；另外，继电器在关断时，容易产生干扰，为了抑制干扰源，在继电器线圈处增加续流二极管IN4007，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。同时继电器的输出部分采用了双重电路设计，将继电器的两个常闭端子和两个常开端子分别互相连接，确保某个继电器通路出现异常时有另外一个通路继续工作。

如图13所示，无线电路采用Si4432无线通信模块，其具有无线收发功能，它可以工作在433M免费频段，接收灵敏度达到-120 dB。每个宿舍插座的实时参数可通过无线模块发送到液晶上，实现远程显示多个插座的实时参数，达到了学生宿舍用电的智能化、信息化管理的目的。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于物联网的智能插座群控系统，其特征在于：包括主机系统和从机系统，所述主机系统包括控制器（1），电源模块（2），按键模块（3），温度采集模块（4），第一无线通信模块（5），显示模块（6），第一控制模块（7）和报警模块（8），所述控制器（1）分别与所述电源模块（2），所述按键模块（3），所述温度采集模块（4），所述第一无线通信模块（5），所述显示模块（6），所述第一控制模块（7）和所述报警模块（8）连接，所述从机系统包括控制器（1），电源模块（2），电压电流采集模块（9），第二无线通信模块（10）和第二控制模块（11），所述控制器（1）分别与所述电源模块（2），所述电压电流采集模块（9），所述第二无线通信模块（10）和所述第二控制模块（11）连接。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的智能插座群控系统，其特征在于：所述控制器（1）为STC12C5A60S2单片机，所述STC12C5A60S2单片机包括电源电路、复位电路、晶振电路和写入调试电路。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的智能插座群控系统，其特征在于：所述电源模块（2）为移动电源，所述移动电源为5V纽扣电池；所述按键模块（3）为独立式键盘；所述温度采集模块（4）采用DS18B20温度传感器，所述DS18B20温度传感器内部集成了采集和AD转换。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的智能插座群控系统，其特征在于：所述第一无线通信模块（5）采用Silicon Laboratories SI4432 芯片制作，工作在433M免费频段，最大功率可以到20dBm（100mw）。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的智能插座群控系统，其特征在于：所述显示模块（6）为12864显示，所述12864显示实时显示主界面的时间、周围环境的温度、采集学生宿舍电源插座的开关状况、对应宿舍插座的电压、电流、功率和电量、对应插座的电压的上下限、电流的上下限以及故障提示或超限时的电流、功率值。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的智能插座群控系统，其特征在于：所述第一控制模块（7）为SRD-S-109DM继电器，所述SRD-S-109DM继电器控制无线插座的开关状态；所述报警模块（8）采用蜂鸣器报警。

7.根据权利要求1所述的基于物联网的智能插座群控系统，其特征在于：所述电压电流采集模块（9）采集插座的电压、电流信息，并将采集的信息通过所述第二无线通信模块（10）传送给主机，然后响应主机发送的控制命令。

8.根据权利要求1所述的基于物联网的智能插座群控系统，其特征在于：所述第二控制模块（11）采用TLP521-1光耦来防止信号干扰。