CN210898634U - 一种基于端云架构的旧城社区智慧电力监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于端云架构的旧城社区智慧电力监控系统，本实用新型包括一个CPU模块电路、两个电流互感器、以太网模块电路、两个继电器、温度模块电路、噪声检测电路、LED指示灯电路、蜂鸣器电路、拨码开关电路和PM2.5模块电路；本实用新型可以解决有效的解决旧城区中室内的电气火灾隐患，通过采集室内的环境信息以及用电信息，进行实时分析和监控室内安全状况，当出现安全隐患时，会自动进行报警或者自动实行应急措施。

Description

一种基于端云架构的旧城社区智慧电力监控系统

技术领域

本发明属于电子通信领域，具体涉及一种基于端云架构的旧城社区智慧电力监控系统。

背景技术

随着经济的发展，家用电器的普及，室内使用的用电器种类和数量大幅增加，用电量也相应的猛增，但是旧城社区的供电线路大多都为上个世纪建设，大多供电线路老化现象严重，并且旧城社区的私接线路现象严重、木质易燃物也较多，使得旧城社区极易发生火灾，又因当前电动力的车辆的普及，对用电系统的负荷冲击十分之大，极易在旧城社区造成危险，因此需要对旧城区的电力进行管控。

然而目前市面上只有断路器、空气开关等这些电路保护装置，这些电路保护装置只能在线路发生短路、电流过载时切断线路，这样只是很粗暴地解决即时性安全问题，但无法找出问题的根本原因，无法很好的预防旧城区因供电线路老化现象严重，私接线路而导致的电气火灾问题，并且旧城区的线路极其复杂，而用电分析可以有效的监测家庭中的用电情况并且可以避免旧城中因给电动力的车辆充电或者其他不规范用电而引起电路过流、过载及故障电弧等安全隐患，此外，通过用电数据分析可以对获知用电习惯和用电规律，进而可以对用电进行精细化管理实现节能。因而需要一种带有用电行为分析且安装简便的用电安全保护设备。

随着传感器技术的发展，各种各样的环境检测装置也开始陆续出现在普通家庭中，通过用电信息结合环境信息的综合分析可以更精准化避免火灾而造成的大量损失。然而在目前的市场上并没有将环境检测以及用电性行为分析相结合进行监控电力系统的设备，因此需要将包含用电检测的用电安全保护装置和环境检测集成到一款电力监控系统中是市场上需要的。

发明内容

本发明针对当前市面上的电路保护装置的不足以及配电物联网的潮流，设计了一种基于端云架构的旧城社区智慧电力监控系统，其功能包含用电行为检测、环境信息检测、线路故障电弧检测、线路通断控制等功能。

本发明一种基于端云架构的旧城社区智慧电力监控系统，包括一个CPU模块电路、两个电流互感器、以太网模块电路、两个继电器、温度模块电路、噪声检测电路、LED指示灯电路、蜂鸣器电路、拨码开关电路和PM2.5模块。整个电力监控系统的工作流程为：将周围的环境数据通过线温感器、噪声传感器以及PM2.5模块采集并发送到单片机模块；两个电流互感器将电器的电流波形数据发送给单片机模块，再由单片机模块进行AD转换，然后将转换后的用电信息数据进行汇总最后通过网卡发送到云端。经过云端的数据处理后，用户即通过网页端、手机APP端或者微信小程序进行查看实时数据，也可以通过网页端、手机APP端或者微信小程序进行反向控制电路的通断。所述的CPU模块电路包括单片机模块电路、单片机的晶振电路、单片机的SWD接口电路、单片机的三组串口电路和单片机的复位电路。

本发明采用如下技术方案实现发明目的：

(1)用电器智能识别技术

本发明使用霍尔传感器获得线路上的电流波形数据，通过计算得到电流参数和功率，再将电流参数进行快速傅里叶变换，获得用电器识别参数。具体可以分为三个步骤，第一步先将差分后的电流波形进行快速傅里叶变换，从而获得匹配因子；第二步再从用电器的数据库中匹配出匹配因子相同的用电器数据；第三步将第二步获取的所有用电器数据进一步通过功率因子进行排除，最后得到识别的结果。

(2)故障电弧检测技术

本发明的故障电弧检测技术采用的是普遍使用的电弧特征中的“平肩带”识别。具体检测方法为通过在交流电路上进行周期性采集到的电流波形进行计算分析，得到在某一范围中的波形为故障电路，并通过大量使用的验证，可以进一步提高故障电弧检测的精准度。

(3)环境信息检测技术

本发明能够实时监测室内的PM2.5指数、环境噪声和线路温度等环境的数据，采用夏普GP2Y1010AU0F传感器模块、高灵敏度驻极体及模拟放大电路分别采集室内PM2.5指数、噪声强度，采用线温传感器采集当前线路的实时温度。

(4)线路通断控制技术

本发明能够实现了家用线路的通断，通过继电器模块电路进行家用线路的通断控制。

(5)物联网技术

本发明引入了物联网技术用于实现远程监控功能，包括以太网技术，采用了单芯片快速以太网MAC控制器W5500。

本发明可以解决有效的解决旧城区中室内的电气火灾隐患，通过采集室内的环境信息以及用电信息，进行实时分析和监控室内安全状况，当出现安全隐患时，会自动进行报警或者自动实行应急措施。屋主可以通过网络访问网页、手机app或者微信小程序进行远程查看当前房屋的用电信息及环境信息，若发现异常则可以通过网页、手机app或者微信小程序进行远程报警，甚至当线路出现问题可以对线路进行通断控制，从而及时的控制火灾的发生。

附图说明

图1为本发明的电力监控系统框架图；

图2(a)为本发明的单片机模块电路原理图；

图2(b)为本发明的单片机晶振电路原理图；

图2(c)为本发明的单片机的SWD接口电路

图2(d)为本发明的单片机的串口电路原理图；

图2(e)为本发明的单片机的复位电路原理图；

图3为本发明的以太网模块电路原理图；

图4为本发明的拨码开关电路原理图；

图5为本发明的蜂鸣器电路原理图；

图6为本发明的LED指示灯电路原理图；

图7为本发明的温度模块电路电路原理图；

图8为本发明的噪声检测电路原理图；

图9为本发明的PM2.5模块电路原理图；

图10为本发明的3.3V及5V电源模块电路原理图；

图11为本发明的电流互感器模块电路原理图；

图12为本发明的5V转2.5V电路原理图；

图13为本发明的继电器模块电路原理图；

图14为本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明更进一步的详细说明。

如图1所示，一种基于端云架构的旧城社区智慧电力监控系统，包括一个CPU模块电路、两个电流互感器、以太网模块电路、两个继电器、温度模块电路、噪声检测电路、LED指示灯电路、蜂鸣器电路、拨码开关电路和PM2.5模块。整个电力监控系统的工作流程为：将周围的环境数据通过线温感器、噪声传感器以及PM2.5模块采集并发送到单片机模块；两个电流互感器将电器的电流波形数据发送给单片机模块，再由单片机模块进行AD转换，然后将转换后的用电信息数据进行汇总最后通过网卡发送到云端。经过云端的数据处理后，用户即通过网页端、手机APP端或者微信小程序进行查看实时数据，也可以通过网页端、手机APP端或者微信小程序进行反向控制电路的通断。所述的CPU模块电路包括单片机模块电路、单片机的晶振电路、单片机的SWD接口电路、单片机的三组串口电路和单片机的复位电路。

如图2(a)所示，为单片机模块电路，包括型号为STM32F103VCT6的单片机U3、第三十六滤波电容C36、第三十七滤波电容C37、第三十八滤波电容C38、第三十九滤波电容C39、第四十滤波电容C40、第四十一滤波电容C41和三路灯控电路。

单片机U3的第4、5、7、8、9、16、38、39、40、41、42、43、44、45、46、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、70、71、73、80、89、90、91、92、95、96、97、98、99引脚悬空；第10、19、20、22、27、37、49、74、94、99引脚与地相连接；第6、11、21、22、28、50、75、100引脚与3.3V的电源相连。第四十一滤波电容C41的一端接单片机U3的11引脚，另一端接地，第四十滤波电容C40一端接单片机U3的21和22引脚，另一端接地，第三十九滤波电容C39一端接单片机U3的28引脚，另一端接地，第三十八滤波电容C38一端接单片机U3的50引脚，另一端接地，第三十七滤波电容C37一端接单片机U3的75引脚，另一端接地，第三十六滤波电容C36一端接单片机U3的100引脚，另一端接地。其中三路灯控电路包括第零限流电阻R0、第三限流电阻R3、第五限流电阻R5、第一发光二极管DR、第二发光二极管DB和第三发光二极管DG。第零限流电阻R0的一端、第三限流电阻R3的一端和第五限流电阻R5接3.3V电源；第零限流电阻R0的另一端接第一发光二极管DR的阳极；第三限流电阻R3的一端接第二发光二极管DB的阳极；第五限流电阻R5的另一端接第三发光二极管DG的阳极；第一发光二极管DR的阴极接单片机U3的3引脚；第二发光二极管DB的阴极接单片机U3的2引脚；第三发光二极管DG的阴极接单片机U3的1引脚。如图2(b)所示，为单片机的晶振电路，包括第十七负载电容C17、第二十二负载电容C22、第十四电阻R14和8MHz的晶振Y1。

晶振Y1的2引脚、第十七负载电容C17的一端和第十四电阻R14的一端都与单片机U3的第12引脚相连接；晶振Y1的1引脚、第二十二负载电容C22的一端和第十四电阻R14的另一端都与单片机U3的第13引脚相连接；第十七负载电容C17的另一端与第二十二负载电容C22的另一端接地。

如图2(c)所示，为单片机的SWD接口电路，包括接插件SWD，其包含四个信号接口：一根3.3V电源线、一根地线、一根串行数据线以及一根串行时钟线。接插件SWD的第1引脚与3.3V电源相连，第2引脚与单片机U3的第76引脚连接，第3引脚与单片机的第72引脚连接，第四引脚接地。

如图2(d)所示，为单片机的三组串口电路，包括第二串口JP2、第三串口JP3和第四串口JP4。每一组串口电路包含一根3.3V电源、一根地线、一根串口发送线以及一根串口接收线。

第二串口JP2的第1引脚与3.3V电源相连，第2引脚与单片机U3的第69引脚相连，第3引脚与单片机U3的第68引脚相连，第4引脚与地线连接；第三串口串口的第1引脚与3.3V电源相连，第2引脚与单片机U3的第48引脚相连，第3引脚与单片机U3的第47引脚相连，第4引脚与地线连接；第四串口JP4的第1引脚与3.3V电源相连，第2引脚与单片机U3的第79引脚相连，第3引脚与单片机U3的第78引脚，第4引脚与地线连接。

如图2(e)所示，为单片机的复位电路，包括一个复位开关RESET1、第一电容C1和第三十四电阻R34。复位开关RESET1的一端和第一电容C1的一端与地线相连；复位开关RESET1的另一端、第一电容C1的另一端和第三十四电阻R34的一端都与单片机U3的第14引脚相连，第三十四电阻R34的另一端与3.3V电源线相连。

如图3所示，为以太网模块电路，包括型号为W5500的网卡芯片U4、型号为HR911105A的网络变压器JP、25MHz的晶振Y2、第十三负载电容C3、第十四负载电容C14、第六滤波电容C6、第七滤波电容C7、第八滤波电容C8、第九滤波电容C9、第十滤波电容C10、第十一滤波电容C11、第十八滤波电容C18、第十九滤波电容C19、第二十滤波电容C20、第二十一滤波电容C21、第二十三滤波电容C23、第二十四滤波电容C24、第十五电容C15、第十六电容C16、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第十电阻R10、第六上拉电阻R6、第七上拉电阻R7、第八上拉电阻R8、第十一上拉电阻R11、第十二上拉电阻R12、第二十六上拉电阻R26、第二十七上拉电阻R27、第二十八上拉电阻28、第十九滤波电阻R19、第二十二滤波电阻R22和第二耦合电感L2。

网卡芯片U4的第4引脚和第六滤波电容C6的一端接3.3V电源，第六滤波电容C6的另外一端接地线；网卡芯片U4的第8引脚和第七滤波电容C7的一端接3.3V电源，第七滤波电容C7的另外一端接地线；网卡芯片U4的第11引脚和第八滤波电容C8的一端接3.3V电源，第八滤波电容C8的另外一端接地线，网卡芯片U4的第15引脚和第九滤波电容C9的一端接3.3V电源，第九滤波电容C9的另外一端接地线；网卡芯片U4的第17引脚和第十滤波电容C10的一端接3.3V电源，第十滤波电容C10的另外一端接地线；网卡芯片U4的第21引脚和第十一滤波电容C11的一端接3.3V电源及，第十一滤波电容C11的另外一端接地线，网卡芯片U4的第7、12、13、18、24、26、46、47引脚悬空；网卡芯片U4的第22引脚接第十八滤波电容C18的一端，第十八滤波电容C18的另外一端接地线；网卡芯片U4的第20引脚接第十九滤波电容C19的一端，第十九滤波电容C19的另外一端接地线；网卡芯片U4的第10引脚接第十五电阻R15的一端，第十五电阻R15的另一端接地；网卡芯片U4的第23引脚接第十六电阻R16的一端，第十六电阻R16的另一端接地；网卡芯片U4的第38引脚接第十八电阻R18的一端，第十八电阻R18的另一端接地；网卡芯片U4的第39引脚接第二十电阻R20的一端，第二十电阻R20的另一端接地；网卡芯片U4的第40引脚接第二十一电阻R21的一端，第二十一电阻R21的另一端接地；网卡芯片U4的第41引脚接第二十三电阻R23的一端，第二十三电阻R23的另一端接地；网卡芯片U4的第42引脚接第二十四电阻R24的一端，第二十四电阻R24的另一端接地；网卡芯片U4的第3、9、14、16、19、48引脚接地；

网卡芯片U4的第37引脚接第六上拉电阻R6的一端和单片机U3的第33引脚，第六上拉电阻R6的另外一端接3.3V电源；网卡芯片U4的第36引脚接第七上拉电阻R7的一端和单片机U3的第29引脚，第七上拉电阻R7的另外一端接3.3V电源；网卡芯片U4的第35引脚与单片机U3的第32引脚相连；网卡芯片U4的第34引脚与单片机U3的第31引脚相连；网卡芯片U4的第33引脚与单片机U3的第30引脚相连；网卡芯片U4的第32引脚接第八上拉电阻R8的一端和单片机U3的第34引脚，第八上拉电阻R8的另外一端接3.3V电源；网卡芯片的31引脚与第十电阻R10的一端、晶振Y2的一端、第十三负载电容C13的一端相连，网卡芯片U4的第32引脚与第十电阻R10的另一端、25MHz晶振的另一端、第十四负载电容C14的一端相连，第十三负载电容C13的另一端与第十四负载电容C14的另一端相连后接地；网卡芯片U4的第29引脚、第十五电容C15的一端和第十六电容的一端接地；网卡芯片U4的第28引脚、第十五电容C15的另一端和第十六电容C16的另一端接3.3V电源；网卡芯片U4的第2引脚与第十二上拉电阻R12的一端、网络变压器JP的第1引脚相连，第十二上拉电阻R12的另一端接3.3V电源；网卡芯片U4的第1引脚与第十一上拉电阻R11的一端、网络变压器JP的第2引脚相连，第十一上拉电阻R11的另一端接3.3V电源；网卡芯片U4的第6引脚与第十九滤波电阻R19的一端、第二十一滤波电容C21的一端相连接，第十九滤波电阻R19的另一端接网络变压器JP的第5脚和第二十三滤波电容C23的一端，第二十三滤波电容C23的另一端接地，第二十一滤波电容C21的另一端接网络变压器JP的第3脚；网卡芯片U4的第5引脚与第二十二滤波电阻R22的一端、第二十四滤波电容C24的一端相连，第二十二滤波电阻R22的另一端接网络变压器JP的第5脚和第二十三滤波电容C23的一端，第二十四滤波电容C24的另一端接网络变压器JP的第6脚；网卡芯片U4的第24、26引脚悬空；网卡芯片U4的第25引脚与第二十五电阻R25的一端连接，第二十五电阻R25的另一端接网络变压器JP的第11脚；网卡芯片U4的第27引脚与第十七电阻R17的一端连接，第十七电阻R17的另一端接网络变压器JP的第10脚；网卡芯片U4的第45引脚与第二十六上拉电阻R26的一端相连接，第二十六上拉电阻R26的另外一端与3.3V电源相连接；网卡芯片U4的第44引脚与第二十七上拉电阻R27的一端相连接，第二十七上拉电阻R27的另外一端与3.3V电源相连接；网卡芯片U4的第43引脚与第二十八上拉电阻R28的一端相连接，第二十八上拉电阻R28的另外一端与3.3V电源相连接；网络变压器JP的第4脚接第二十滤波电容C20的一端，第二十滤波电容C20的另一端接地；网络变压器JP的第9、12脚接3.3V电源；网卡变压器JP的第7、8引脚悬空。

如图4所示，为拨码开关电路，包括一个拨码开关S2及电阻R8_1、电阻R8_2、电阻R8_3、电阻R8_4、电阻R8_5、电阻R8_6、电阻R8_7和电阻R8_8。拨码开关S2的第1引脚与单片机U3的第81引脚、电阻R8_1的一端相连，电阻8_1的另一端与3.3V电源相连；拨码开关的第2引脚与单片机U3的第82引脚、电阻R8_2的一端相连，电阻8_2的另一端与3.3V电源相连；拨码开关S2的第3引脚与单片机U3的第83引脚、电阻R8_3的一端相连，电阻8_3的另一端与3.3V电源相连；拨码开关S2的第4引脚与单片机U3的第84引脚、电阻R8_4的一端相连，电阻8_4的另一端与3.3V电源相连；拨码开关S2的第5引脚与单片机U3的第85引脚、电阻R8_5的一端相连，电阻8_5的另一端与3.3V电源相连；拨码开关S2的第6引脚与单片机U3的第86引脚、电阻R8_6的一端相连，电阻8_6的另一端与3.3V电源相连；拨码开关S2的第7引脚与单片机U3的第87引脚、电阻R8_7的一端相连，电阻8_7的另一端与3.3V电源相连；拨码开关S2的第8引脚与单片机U3的第88引脚、电阻R8_8的一端相连，电阻8_8的另一端与3.3V电源相连；拨码开关S2的第9、10、11、12、13、14、15、16引脚接地。

如图5所示，为蜂鸣器电路，包括一个蜂鸣器B1、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33和型号为S8050的三极管Q1。三极管Q1的第1引脚与第三十二电阻R32的一端、第三十三电阻R33的一端连接，第三十二电阻R32的另外一端与单片机U3的第18引脚连接，第三十三电阻R33的另一端接地；三级管Q1第2引脚接地；三级管Q1的第3引脚与蜂鸣器B1的1脚相连；蜂鸣器的B1的2脚与3.3V电源连接。

如图6所示，为LED指示灯电路，包括第二电阻R2和第一发光二极管LED1。第二电阻R2的一端接3.3V电源，第二电阻R2的另一端与第一发光二极管LED1的正极相连，第一发光二极管LED1的负极与单片机U3的第35引脚相连。

如图7所示，为温度模块电路，包括第三十九电阻R39、第七十电容70、型号为NTC3950的热敏电阻NTC。热敏电阻NTC的一端与3.3V电源连接，另一端与第三十九电阻R39的一端，单片机U3的第17引脚相连，第三十九电阻R39的另一端接地；第七十电容C70与单片机U3的第17引脚相连，另一端接地。

如图8所示，为噪声检测电路，包括型号为LM386的功放芯片U5、一个驻极体话筒MK1、第二十八电容C28、第二十九电容C29、第三十电容C30、第三十二电容C32、第三十一极性电容C31、发光二极管D6、第三十电阻R30和可变电阻RJ1。功放芯片U5的第1引脚与第三十电容C30的一端连接，第三十电容C30的另一端与功放芯片U5的第8引脚连接；功放芯片U5的第2、4引脚接地；功放芯片U5的第3引脚接第二十九电容C29的一端，第二十九电容C29的另一端与第二十八电容C28的一端、第三十电阻R30的一端及驻极体话筒MK1的一端连接，第三十电阻R30的另外一端接5V电源，第二十八电容C28的另一端接地，驻极体话筒MK1的另外一端接地；功放芯片U5的第5引脚与第三十二电容C32的一端连接，第三十二电容C32的另一端与发光二极管D6的负极、可变电阻RJ1的一端连接，发光二极管D6的正极与可变电阻RJ1的另一端相连后接地，可变电阻RJ1的中间引脚接单片机U3的第26引脚；功放芯片的第6引脚接5V电源；功放芯片U5的第7引脚接第三十一极性电容C31的正极，第三十一极性电容C31的负极接地。如图9所示，为PM2.5模块电路，包括型号为夏普GP2Y1010AU0F的PM2.5模块、第三十一上拉电阻R31、第三十四极性电容C34。

PM2.5模块的第1引脚与第三十一电阻R31的一端、第三十四极性电容C34的一端连接，第三十一电阻R31的另一端与5V电源连接，第三十四极性电容C34的另一端接地；PM2.5模块的第2、4引脚接地；PM2.5模块的第3引脚与单片机U3的第23引脚连接；PM2.5模块的第5引脚与单片机U3的第24引脚连接；PM2.5模块的第6引脚与5V电源连接。

如图10所示，为3.3V及5V电源模块电路，包括型号为AMS1117-3.3的稳压芯片U2、微动开关S1、第四限流电阻R4、发光二极管Power、电源插座J3、第四滤波电容C4和第五滤波电容C5。稳压芯片U2的第1引脚接地；稳压芯片的第2、4引脚与3.3V电源、第四限流电阻R4的一端以及第五滤波电容C5的一端连接，第四限流电阻R4的另外一端与发光二极管Power的正极相连，第五滤波电容C5的另一端与发光二极管Power的负极、地线连接；稳压芯片U2的第3引脚与5V电源、微动开关S1的第2引脚连接；微动开关S1的第1引脚悬空；微动开关S1的的第3引脚与电源插座J3的第1引脚连接，电源插座J3的第2引脚接地。

如图11所示，为电流互感器模块电路，包括电流互感器U1、电流互感器U8、第二滤波电容C2和第五十七滤波电容C57。电流互感器U1的第1引脚与5V电源、第二滤波电容C2的一端连接，第二滤波电容C2的另一端接地；电流互感器U1的第2引脚接地；电流互感器U1的第3引脚接入单片机U3的第25引脚；电流互感器U1的第4引脚与2.5V电源；电流互感器U8的第1引脚与5V电源、第五十七滤波电容C57的一端连接，第五十七滤波电容C57的另一端接地；电流互感器U8的第2引脚接地；电流互感器U8的第3引脚接入单片机U3的第15引脚；电流互感器U8的第4引脚与2.5V电源

如图12所示，为5V转2.5V电路，包括型号为REF2925的稳压芯片REF、第九十九滤波电容C99、第一分压电阻Rpower_1和第二分压电阻Rpower_2。稳压芯片REF的第1引脚与5V电源、第九十九电容C99的一端相连，第九十九电容C99的另一端接地；稳压芯片REF的第2引脚输出电压2.5V；稳压芯片REF的第3引脚接地；第一分压电阻Rpower_1的一端与第二分压电阻Rpower_2的一端相连后输出2.5V电源，第一分压电阻Rpower_1的另一端与5V电源连接，第二分压电阻Rpower_2的另一端接地。

如图13所示，为继电器模块电路，包括第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第二发光二极管LED2、第三发光二极管LED3、型号为2N5551的三极管Q2和Q7、继电器M1、继电器M2、第一电阻R1、第三电阻R3、第三十六电阻R36和第三七电阻R37。

三极管Q7的第1引脚与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与第三十六电阻R36的一端、单片机U3的第93引脚连接，第三十六电阻R36的另一端与第三发光二极管LED3的正极连接，第三发光二极管LED3的负极接地；三极管Q7第2引脚接地；三极管Q7的第3引脚接继电器M1的第3脚；继电器M1的第1脚接火线的入线端P1；继电器M1的第2脚和第一续流二极管D1的阴极接5V直流电源，第一续流二极管D1的阳极接继电器M1的3脚；继电器M1的第4脚接火线的出线端P2；三极管Q2的第1引脚与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与第三十七电阻R37的一端、单片机U3的第51引脚连接，第三十七电阻R37的另一端与第二发光二极管LED2的正极连接，第二发光二极管LED2的负极接地；三极管Q2第2引脚接地；三极管Q2的第3引脚接继电器M2的第3脚；继电器M2的第1脚接火线的入线端P3；继电器M2的第2脚和第二续流二极管D2的阴极接5V直流电源，第二续流二极管D2的阳极接继电器M2的3脚；继电器M2的第4脚接火线的出线端P4。

如图14所示，基于物联网的智能家居安全监控系统的工作过程如下：终端版在供电之后，即单片机U3会自动进行系统的初始化操作，在初始化操作完成之后，单片机CPU会进行网卡初始化，初始化完毕之后，进入连接网络状态会进行判定是否有网络，若无网络，单片机CPU会一直处于设置网络环境的状态，直到网络连接。当网络连接成功之后，单片机CPU会判断线路中是否有用电器接入，如果有用电器接入，单片机CPU将会采集用电器的参数信息数据，然后进行相应的处理再通过U4网卡将用电器参数数据上发至云端，如果没有用电器接入，则会一直进行用电器接入检测；同时，单片机CPU会定时采集环境数据，然后将环境数据进行整合处理，之后再通过U4网卡将环境数据上发至云端；另一方面，单片机CPU也会定时进行检测是否有云端下发控制信息，若有接收到控制信息，则会控制继电器模块进行通断。最终用户可以通过电脑的浏览器、手机APP或者微信小程序进行查看当前家庭的用电器的工作状态，当前环境的信息，并可以根据相应的需要对家庭进行远程通断电；管理人员也可以通过查看当前系统中的用电器数据或者是环境信息进行判断是否发生危险。

上述说明并非对发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于端云架构的旧城社区智慧电力监控系统，其特征在于：包括一个CPU模块电路、两个电流互感器、以太网模块电路、两个继电器、温度模块电路、噪声检测电路、LED指示灯电路、蜂鸣器电路、拨码开关电路和PM2.5模块电路；

所述的CPU模块电路包括单片机模块电路、单片机的晶振电路、单片机的SWD接口电路、单片机的三组串口电路和单片机的复位电路；

其中单片机模块电路，包括型号为STM32F103VCT6的单片机U3、第三十六滤波电容C36、第三十七滤波电容C37、第三十八滤波电容C38、第三十九滤波电容C39、第四十滤波电容C40、第四十一滤波电容C41和三路灯控电路；

单片机U3的第4、5、7、8、9、16、38、39、40、41、42、43、44、45、46、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、70、71、73、80、89、90、91、92、95、96、97、98、99引脚悬空；第10、19、20、22、27、37、49、74、94、99引脚与地相连接；第6、11、21、22、28、50、75、100引脚与3.3V的电源相连；第四十一滤波电容C41的一端接单片机U3的11引脚，另一端接地，第四十滤波电容C40一端接单片机U3的21和22引脚，另一端接地，第三十九滤波电容C39一端接单片机U3的28引脚，另一端接地，第三十八滤波电容C38一端接单片机U3的50引脚，另一端接地，第三十七滤波电容C37一端接单片机U3的75引脚，另一端接地，第三十六滤波电容C36一端接单片机U3的100引脚，另一端接地；其中三路灯控电路包括第零限流电阻R0、第三限流电阻R3、第五限流电阻R5、第一发光二极管DR、第二发光二极管DB和第三发光二极管DG；第零限流电阻R0的一端、第三限流电阻R3的一端和第五限流电阻R5接3.3V电源；第零限流电阻R0的另一端接第一发光二极管DR的阳极；第三限流电阻R3的一端接第二发光二极管DB的阳极；第五限流电阻R5的另一端接第三发光二极管DG的阳极；第一发光二极管DR的阴极接单片机U3的3引脚；第二发光二极管DB的阴极接单片机U3的2引脚；第三发光二极管DG的阴极接单片机U3的1引脚；

单片机的晶振电路，包括第十七负载电容C17、第二十二负载电容C22、第十四电阻R14和8MHz的晶振Y1；

晶振Y1的2引脚、第十七负载电容C17的一端和第十四电阻R14的一端都与单片机U3的第12引脚相连接；晶振Y1的1引脚、第二十二负载电容C22的一端和第十四电阻R14的另一端都与单片机U3的第13引脚相连接；第十七负载电容C17的另一端与第二十二负载电容C22的另一端接地；

单片机的SWD接口电路，包括接插件SWD，其包含四个信号接口：一根3.3V电源线、一根地线、一根串行数据线以及一根串行时钟线；接插件SWD的第1引脚与3.3V电源相连，第2引脚与单片机U3的第76引脚连接，第3引脚与单片机的第72引脚连接，第四引脚接地；

单片机的三组串口电路，包括第二串口JP2、第三串口JP3和第四串口JP4；每一组串口电路包含一根3.3V电源、一根地线、一根串口发送线以及一根串口接收线；

第二串口JP2的第1引脚与3.3V电源相连，第2引脚与单片机U3的第69引脚相连，第3引脚与单片机U3的第68引脚相连，第4引脚与地线连接；第三串口串口的第1引脚与3.3V电源相连，第2引脚与单片机U3的第48引脚相连，第3引脚与单片机U3的第47引脚相连，第4引脚与地线连接；第四串口JP4的第1引脚与3.3V电源相连，第2引脚与单片机U3的第79引脚相连，第3引脚与单片机U3的第78引脚，第4引脚与地线连接；

单片机的复位电路，包括一个复位开关RESET1、第一电容C1和第三十四电阻R34；复位开关RESET1的一端和第一电容C1的一端与地线相连；复位开关RESET1的另一端、第一电容C1的另一端和第三十四电阻R34的一端都与单片机U3的第14引脚相连，第三十四电阻R34的另一端与3.3V电源线相连；

以太网模块电路，包括型号为W5500的网卡芯片U4、型号为HR911105A的网络变压器JP、25MHz的晶振Y2、第十三负载电容C3、第十四负载电容C14、第六滤波电容C6、第七滤波电容C7、第八滤波电容C8、第九滤波电容C9、第十滤波电容C10、第十一滤波电容C11、第十八滤波电容C18、第十九滤波电容C19、第二十滤波电容C20、第二十一滤波电容C21、第二十三滤波电容C23、第二十四滤波电容C24、第十五电容C15、第十六电容C16、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第十电阻R10、第六上拉电阻R6、第七上拉电阻R7、第八上拉电阻R8、第十一上拉电阻R11、第十二上拉电阻R12、第二十六上拉电阻R26、第二十七上拉电阻R27、第二十八上拉电阻28、第十九滤波电阻R19、第二十二滤波电阻R22和第二耦合电感L2；

网卡芯片U4的第4引脚和第六滤波电容C6的一端接3.3V电源，第六滤波电容C6的另外一端接地线；网卡芯片U4的第8引脚和第七滤波电容C7的一端接3.3V电源，第七滤波电容C7的另外一端接地线；网卡芯片U4的第11引脚和第八滤波电容C8的一端接3.3V电源，第八滤波电容C8的另外一端接地线，网卡芯片U4的第15引脚和第九滤波电容C9的一端接3.3V电源，第九滤波电容C9的另外一端接地线；网卡芯片U4的第17引脚和第十滤波电容C10的一端接3.3V电源，第十滤波电容C10的另外一端接地线；网卡芯片U4的第21引脚和第十一滤波电容C11的一端接3.3V电源及，第十一滤波电容C11的另外一端接地线，网卡芯片U4的第7、12、13、18、24、26、46、47引脚悬空；网卡芯片U4的第22引脚接第十八滤波电容C18的一端，第十八滤波电容C18的另外一端接地线；网卡芯片U4的第20引脚接第十九滤波电容C19的一端，第十九滤波电容C19的另外一端接地线；网卡芯片U4的第10引脚接第十五电阻R15的一端，第十五电阻R15的另一端接地；网卡芯片U4的第23引脚接第十六电阻R16的一端，第十六电阻R16的另一端接地；网卡芯片U4的第38引脚接第十八电阻R18的一端，第十八电阻R18的另一端接地；网卡芯片U4的第39引脚接第二十电阻R20的一端，第二十电阻R20的另一端接地；网卡芯片U4的第40引脚接第二十一电阻R21的一端，第二十一电阻R21的另一端接地；网卡芯片U4的第41引脚接第二十三电阻R23的一端，第二十三电阻R23的另一端接地；网卡芯片U4的第42引脚接第二十四电阻R24的一端，第二十四电阻R24的另一端接地；网卡芯片U4的第3、9、14、16、19、48引脚接地；

网卡芯片U4的第37引脚接第六上拉电阻R6的一端和单片机U3的第33引脚，第六上拉电阻R6的另外一端接3.3V电源；网卡芯片U4的第36引脚接第七上拉电阻R7的一端和单片机U3的第29引脚，第七上拉电阻R7的另外一端接3.3V电源；网卡芯片U4的第35引脚与单片机U3的第32引脚相连；网卡芯片U4的第34引脚与单片机U3的第31引脚相连；网卡芯片U4的第33引脚与单片机U3的第30引脚相连；网卡芯片U4的第32引脚接第八上拉电阻R8的一端和单片机U3的第34引脚，第八上拉电阻R8的另外一端接3.3V电源；网卡芯片的31引脚与第十电阻R10的一端、晶振Y2的一端、第十三负载电容C13的一端相连，网卡芯片U4的第32引脚与第十电阻R10的另一端、25MHz晶振的另一端、第十四负载电容C14的一端相连，第十三负载电容C13的另一端与第十四负载电容C14的另一端相连后接地；网卡芯片U4的第29引脚、第十五电容C15的一端和第十六电容的一端接地；网卡芯片U4的第28引脚、第十五电容C15的另一端和第十六电容C16的另一端接3.3V电源；网卡芯片U4的第2引脚与第十二上拉电阻R12的一端、网络变压器JP的第1引脚相连，第十二上拉电阻R12的另一端接3.3V电源；网卡芯片U4的第1引脚与第十一上拉电阻R11的一端、网络变压器JP的第2引脚相连，第十一上拉电阻R11的另一端接3.3V电源；网卡芯片U4的第6引脚与第十九滤波电阻R19的一端、第二十一滤波电容C21的一端相连接，第十九滤波电阻R19的另一端接网络变压器JP的第5脚和第二十三滤波电容C23的一端，第二十三滤波电容C23的另一端接地，第二十一滤波电容C21的另一端接网络变压器JP的第3脚；网卡芯片U4的第5引脚与第二十二滤波电阻R22的一端、第二十四滤波电容C24的一端相连，第二十二滤波电阻R22的另一端接网络变压器JP的第5脚和第二十三滤波电容C23的一端，第二十四滤波电容C24的另一端接网络变压器JP的第6脚；网卡芯片U4的第24、26引脚悬空；网卡芯片U4的第25引脚与第二十五电阻R25的一端连接，第二十五电阻R25的另一端接网络变压器JP的第11脚；网卡芯片U4的第27引脚与第十七电阻R17的一端连接，第十七电阻R17的另一端接网络变压器JP的第10脚；网卡芯片U4的第45引脚与第二十六上拉电阻R26的一端相连接，第二十六上拉电阻R26的另外一端与3.3V电源相连接；网卡芯片U4的第44引脚与第二十七上拉电阻R27的一端相连接，第二十七上拉电阻R27的另外一端与3.3V电源相连接；网卡芯片U4的第43引脚与第二十八上拉电阻R28的一端相连接，第二十八上拉电阻R28的另外一端与3.3V电源相连接；网络变压器JP的第4脚接第二十滤波电容C20的一端，第二十滤波电容C20的另一端接地；网络变压器JP的第9、12脚接3.3V电源；网卡变压器JP的第7、8引脚悬空；

拨码开关电路，包括一个拨码开关S2及电阻R8_1、电阻R8_2、电阻R8_3、电阻R8_4、电阻R8_5、电阻R8_6、电阻R8_7和电阻R8_8；拨码开关S2的第1引脚与单片机U3的第81引脚、电阻R8_1的一端相连，电阻8_1的另一端与3.3V电源相连；拨码开关的第2引脚与单片机U3的第82引脚、电阻R8_2的一端相连，电阻8_2的另一端与3.3V电源相连；拨码开关S2的第3引脚与单片机U3的第83引脚、电阻R8_3的一端相连，电阻8_3的另一端与3.3V电源相连；拨码开关S2的第4引脚与单片机U3的第84引脚、电阻R8_4的一端相连，电阻8_4的另一端与3.3V电源相连；拨码开关S2的第5引脚与单片机U3的第85引脚、电阻R8_5的一端相连，电阻8_5的另一端与3.3V电源相连；拨码开关S2的第6引脚与单片机U3的第86引脚、电阻R8_6的一端相连，电阻8_6的另一端与3.3V电源相连；拨码开关S2的第7引脚与单片机U3的第87引脚、电阻R8_7的一端相连，电阻8_7的另一端与3.3V电源相连；拨码开关S2的第8引脚与单片机U3的第88引脚、电阻R8_8的一端相连，电阻8_8的另一端与3.3V电源相连；拨码开关S2的第9、10、11、12、13、14、15、16引脚接地；

蜂鸣器电路，包括一个蜂鸣器B1、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33和型号为S8050的三极管Q1；三极管Q1的第1引脚与第三十二电阻R32的一端、第三十三电阻R33的一端连接，第三十二电阻R32的另外一端与单片机U3的第18引脚连接，第三十三电阻R33的另一端接地；三级管Q1第2引脚接地；三级管Q1的第3引脚与蜂鸣器B1的1脚相连；蜂鸣器的B1的2脚与3.3V电源连接；

LED指示灯电路，包括第二电阻R2和第一发光二极管LED1；第二电阻R2的一端接3.3V电源，第二电阻R2的另一端与第一发光二极管LED1的正极相连，第一发光二极管LED1的负极与单片机U3的第35引脚相连；

温度模块电路，包括第三十九电阻R39、第七十电容70、型号为NTC3950的热敏电阻NTC；热敏电阻NTC的一端与3.3V电源连接，另一端与第三十九电阻R39的一端，单片机U3的第17引脚相连，第三十九电阻R39的另一端接地；第七十电容C70与单片机U3的第17引脚相连，另一端接地；

噪声检测电路，包括型号为LM386的功放芯片U5、一个驻极体话筒MK1、第二十八电容C28、第二十九电容C29、第三十电容C30、第三十二电容C32、第三十一极性电容C31、发光二极管D6、第三十电阻R30和可变电阻RJ1；功放芯片U5的第1引脚与第三十电容C30的一端连接，第三十电容C30的另一端与功放芯片U5的第8引脚连接；功放芯片U5的第2、4引脚接地；功放芯片U5的第3引脚接第二十九电容C29的一端，第二十九电容C29的另一端与第二十八电容C28的一端、第三十电阻R30的一端及驻极体话筒MK1的一端连接，第三十电阻R30的另外一端接5V电源，第二十八电容C28的另一端接地，驻极体话筒MK1的另外一端接地；功放芯片U5的第5引脚与第三十二电容C32的一端连接，第三十二电容C32的另一端与发光二极管D6的负极、可变电阻RJ1的一端连接，发光二极管D6的正极与可变电阻RJ1的另一端相连后接地，可变电阻RJ1的中间引脚接单片机U3的第26引脚；功放芯片的第6引脚接5V电源；功放芯片U5的第7引脚接第三十一极性电容C31的正极，第三十一极性电容C31的负极接地；

PM2.5模块电路，包括型号为夏普GP2Y1010AU0F的PM2.5模块、第三十一上拉电阻R31、第三十四极性电容C34；

PM2.5模块的第1引脚与第三十一电阻R31的一端、第三十四极性电容C34的一端连接，第三十一电阻R31的另一端与5V电源连接，第三十四极性电容C34的另一端接地；PM2.5模块的第2、4引脚接地；PM2.5模块的第3引脚与单片机U3的第23引脚连接；PM2.5模块的第5引脚与单片机U3的第24引脚连接；PM2.5模块的第6引脚与5V电源连接；

电源电路包括3.3V及5V电源模块电路，包括型号为AMS1117-3.3的稳压芯片U2、微动开关S1、第四限流电阻R4、发光二极管Power、电源插座J3、第四滤波电容C4和第五滤波电容C5；稳压芯片U2的第1引脚接地；稳压芯片的第2、4引脚与3.3V电源、第四限流电阻R4的一端以及第五滤波电容C5的一端连接，第四限流电阻R4的另外一端与发光二极管Power的正极相连，第五滤波电容C5的另一端与发光二极管Power的负极、地线连接；稳压芯片U2的第3引脚与5V电源、微动开关S1的第2引脚连接；微动开关S1的第1引脚悬空；微动开关S1的第3引脚与电源插座J3的第1引脚连接，电源插座J3的第2引脚接地；

5V转2.5V电路，包括型号为REF2925的稳压芯片REF、第九十九滤波电容C99、第一分压电阻Rpower_1和第二分压电阻Rpower_2；稳压芯片REF的第1引脚与5V电源、第九十九电容C99的一端相连，第九十九电容C99的另一端接地；稳压芯片REF的第2引脚输出电压2.5V；稳压芯片REF的第3引脚接地；第一分压电阻Rpower_1的一端与第二分压电阻Rpower_2的一端相连后输出2.5V电源，第一分压电阻Rpower_1的另一端与5V电源连接，第二分压电阻Rpower_2的另一端接地；

电流互感器模块电路，包括电流互感器U1、电流互感器U8、第二滤波电容C2和第五十七滤波电容C57；电流互感器U1的第1引脚与5V电源、第二滤波电容C2的一端连接，第二滤波电容C2的另一端接地；电流互感器U1的第2引脚接地；电流互感器U1的第3引脚接入单片机U3的第25引脚；电流互感器U1的第4引脚与2.5V电源；电流互感器U8的第1引脚与5V电源、第五十七滤波电容C57的一端连接，第五十七滤波电容C57的另一端接地；电流互感器U8的第2引脚接地；电流互感器U8的第3引脚接入单片机U3的第15引脚；电流互感器U8的第4引脚与2.5V电源；

继电器模块电路，包括第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第二发光二极管LED2、第三发光二极管LED3、型号为2N5551的三极管Q2和Q7、继电器M1、继电器M2、第一电阻R1、第三电阻R3、第三十六电阻R36和第三七电阻R37；

三极管Q7的第1引脚与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与第三十六电阻R36的一端、单片机U3的第93引脚连接，第三十六电阻R36的另一端与第三发光二极管LED3的正极连接，第三发光二极管LED3的负极接地；三极管Q7第2引脚接地；三极管Q7的第3引脚接继电器M1的第3脚；继电器M1的第1脚接火线的入线端P1；继电器M1的第2脚和第一续流二极管D1的阴极接5V直流电源，第一续流二极管D1的阳极接继电器M1的3脚；继电器M1的第4脚接火线的出线端P2；三极管Q2的第1引脚与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与第三十七电阻R37的一端、单片机U3的第51引脚连接，第三十七电阻R37的另一端与第二发光二极管LED2的正极连接，第二发光二极管LED2的负极接地；三极管Q2第2引脚接地；三极管Q2的第3引脚接继电器M2的第3脚；继电器M2的第1脚接火线的入线端P3；继电器M2的第2脚和第二续流二极管D2的阴极接5V直流电源，第二续流二极管D2的阳极接继电器M2的3脚；继电器M2的第4脚接火线的出线端P4。

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