CN211602008U - 一种基于LoRa无线通信技术的需求侧响应插座 - Google Patents
一种基于LoRa无线通信技术的需求侧响应插座 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供了一种基于LoRa无线通信技术的需求侧响应插座，它包括电源单元、中央处理单元、电气测量单元、环境数据检测单元、开关控制单元、LoRa无线通信单元和串口显示屏。本实用新型实现了对用电设备用电信息的精确测量和对环境质量数据的检测，并利用LoRa无线通信技术完成远距离大范围的信息交互和控制，为需求侧响应提供关键的硬件技术支持。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于LoRa无线通信技术的需求侧响应插座，用于实现对家用电器电气信息的测量以及对环境质量的监测。
背景技术
21世纪以来，由于我国国民经济的持续平稳发展和城市化建设进程的不断推进，越来越多的数码产品、电器已进入家庭，如电视机、空调、冰箱、热水器等高能耗电器，为人类的生活创造了非常多的便利，但也使得居民住宅用电量急剧增长，导致电力资源相对短缺。为了缓解缺电压力、减少电能浪费，电网不断发展需求侧响应技术。
但现有技术难以支撑供需两侧的有效互动。目前的节能型智能插座产品，多在普通的节能智能插座基础上，增加无线通信模块，配合移动设备上的APP软件实现室内无线控制，而在计量功能方面只是粗略的计算电器的运行功率，无法为用户提供详细的用电分析和环境质量的监测。另一方面，现在常用的WIFI、Zigbee、蓝牙等无线通信技术，通信距离较短，当要求网络覆盖的区域较大时，部署成本高昂。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种基于LoRa无线通信技术的需求侧响应插座，通过电气测量单元对电器的详细用电信息进行采集，并使用环境数据检测单元对环境信息进行收集，最后通过LoRa模块实现对插座的远程控制及信息查询。
本实用新型具体为一种基于LoRa无线通信技术的需求侧响应插座，包含电源单元、中央处理单元、电气测量单元、环境数据检测单元、开关控制单元、LoRa通信单元及液晶显示屏；所述电源单元为各模块进行供电，所述电气测量单元连接到所述中央处理单元，所述中央处理单元连接到所述环境数据检测单元、所述LoRa通信单元及所述液晶显示屏。
进一步的，所述电源单元包含整流电路、滤波电路、直流电压变换电路、雷击浪涌保护电路、过流保护电路、短路保护电路及过热保护电路，输入为220V交流电，输入端与市电电网相连，而输出端则分别与中央处理单元、电气测量单元、环境数据检测单元、LoRa通信单元及液晶显示屏相连，为它们提供直流工作电压。
进一步的，过流保护电路采用TRF250-1000型号的保险丝串接在火线上，并采用型号为14D471K的RV压敏电阻并联在配电线路上，使其在雷击浪涌时起到保护作用；整流电路选用HB05N24隔离开关电源，将220V交流电转换为5V直流电，并在其输出端使用CLC滤波电路降低输出纹波；直流电压变换电路中，芯片TPS73633将5V直流电转换为3.3V直流电，为电源输入为3.3V的模块供电，TPS73HD301则将5V直流电转换为3.3V和1.9V，用于向中央处理单元供电。
进一步的，所述中央处理单元采用DSP芯片TMS320F28335。
进一步的，所述电气测量单元包含采样电路、低通滤波电路、放大电路和模数转换电路；采样电路由电阻分压电路与康铜电阻丝组成，电阻分压电路与单相交流220V线路并联，康铜电阻丝与单相220V电路串联；采样电路输出端经过低通滤波电路到放大电路进行信号放大；放大后的信号经模数转换电路将转换结果输出至中央处理单元。
进一步的，环境数据检测单元包含温湿度传感器和空气质量传感器，环境数据检测单元的输出端与中央处理单元连接。
进一步的，所述温湿度传感器型号为AM2302，该传感器包括一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，输出为已校准的数字信号，中央处理单元能够直接处理；所述空气质量传感器为TVOC浓度检测芯片KQM2801，检测室内有机气态物质浓度。
进一步的，所述开关控制单元包含三极管驱动电路和继电器，中央处理单元通过三极管驱动电路控制继电器的开闭。
进一步的，所述继电器采用HF7520大负载元则继电器，继电器通过三极管驱动电路进行控制，DSP通过向三极管的基极施加不同的电平控制三极管的导通和关断，进而控制继电器的动作；三极管基极外还设有限流电阻和下拉电阻，以避免继电器误动作和保证三极管有效接地。
进一步的，所述LoRa通信单元通过LoRa网关与云服务器连接；所述LoRa通信单元采用WH-L101模块。
本实用新型的有益效果是：具有精细的电气测量功能，可以对用电器的电压、电流、功率、用电量和电压电流谐波等电气数据进行准确的测量和分析；具有环境数据监测功能，可以实时测量环境温湿度和空气品质；利用LoRa无线通信技术，接收灵敏度高、抗干扰性能强、功耗低、信号穿透性强、通信距离远，可以实现远距离的数据交互和控制。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
图2是本实用新型一种实施例的结构示意图；
图3是LoRa模块电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型一种基于LoRa无线通信技术的需求侧响应插座的具体实施方式做详细阐述。
图1所示的为本实用新型的结构示意图，包含电源单元、开关控制单元、中央处理单元、电气测量单元、环境数据检测单元、LoRa通信模块及串口显示屏。
图2则为本实用新型一种具体实施例的结构示意图。
所述电源单元中：保护电路包括过流保护电路和雷击浪涌保护电路，过流保护电路采用TRF250-1000型号的保险丝串接在火线上，并采用型号为14D471K的RV压敏电阻并联在配电线路上，使其在雷击浪涌时起到保护作用。整流电路选用HB05N24隔离开关电源，将220V交流电转换为5V直流电，并在其输出端使用CLC滤波电路降低输出纹波。直流转换电路中，芯片TPS73633将5V直流电转换为3.3V直流电，为电源输入为3.3V的模块供电，TPS73HD301则将5V直流电转换为3.3V和1.9V，用于向中央处理单元供电。
所述中央处理单元：中央微控制器芯片采用DSP芯片TMS320F28335，完成对数据测量、数据交互、串口显示屏、开关控制等各种功能的协调控制，并完成对电气测量单元以及环境数据检测单元各种数字信号的计算处理。
所述环境数据检测单元中：所用的温湿度传感器型号为AM2302，该传感器包括一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，体积小、响应速度快、抗干扰能力强，且输出为已校准的数字信号，中央处理芯片可以直接处理。所采用的空气质量传感器为TVOC浓度检测芯片KQM2801，检测室内有机气态物质浓度。
所述电气测量单元中：电压采样电路采用将电阻分压电路与配电线路并联的方式，将大电压转换为小电压采样信号；电流采样电路则是将康铜电阻串联于220V单相电路的零线，将负载电流转换为小电压采样信号。采样信号经RC低通滤波电路，滤除采样信号中的高频分量。最后，将采样信号传到16位ADC芯片进行模数转换，最终变为可供中央处理芯片直接处理的数字信号。
所述开关控制单元中：继电器选用HF7520大负载元则继电器，继电器通过三极管驱动电路进行控制，DSP通过向三极管的基极施加不同的电平控制三极管的导通和关断，进而控制继电器的动作，三极管基极外还设有限流电阻和下拉电阻，以避免继电器误动作和保证三极管有效接地。
所述LoRa无线通信单元：选用的LoRa无线通信模块为WH-L101，该模块支持LoRaWAN协议，传输距离远、穿透力强、运行功耗低、抗干扰能力强、灵敏度高，适合远距离大范围的数据采集和传输。图3所示为WH-L101无线通信模块的实现电路图。
最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本实用新型的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
Claims (10)
1.一种基于LoRa无线通信技术的需求侧响应插座，其特征在于：所述需求侧响应插座包含电源单元、中央处理单元、电气测量单元、环境数据检测单元、开关控制单元、LoRa通信单元及液晶显示屏；所述电源单元为各模块进行供电，所述电气测量单元连接到所述中央处理单元，所述中央处理单元连接到所述环境数据检测单元、所述LoRa通信单元及所述液晶显示屏。
2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线通信技术的需求侧响应插座，其特征在于：所述电源单元包含整流电路、滤波电路、直流电压变换电路、雷击浪涌保护电路、过流保护电路、短路保护电路及过热保护电路，输入为220V交流电，输入端与市电电网相连，而输出端则分别与中央处理单元、电气测量单元、环境数据检测单元、LoRa通信单元及液晶显示屏相连，为它们提供直流工作电压。
3.根据权利要求2所述的一种基于LoRa无线通信技术的需求侧响应插座，其特征在于：过流保护电路采用TRF250-1000型号的保险丝串接在火线上，并采用型号为14D471K的RV压敏电阻并联在配电线路上，使其在雷击浪涌时起到保护作用；整流电路选用HB05N24隔离开关电源，将220V交流电转换为5V直流电，并在其输出端使用CLC滤波电路降低输出纹波；直流电压变换电路中，芯片TPS73633将5V直流电转换为3.3V直流电，为电源输入为3.3V的模块供电，TPS73HD301则将5V直流电转换为3.3V和1.9V，用于向中央处理单元供电。
4.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线通信技术的需求侧响应插座，其特征在于：所述中央处理单元采用DSP芯片TMS320F28335。
5.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线通信技术的需求侧响应插座，其特征在于：所述电气测量单元包含采样电路、低通滤波电路、放大电路和模数转换电路；采样电路由电阻分压电路与康铜电阻丝组成，电阻分压电路与单相交流220V线路并联，康铜电阻丝与单相220V电路串联；采样电路输出端经过低通滤波电路到放大电路进行信号放大；放大后的信号经模数转换电路将转换结果输出至中央处理单元。
6.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线通信技术的需求侧响应插座，其特征在于：环境数据检测单元包含温湿度传感器和空气质量传感器，环境数据检测单元的输出端与中央处理单元连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于LoRa无线通信技术的需求侧响应插座，其特征在于：所述温湿度传感器型号为AM2302，该传感器包括一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，输出为已校准的数字信号，中央处理单元能够直接处理；所述空气质量传感器为TVOC浓度检测芯片KQM2801，检测室内有机气态物质浓度。
8.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线通信技术的需求侧响应插座，其特征在于：所述开关控制单元包含三极管驱动电路和继电器，中央处理单元通过三极管驱动电路控制继电器的开闭。
9.根据权利要求8所述的一种基于LoRa无线通信技术的需求侧响应插座，其特征在于：所述继电器采用HF7520大负载元则继电器，继电器通过三极管驱动电路进行控制，DSP通过向三极管的基极施加不同的电平控制三极管的导通和关断，进而控制继电器的动作；三极管基极外还设有限流电阻和下拉电阻，以避免继电器误动作和保证三极管有效接地。
10.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线通信技术的需求侧响应插座，其特征在于：所述LoRa通信单元通过LoRa网关与云服务器连接；所述LoRa通信单元采用WH-L101模块。
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| CN116449723A (zh) * | 2023-05-29 | 2023-07-18 | 固强科技（深圳）有限公司 | 一种智能家电控制系统 |
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