基于無線網絡的電量測量系統及節電方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于無線網絡的電量測量系統及節電方法，該系統包括：電流采集終端、網關設備及云端數據庫，該電流采集終端采集用電設備的電流數據，并將得到的電流數據發送至云端數據庫進行用電量的計算及合理控制，用戶通過訪問云端數據庫或直接通過授權的遙控終端了解到所使用的各用電設備在不同工作狀態下所消耗的電量，實現了自動化、無線式的采集方式。
【專利說明】基于無線網絡的電量測量系統及節電方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電量測量【技術領域】，尤其涉及一種基于無線網絡的電量測量系統及使用該系統的節電方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會的進步，科學技術的不斷發展，人類創造出來為人類服務的設備越來越多、越來越先進，這些設備為人類的生活提供了極大的方便，提高了人民群眾的生活水平，然而隨之帶來的則是用電量的嚴重加劇，大量的電能消耗不僅造成了資源的浪費同時對環境也造成了嚴重的污染。在電力系統中，電力數據的分析需要大量的記錄來支持，數據的收集必須及時和準確，但按照現有的技術難以實現，現有的技術中大多采用鉗形表對用電設備進行電流檢測，其是由電流互感器和電流表組合而成，被測電流所通過的導線穿過鉗形表的的鐵心缺口，穿過鐵心的被測導線成為電流互感器的一次線圈，通過電流便在二次線圈中感應出電流，從而使二次線圈相連接的電流表便有指示，即測出被測線路的電流。
[0003]中國專利申請號為201320365784.9名稱為“一種基于無線網絡技術的多功能電量測量裝置”公開了:包括用戶檢測終端(I)、檢測子系統(2)和控制中心(3)，所述的用戶檢測終端包括電流互感器、電壓互感器、溫度互感器和諧波分析裝置，用戶檢測終端將檢測到的數據通過有線或無線的方式傳輸給檢測子系統，檢測子系統通過無線網絡GSM、CDMA、3G網絡中的一種傳送給控制中心。
[0004]ZigBee是一種新型的短距離、低功耗、低數據速率、低成本、低復雜度的無線網絡技術；其采取了 IEEE802.1.4強有力的無線物理層所規定的全部有限:省點、簡單、成本又低的規格；并且增加了邏輯網絡，網絡安全和應用層。ZigBee無線傳輸帶寬在20-250KB/S范圍，適合傳感器數據采集和控制數據的傳輸，ZigBee無線可以組建大規模網絡，網絡節點容量達到65535個，具有非常強大的組網優勢。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種基于無線網絡的電量測量系統及節電方法，以解決現有的技術中無法實現同時對各電器設備進行電量檢測并進行用電分析的問題，能夠形成用電分布控制信息，對各電器設備進行調整，實現在指定時間內對電器使用進行時間或電量上的控制，完成對用電量進行合理的控制。
[0006]為達到上述目的，本發明提供一種基于無線網絡的電量測量系統，包括:電流采集終端、網關設備及云端數據庫，該電流采集終端采集用電設備的電流數據，并將得到的電流數據發送至云端數據庫進行用電量的計算及合理控制，其中:
所述的電流采集終端包括:電流采集模塊、第一微處理模塊、第二微處理模塊、無線數據收發模塊及供電模塊，該電流采集模塊采集用電設備的電流數據，并將該電流數據傳輸給第一微處理模塊，該第一微處理模塊分析和計算接收到的電流數據，并將處理后的電流數據通過有線串口的方式傳輸給第二微處理模塊，該第二微處理模塊將接收到的電流數據經編碼加密后控制無線數據收發模塊發送至上述的網關設備，該供電模塊對上述各模塊進行供電；
所述的網關設備通過無線傳輸協議與上述無線數據收發模塊通信，接收上述無線數據收發模塊發送的電流數據，并與外設的其他無線終端設備進行無線數據傳輸，接收/發送設備控制指令；
所述的云端數據庫通過互聯網絡接收上述網關設備傳輸的電流數據，其內存儲有各網關設備及電流采集終端的編碼，能夠識別出接收的電流數據對應的用電設備，且該云端數據庫根據接收到的電流數據計算出用電設備的用電量，根據計算得到的用電量生成各用電設備于各種環境下的用電量信息圖，以及其內存儲有控制各用電設備的控制指令，接收外界遙控終端發送的控制用電設備控制指令，根據控制指令提取對應的控制編碼，并將上述的用電量數據及控制用電設備的狀態數據推送給授權的遙控終端。
[0007]較優地,上述的第一微處理模塊與第二微處理模塊通過UART串口方式連接,傳輸電流數據。
[0008]較優地，上述的無線數據收發模塊與網關設備通過ZigBee或Ζ-Wave的方式進行對采集到電流數據信息的傳輸。
[0009]較優地，上述的供電模塊選用3V電池進行供電。
[0010]本發明的基于無線網絡的電量測量系統，通過使用電流采集終端對各用電設備進行實時電流強度數據的采集，并可通過與網關設備組網后，將采集到的電流強度數據發送至云端數據庫進行存儲、分析，這樣用戶通過訪問云端數據庫或授權的遙控終端了解到所使用的各用電設備在不同工作狀態下所消耗的電量，實現了自動化、無線式的采集方式。
[0011]本發明還提供一種使用電量測量系統的節電方法，包括步驟如下:
電流采集終端采集各用電設備不同運行狀態下的電流數據；
將采集到的電流數據通過無線方式傳輸至網關設備，并發送給云端數據庫；
云端數據庫根據接收到的電流數據計算用電設備所消耗的電量，并進行存儲；
于云端數據庫內設定各用電設備在指定時間內消耗的電量的最大值；
云端數據庫根據上述用電設備不同運行狀態下消耗的電量數據及設定的指定時間內消耗的總的電量最大值計算出每個用電設備在指定時間內消耗的最大電量；
云端數據庫產生對各用電設備的控制指令信息并通過網關設備來控制各用電設備；
各用電設備根據接收到的控制指令信息完成相應的動作。
[0012]本發明的使用電量測量系統的節電方法，通過電流采集終端采集到的各用電設備不同工作狀態的電流強度數據供用戶了解，用戶可自行根據采集到的各用電設備的用電電量來對可用電設備進行耗電量的調整，且用戶還可于云端數據庫中設定指定時間內各用電設備所消耗總電量的最大值，由云端數據庫根據其內存儲的各用電設備不同工作狀態所消耗的電量來進行電量的分配后，生成匹配各電量值相對應的控制各用電設備的控制指令，從而實現各用電設備的低功耗運行。
[0013]本發明的有益效果:
1、使用無線的電流采集終端實時對用電設備進行電流檢測，用戶可隨時了解到各用電設備的用電量情況；
2、實現了各用電設備不同運行環境下的耗電量的云端存儲，便于數據的隨時查看； 3、云端數據庫可根據用戶設定的電量進行各用電設備的管理控制，將電量進行合理分配，在指定時間內令各用電設備消耗規定的電量，實現對電量進行合理的管控。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1繪示本發明基于無線網絡的電量測量系統的結構原理框圖。
[0015]圖2繪示本發明使用電量測量系統的節電方法的步驟流程圖。
【具體實施方式】
[0016]為了便于本領域技術人員的理解，下面結合實施例與附圖對本發明作進一步的說明，實施方式提及的內容并非對本發明的限定。
[0017]參照圖1所示，本發明提供一種基于無線網絡的電量測量系統，應用于檢測各用電設備的耗電量，包括:電流采集終端、網關設備及云端數據庫，該電流采集終端采集用電設備的電流數據，并將得到的電流數據發送至云端數據庫進行用電量的計算及合理控制，其中，具體實例如下:
電流采集終端包括:電流采集模塊、第一微處理模塊、第二微處理模塊、無線數據收發模塊及供電模塊，該電流采集模塊通過電流互感的方式(與【背景技術】中的鉗形表的工作原理相同)采集用電設備的電流數據，并將該電流數據傳輸給第一微處理模塊，該第一微處理模塊分析和計算接收到的電流數據，并將處理后的電流數據通過有線串口 UART的方式傳輸給第二微處理模塊，該第二微處理模塊將接收到的電流數據經編碼加密后控制無線數據收發模塊發送至上述的網關設備，該供電模塊對上述各模塊進行供電，采用3V電池進行供電；
上述的第二微處理模塊與無線數據收發模塊采用一體設計，選用TI公司的CC2XXX系列，該系列芯片上整合了 ZigBee射頻前端、內存和微控制器，它使用I個8位MCU (8051)，具有128KB可編程閃存和8KB的RAM，具備較高的加密性，在休眠模式和轉換到主動模式使用超短的時間，將接收到的電流數據經編碼后以ZigBee的傳輸方式傳輸給網關設備。
[0018]網關設備采用ZigBee傳輸協議，與ZigBee子設備終端組建ZigBee網絡，網絡節點容量達到65535個，具有非常強大的組網優勢，ZigBee提供了三級安全模式，包括無安全設定、使用訪問控制清單(Access Control List, ACL)防止非法獲取數據以及采用高級加密標準(AES 128)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性，當ZigBee網絡受到外界干擾，無法正常工作時，整個網絡可以動態的切換到另一個工作信道上，其通過無線ZigBee傳輸協議與上述無線數據收發模塊通信，接收上述無線數據收發模塊發送的電流數據，同時還可與外設的其他ZigBee子設備終端(如:ZigBee門鎖、ZigBee無線開關、ZigBee紅外轉發器、ZigBee無線插座、ZigBee傳感器等設備)進行無線數據傳輸，接收/發送設備控制指令，實現無線的控制，該網關設備連接網線或路由器后與云端數據庫進行數據通信，發送采集到的用電設備的電流數據，及接收云端數據庫發送的控制ZigBee子設備終端的控制指令。
[0019]于其他實施例中，上述的網關設備與無線數據收發模塊還可采用Z-Wave傳輸協議方式進行數據傳輸。
[0020]云端數據庫通過互聯網絡接收上述網關設備傳輸的電流數據，其內存儲有各網關設備及電流采集終端的編碼，能夠識別出接收的電流數據對應的用電設備，并根據接收到的電流數據計算出用電設備的用電量，每個地區使用的交流電壓是特定的，并將所得到的各用電設備在不同運行狀態下的電量數據進行存儲，如:家用的無線調色調光燈，用戶將亮度調到最大使用4小時，電流采集終端將采集到的電流數據發送至云端數據庫進行計算后存儲用電量；用戶將亮度調到最大亮度的80%使用4小時，電流采集終端將采集到的電流數據發送至云端數據庫進行計算后存儲用電量；這樣云端數據庫會存儲各用電設備每個運行狀態下的用電量，并根據計算得到的用電量生成各用電設備于各種環境下的用電量信息圖，用戶可通過用電量信息圖了解到用電設備的耗電情況，可對用電設備的使用做出合理的調整；該云端數據庫內存儲還有控制各用電設備(此處的用電設備為ZigBee子設備終端)的編碼控制指令，可接收外界授權的遙控終端發送的控制用電設備控制指令，根據接收到的控制指令提取對應的控制編碼對用電設備進行控制，并可將上述用電設備的用電量數據及控制用電設備的狀態數據信息推送給授權的遙控終端。
[0021]本發明的基于無線網絡的電量測量系統，通過使用電流采集終端對各用電設備進行實時電流強度數據的采集，并可通過與網關設備組網后，將采集到的電流強度數據發送至云端數據庫進行存儲、分析，這樣用戶通過訪問云端數據庫或授權的遙控終端了解到所使用的各用電設備在不同工作狀態下所消耗的電量，實現了自動化、無線式的采集方式。
[0022]此外，本發明的基于無線網絡的電量測量系統可配合不同的ZigBee子設備終端實現不同的節電效果，如:使用于空調電源端的電流采集終端，其會實時采集空調所消耗的電流強度，在夏天若空調設置的溫度過低，空調會持續執行制冷動作，這樣會造成電量浪費，若用戶于云端數據庫內設置空調所消耗的電量閾值后，云端數據庫會分析空調運行時刻所消耗的電量，若消耗的電量會高于閾值，則云端數據庫會發出提高空調設定溫度的指令，可以控制ZigBee網絡內的ZigBee紅外轉發器發出控制提高空調溫度的紅外指令，從而實現自動管控電量的無線操作，實現了智能化的家居生活。
[0023]參照圖2所示，本發明還提供一種使用電量測量系統的節電方法，包括步驟如下: 步驟101:電流采集終端采集各用電設備不同運行狀態下的電流數據，對各用電設備
進行實時的電流檢測；
步驟102:電流采集終端將采集到的電流數據經解碼轉碼后，進行編碼加密通過ZigBee無線通信方式傳輸至網關設備，網關設備橋接互聯網絡，將電流數據發送給云端數據庫；
步驟103:云端數據庫根據接收到的電流數據計算各用電設備在不同運行狀態下所消耗的電量，形成各運行狀態的用電量信息圖，并進行存儲，用戶可根據生成的用電量信息圖了解到各用電設備的用電情況，何種狀態下用電設備用電量最優，以達到節能環保的目的；
步驟104:用戶于云端數據庫內設定各用電設備在指定時間內消耗的電量的最大值，用戶可根據云端數據庫內存儲的用電設備的用電量信息圖，對各用電設備進行設定；
步驟105:云端數據庫根據上述用電設備不同運行狀態下消耗的電量數據及設定的指定時間內消耗的總的電量最大值計算出每個用電設備在指定時間內各自消耗的最大電量；表現為:用戶于云端數據庫內設定一周的時間內各用電設備所消耗的總的電量的最大值為80度(即80千瓦時)，云端服務器會根據其內存儲的各用電設備不同運行狀態下的電量數據及所消耗總的電量值分析、計算出每個用電設備所分配的各自一周耗電量； 步驟106:云端數據庫根據各用電設備分配的各自的一周耗電量產生對各用電設備的控制指令信息，如:分配給照明燈的電量為I度，而平時該照明燈處于最亮狀態的一周耗電量為1.2度，此時云端數據庫會控制調節照明燈的亮度為80%，從而實現照明燈的一周耗電量為I度，該云端數據庫將產生的控制指令信息通過網關設備來控制各用電設備完成指令動作；
步驟107:各用電設備接收網關設備無線發送的控制指令信息，并根據接收到的控制指令信息完成相應的動作。
[0024]本發明的使用電量測量系統的節電方法，通過電流采集終端采集到的各用電設備不同工作狀態的電流強度數據供用戶了解，用戶可自行根據采集到的各用電設備的用電電量來對可用電設備進行耗電量的調整，且用戶還可于云端數據庫中設定指定時間內各用電設備所消耗總電量的最大值，由云端數據庫根據其內存儲的各用電設備不同工作狀態所消耗的電量來進行電量的分配后，生成匹配各電量值相對應的控制各用電設備的控制指令，從而實現各用電設備的低功耗運行。
[0025]本發明具體應用途徑很多，以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于無線網絡的電量測量系統，其特征在于，包括:電流采集終端、網關設備及云端數據庫，該電流采集終端采集用電設備的電流數據，并將得到的電流數據發送至云端數據庫進行用電量的計算及合理控制，其中: 所述的電流采集終端包括:電流采集模塊、第一微處理模塊、第二微處理模塊、無線數據收發模塊及供電模塊，該電流采集模塊采集用電設備的電流數據，并將該電流數據傳輸給第一微處理模塊，該第一微處理模塊分析和計算接收到的電流數據，并將處理后的電流數據通過有線串口的方式傳輸給第二微處理模塊，該第二微處理模塊將接收到的電流數據經編碼加密后控制無線數據收發模塊發送至上述的網關設備，該供電模塊對上述各模塊進行供電； 所述的網關設備通過無線傳輸協議與上述無線數據收發模塊通信，接收上述無線數據收發模塊發送的電流數據，并與外設的其他無線終端設備進行無線數據傳輸，接收/發送設備控制指令； 所述的云端數據庫通過互聯網絡接收上述網關設備傳輸的電流數據，其內存儲有各網關設備及電流采集終端的編碼，能夠識別出接收的電流數據對應的用電設備，且該云端數據庫根據接收到的電流數據計算出用電設備的用電量，根據計算得到的用電量生成各用電設備于各種環境下的用電量信息圖，以及其內存儲有控制各用電設備的控制指令，接收外界遙控終端發送的控制用電設備控制指令，根據控制指令提取對應的控制編碼，并將上述的用電量數據及控制用電設備的狀態數據推送給授權的遙控終端。
2.根據權利要求1所述的基于無線網絡的電量測量系統，其特征在于，上述的第一微處理模塊與第二微處理模塊通過UART串口方式連接，傳輸電流數據。
3.根據權利要求1所述的基于無線網絡的電量測量系統，其特征在于，上述的無線數據收發模塊與網關設備通過ZigBee或Z-Wave的方式進行對采集到電流數據信息的傳輸。
4.根據權利要求1所述的基于無線網絡的電量測量系統，其特征在于，上述的供電模塊選用3V電池進行供電。
5.一種使用電量測量系統的節電方法，其特征在于，包括步驟如下: 電流采集終端采集各用電設備不同運行狀態下的電流數據； 將采集到的電流數據通過無線方式傳輸至網關設備，并發送給云端數據庫； 云端數據庫根據接收到的電流數據計算用電設備所消耗的電量，并進行存儲； 于云端數據庫內設定各用電設備在指定時間內消耗的電量的最大值； 云端數據庫根據上述用電設備不同運行狀態下消耗的電量數據及設定的指定時間內消耗的總的電量最大值計算出每個用電設備在指定時間內消耗的最大電量； 云端數據庫產生對各用電設備的控制指令信息并通過網關設備來控制各用電設備； 各用電設備根據接收到的控制指令信息完成相應的動作。
【文檔編號】G01R22/10GK103792425SQ201410049301
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月12日 優先權日:2014年2月12日
【發明者】朱俊崗, 朱峰, 朱俊嶺, 余建美, 楊宏偉 申請人:南京物聯傳感技術有限公司