一種節能用電系統的制作方法

本發明涉及建筑節能領域，涉及一種節能用電系統。

背景技術：

能源就是人類用來維持生存活動的能量來源。隨著社會經濟的發展，人類對能源的需求越來越大。能源作為中國經濟發展的動力，越來越受到兩會的重視。但是，我們現階段的日常生活中，對節能的重視程度還遠遠不夠，目前大部分的用電設施還是由手動操作開關，這種由個人意識所帶來的節電效果差強人意。所以，亟需一種能在室內實現節能的用電系統。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明提供一種解決或部分解決上述問題的一種節能用電系統。

為達到上述技術方案的效果，本發明的技術方案為：一種節能用電系統，包含智能燈具開關、智能用電插座、室內控制器、電量檢測器、傳感器模塊、智能網關、服務器、總控制器、多個手動控制器；

智能燈具開關用于控制室內的燈具開關，利用電磁調壓及電子感應自動地平滑地調解燈具的電壓與電流幅度，同時可采集燈具的用電量信息；

智能用電插座用于實現電器的控制，內含智能IC芯片，通過將智能IC芯片嵌入智能用電插座中自動檢測電器電流變化，當電器電流變換過大時切斷電源來保護電器，同時可采集電器的電量信息；

電量檢測器實現室內電量信息的采集，室內電量信息包含電壓、電流、功率、電量；

傳感器模塊包含溫度傳感器、濕度傳感器、亮度傳感器、放大器、轉換器，溫度傳感器測量室內的溫度，濕度傳感器測量室內的濕度，亮度傳感器測量室內的亮度；

傳感器模塊檢測的過程為，首先利用溫度傳感器、濕度傳感器、亮度傳感器分別對室內的溫度、室內的濕度、室內的亮度進行采集，并轉換成傳感信號，釆用放大器將傳感信號放大成放大的傳感信號，然后利用轉換器將放大的傳感信號進行模數轉換、校準和糾錯，轉換成傳感器數據，然后通過無線網絡與室內控制器通信傳遞傳感器數據；

智能燈具開關、智能用電插座、電量檢測器、傳感器模塊可以與室內控制器通過無線網絡進行信息的交互；

室內控制器包含觸摸顯示屏，觸摸顯示屏實時地顯示燈具的用電量信息、電器的電量信息、室內電量信息、室內的溫度、室內的濕度、室內的亮度，方便用戶查看，并且通過觸摸顯示屏手動地控制智能燈具開關、智能用電插座、電量檢測器、傳感器模塊的開關，將燈具的用電量信息、電器的電量信息、室內電量信息、室內的溫度、室內的濕度、室內的亮度轉換成網絡檢測數據并通過無線傳輸給智能網關；

智能網關利用ZigBee技術實現無線傳輸，內含無線路由器，用于實現網絡檢測數據與串口數據之間的轉換，將網絡檢測數據轉換成串口數據形式的網絡檢測數據；

服務器是智能網關與總控制器網絡連接的橋梁，將串口數據形式的網絡檢測數據進行融合后直接利用GPRS進行數據傳輸，使總控制器能接收到串口數據形式的網絡檢測數據，并且對其進行數據處理分析并壓縮成壓縮數據包，傳輸給多個手動控制器，多個手動控制器內嵌嵌入式處理芯片，外嵌鍵盤按鈕、LED顯示屏，嵌入式處理芯片將壓縮數據包解壓，還原成串口數據形式的網絡檢測數據，LED顯示屏可以顯示串口數據形式的網絡檢測數據，通過鍵盤按鈕能將命令輸入，經嵌入式處理芯片處理后傳輸給手動控制器，手動控制器將處理后的命令傳輸給總控制器，通過服務器進行GPRS傳輸給智能網關，經過無線傳輸給室內控制器，室內控制器可以將處理后的命令進行處理，按其中的要求對智能燈具開關、智能用電插座、電量檢測器、傳感器模塊進行調整。

本發明的有益成果是：本發明從電器用電、燈具用電等多方面對用電系統進行具體的設計，既能實現用電的自動調解，還能實現手動地反向地進行控制，有效地避免了傳統用電方式的管理落后、能源浪費等缺點，最終實現節能目標。

附圖說明

圖1為本發明的節能用電系統的布局結構圖。

具體實施方式

為了使本發明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行詳細的說明。應當說明的是，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明，能實現同樣功能的產品屬于等同替換和改進，均包含在本發明的保護范圍之內。具體方法如下：

實施例1：

本發明的節能用電系統是基于物聯網的，物聯網分為三層架構，為感知層、網絡層、應用層。感知層位于物聯網架構的最底層，用于實現數據信息的獲取。網絡層位于中間層，用于通過網絡手段將信息實時傳輸出去。應用層位于頂層，用于實現資源的交換、信息的傳輸、方案的決策等。

(1)感知層

感知層，用來感知和識別外界的信息，采集外界發生的事件和數據。感知層分為主動采集和被動采集兩種方式，用于所處環境內的信息監測。在本發明中，感知層包括智能燈具開關、智能用電插座、電量檢測器、傳感器模塊。

(2)網絡層

網絡層是信息傳輸的通道，實現各個模塊間的相互連接，增加了物與物之間的信息交互功能。它能把感知到的信息準確、安全的進行物理傳播。作為的支點，網絡層是各種通信網絡的融合，各種通信網絡包括有線網絡、3G網絡、WiFi網絡、移動通信網絡、廣電網絡等。

3)應用層

應用層是物聯網實現具體應用的平臺，是面向用戶的橋梁，是推動技術創新的原始動力。應用層主要利用各種終端設備，實現數據的處理與應巧，完成信息技術與專業技術的徹底融合。要實現這一目標，應用層要解決信息的共享化和信息的安全問題。物聯網在應用時，首先判斷物體的屬性，若為靜態屬性，直接將物體所包含的數據信息存儲起來，若是動態屬性，則需要運用傳感器進行信息檢測；其次，讀取物體的屬性，并將信息進行數據轉換；最后，實現與信息中必的通信。

其中，傳感器的設計，溫濕度、亮度是舒適度的重要指標，控制策略的實施需要其提供數據支持。傳統的溫濕度、亮度測量，通過空調的監測的方式，具有很大缺陷。設計獨立的傳感器可有效地對室內的溫度、濕度進行檢測。

所選的溫濕度模塊需要滿足-20度至50度的溫度測量范圍，(TC的溫度測量范圍，0至99％的濕度測量范圍，且需要較小的體積。為了避免電路板的溫度對測量結果造成的影響，模塊與電路板之間需增加縫隙以減少熱傳導。因此，溫濕度傳感器選用SHT11模塊，該模塊同時實現溫度、濕度測量，內部集成測量、校準電路，保證數據的準確性。

SHT11模塊通過串行接口傳輸數據，但該串行口在數據讀取、能耗上都做了改進，與傳統的化接口不兼容。傳感器的設計照度的強弱影響人們的居住舒適度和眼睛疲勞程度，人們舒適的同時又節約能源。據研究表明，室內最適宜的照度為100lux，照度過高或過低對人眼都會造成傷害。

在電量檢測模塊，可以采用智能電表作為用電系統中的重要組成部分，實現房間內的電量、電流、電壓、功率等的測量，并通過LCD液晶顯示出來。傳統的電表大多采用互感器來實現電壓、電流、功率的測量，具有測量精度低、體積大等缺點。智能電表采用新型電量計量芯片實現數據的測量，該芯片通過SPI接口與主機通信。

實施例2：

智能網關用于實現串口數據與以太網數據的轉換，既是監控中心也是與各個房間信息交互的中樞。室內控制器通過網絡將數據發送至智能網關，智能網關完成數據轉換，通過LAN總線向監控中也發送數據。傳統的數據傳輸大多采用RS232、485總線，這類總線沒有完整的數據傳輸規范，數據傳輸的安全性和可靠性也無法保障。隨著以太網成本的降低，以太網在工業中的應用越來越廣泛，以太網具有通信速度快、保密性好等優點。

智能網關包括電源模塊、無線通信模塊、MCU、網絡接口四個部分。智能網關中的無線通信模塊功耗相對較大，為保證電路的穩定性，電源模塊設計的尤為重要。普通的穩壓電源，負載能力弱，電源穩定性差，且易損壞。智能網關中電源電路選用基于TPS5430的開關電源。基于TPS5430的開關電源具有欠壓鎖定、過流保護、內部補償反饋等功能，內置慢啟動電路，改善瞬態響應。電容使用升壓電容，以增強電路的驅動能力。并且設置使能引腳，當電壓超過5V時，芯片開始工作。采用補償網絡，提高電路的開關頻率，使該電路的開關頻率可達500KHZ。并設置濾波電容，降低紋波干擾，增加肖特基二極管提高電路的工作效率。

智能網關選用STM32F207ZET芯片作為MCU，該芯片是一款低功耗、高性能的處理器，具有豐富的接口資源。該芯片集成的功能主要有：包含豐富以太網資源，獨有MAC控制器，支持多種接口，擁有多種樣式定時器，包含高級、通用、基本三種，自帶多種復位方式，支持USB全速接口，擁有512K的RAM資源，兩個看口狗燈。在網絡接口模塊，智能網關完成以太網數據與串口數據的轉換，需要MAC控制器和物理收發器共同實現。

室內控制器作為室內前端設備的控制，室內控制器的選擇至關重要。一個好的房間控制器不僅可提高整個系統性能，而且可降低系統的后期維護成本。室內控制器作為室內終端設備的中也，實現包括數據獲取、數據顯示、數據上傳、智能控制、用戶管理等功能。用戶查看室內控制器的信息，首先進行用戶登陸，用戶信息輸入正確即可進入室內控制器的主界面。室內控制器的主界面顯示房間內部空氣質量、溫度、濕度、照度等；能耗監測界面顯示房間內用電量信息，如電流、電壓、功率、電量等；節點狀態界面用于顯示燈具、電器等的開關狀態，并可手動控制其開關；情景模式界面用于設置工作場景如會議場景、辦公場景等；定時控制界面用于手動設置電器、燈具的工作時間；系統設置界面用于手動修改模塊信息，如添加或刪除節點模塊。

無線傳輸中使用TCP/IP協議，方便用戶直接調用。在待機狀態下，功耗不足1mW，解決了傳統無線傳輸模塊功耗大的問題。不僅具有豐富的接口資源，擁有多達16個引腳口,內置穩壓器、PLL組件,內置功率放大單元、溫度采集單元，能夠進行溫度補償,具有多種工作模式，如激活、睡眠等模式，保證了電路的低功耗。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，并非用以限定本發明的權利要求保護范圍。同時以上說明，對于相關技術領域的技術人員應可以理解及實施，因此其他基于本發明所揭示內容所完成的等同改變，均應包含在本權利要求書的涵蓋范圍內。

本發明的有益成果是：本發明從電器用電、燈具用電等多方面對用電系統進行具體的設計，既能實現用電的自動調解，還能實現手動地反向地進行控制，有效地避免了傳統用電方式的管理落后、能源浪費等缺點，最終實現節能目標。