大型辦公樓宇智能用電電器控制系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及大型辦公樓宇智能用電電器控制系統及方法。
【背景技術】
[0002]隨著人民生活水平的提高，建筑能耗將呈現持續迅速增長的趨勢，加劇我國能源資源供應與經濟社會發展的矛盾，最終導致全社會的能源短缺。降低建筑能耗，實施建筑節能，對于促進能源資源節約和合理利用，緩解我國的能源供應與經濟社會發展的矛盾，有著舉足輕重的作用，也是保障國家資源安全、保護環境、提高人民群眾生活質量、貫徹落實科學發展觀的一項重要舉措。因此，如何降低建筑能源消耗，提高能源利用效率，實施建筑節能，是我國可持續發展亟待研究解決的重大課題。
[0003]據中國建筑節能年度發展研究報告得知:我國建筑能耗占社會總能耗的18.8%，隨著我國經濟的迅猛發展，國家機關辦公建筑和大型公共建筑高能耗的問題日益突出。目前，我國每年竣工建筑面積約為20億平方米，其中公共建筑約有4億平方米。兩萬平方米以上的大型公共建筑面積占城鎮建筑面積的比例不到4%，但是能耗卻占到建筑能耗的20%以上，其中單位面積耗電量更是普通民宅的10到15倍。
[0004]我國的智能用電技術是建設堅強智能電網的重要組成部分，其核心就是實現智能化服務，滿足用戶多元化需求，實現電力供應穩定可靠、經濟安全，構建電網與客戶之間電力流、信息流、業務流實時互動的新型供用電關系。改變用戶用能方式，促進節能減排，提高清潔的電能在終端能源消費中的比重。因此，智能用電建設的好壞直接關系到電網的能源使用效率、經濟運行和有序用電。
[0005]現在的樓宇智能智能控制主要是兩種情況:一種是智能控制到樓宇配電箱或樓層配電箱，不能控制到每個房間內的每個插座、開關；另一種雖然能對房間內每個開關進行控制，卻只能稱作智能家居系統，是面向家庭應用的，并不是針對樓宇總控。
【發明內容】
[0006]為解決現有技術存在的不足，本發明公開了大型辦公樓宇智能用電電器控制系統及方法，該系統具有精度高、成本低、結構簡單、功耗低等特點，具有很高的實用性。本申請符合信息技術的發展趨勢。
[0007]為實現上述目的，本發明的具體方案如下:
[0008]大型辦公樓宇智能用電電器控制系統，包括智能用電及能源優化監控中心，智能用電及能源優化監控中心通過網絡與無線路由器通信，智能用電及能源優化監控中心通過網絡與數據服務器通信，無線路由器與樓層網關通信，樓層網關通過無線方式與多個樓宇內部監控中心通訊；
[0009]樓宇內部監控中心包括房間控制器，房間控制器分別與智能傳感器、智能照明系統及智能電器系統通信；
[0010]無線路由器接入攝像頭的視頻并通過局域網上傳控制視頻至智能用電及能源優化監控中心；樓層網關通過無線通信將每個房間的信息進行收集，再通過局域網上傳至智能用電及能源優化監控中心，同時將來自于局域網的信息和命令通過房間控制器傳遞給房間的受控設備，以實現設備的控制和信息采集。
[0011]樓層網關包括:無線收發模塊、微控制器模塊及網絡接口模塊，所述無線收發模塊與微控制器模塊，微控制器模塊通過網絡接口模塊與以太網通信，所述微控制器模塊包括單片機及與之通信的多功能μρ監控芯片；
[0012]所述無線收發模塊包括無線ZigBee模塊，型號為WLT-24XXZ的芯片，所述無線ZigBee模塊的三個端口分別通過相串聯的電阻及發光二極管接地。
[0013]所述網絡接口模塊由單電源物理層收發器和網絡插座變壓器組成。
[0014]所述樓層網關還與電源模塊相連，所述電源模塊包括電源轉換芯片，電源轉換芯片的一端與并聯支路的一端相連，并聯支路的另一端接地，并聯支路為由電容C35、電容C21及二極管Dl相并聯組成，電源轉換芯片還與依次串聯的電容C8及電感L4相連，電感L4與另一并聯支路相連，另一并聯支路由電容C12、電容C19、電容C20及電容ClO相并聯組成，另一并聯支路的一端依次與電阻R48、發光—■極管D9相串聯。
[0015]所述電源模塊還包括穩壓芯片，穩壓芯片的輸入端及輸出端分別與0.1uF瓷片電容相連。
[0016]所述多功能μΡ監控芯片為頂Ρ706芯片，頂Ρ706芯片的一端與開關Κ2相連，ΜΡ706芯片的RESET引腳之上接入一個大小為10ΚΩ的下拉電阻，下拉電阻通過電容接地。
[0017]智能用電及能源優化監控中心還通過網絡與交換機通信，交換機分別與熱水優化控制系統、電能優化控制系統及熱能優化控制系統通信，熱水優化控制系統分別控制電熱水系統及太陽能熱水系統，電能優化控制系統分別控制電力系統、太陽能系統及風能系統，熱能優化控制系統分別控制中央空調系統及地源熱栗系統。
[0018]所述房間控制器還分別與智能開關、智能調光開關及智能遙控器進行通信，智能開關為觸摸智能控制燈具的開關；房間控制器通過ZigBee通信模塊對燈具實時控制；房間控制器通過智能調光開關進行控制實現燈光變亮或變暗控制，智能遙控器為紅外轉發器。
[0019]所述紅外轉發器主要由主控模塊、紅外接收模塊、紅外發射模塊和數據存儲模塊，主控模塊、紅外接收模塊、紅外發射模塊和數據存儲模塊均與CC2530芯片通信。
[0020]所述智能開關包括光耦芯片，光耦芯片的輸入端與晶閘管相連，晶閘管還與由電容及電阻相串聯組成的濾波電路相并聯，耦芯片的輸出端與兩級電流驅動電路相連。
[0021]智能開關及智能調光開關都是用來控制照明燈具的，智能開關是對燈有開、關功能，智能調光開關的功能是調節等的亮暗程度(當然，必須對白熾燈、LED燈等可調節亮度的燈具有效)。智能用電及能源優化監控中心簡稱監控中心。
[0022]辦公樓宇用電信息采集與節能控制方法，包括:
[0023]智能用電及能源優化監控中心通過TCP網絡與樓層網關建立連接，樓層多媒體網通過Zigbee無線網絡連接各個房間控制器，監控中心通過樓層網關收到來自個房間檢測信息，并存入數據庫，同時監控中心通過網關向各個房間控制器發送控制命令，實現用電器的開關、調節功能。
[0024]所述監控中心采用TCP/IP協議實現與樓層網關的網絡通信，在通信時具體分為數據的接收和數據的發送兩個步驟:
[0025]數據的接收:監控中心首先通過Listen方法建立監聽，監聽已經指定的端口的網絡連接請求，當偵聽到由樓層網關發送來的網絡連接請求后，建立網絡連接，連接建立成功后，網關向監控中心發送由房間控制器檢測到的數據信息，監控中心平臺通過GetData方法讀取接收到的數據，將監控的數據顯示在指定的文本框中，然后再將這些接收到的監控數據存儲到數據庫中，如果接收超時，則需要關閉網絡連接，關閉網絡連接可通過TCPClose事件實現；
[0026]數據的發送:監控中心與樓層網關建立連接，連接建立成功之后，監控中心通過SendData方法來向樓層網關發送控制指令數據，由樓層網關解析指令內容，指令數據發送成功后，若需要繼續發送，則進入循環，繼續發送下一條指令；若發送完成，則監控中心斷開網絡連接，若數據發送失敗，監控中心同樣關閉網絡連接。關閉網絡連接可以通過TCPClose事件實現。
[0027]無線路由器接入攝像頭的視頻并通過局域網上傳控制視頻至智能用電及能源優化監控中心；無線傳感器的節點通信方法，包括:
[0028]無線傳感器節點在上電完成程序初始化以后，向網關設備發送入網請求，網關回復節點的入網請求并分配相應的網絡地址，地址從I開始分配，隨后節點進入等待同步狀態；
[0029]當收到網關發送的同步幀后，節點進入傳感器數據采集和處理狀態，在完成傳感器的數據采集和處理后，將數據進行打包封裝，如果節點地址等于1，則直接進入發送數據狀態，如果節點地址大于I節點先進入休眠狀態，等發送時隙到來時喚醒節點發送數據；
[0030]發送完數據后等待網關確認，如果在時隙結束時收到網關確認則直接進入休眠狀態，如果在時隙結束時未到網關確認則第二次發送數據，第二次數據發送完成后則再進入休眠狀態，直到下個周期到來前喚醒，等待同步幀開始下一個工作周期。
[0031]工作原理:本發明以MSP430F149單片機為核心控制的智能電氣控制系統，該系統具有精度高、成本低、結構簡單、功耗低等特點，附加優化的程序，具有很高的實用性。該申請完全符合信息技術的發展趨勢。安裝于每個房間內的房間控制器，通過無線接收網關發來的命令，然后轉發給本房間內的相應開關、插座。反向通信亦然。本發明采用了 Access數據庫管理系統，建立了監控中心的數據庫，存儲檢測到的各個房間的溫度、功率等用電和環境信息。采用VB環境的ADO控件實現與數據庫的鏈接。通過VB應用程序可以直接操作數據庫，實現對數據的存儲和查詢的功能。
[0032]本發明的有益效果:
[0033]本發明大型辦公樓宇智能用電電器控制系統以智能電網為基礎，物聯網技術為依托，涵蓋適合辦公使用的智能終端、智能插座、智能開關、家庭網絡通訊設備、智能家用電器等設備。可遠程監測每個用電器的用電量、用電功率，可對各個用電器遠程控制，可以采集環境等各種外界因素，按預定的方案控制用電器運轉。
[0034]本發明監控中心軟件平臺利用網絡把辦公大樓的用電聯系起來，綜合管理，是大型辦公樓宇智能用電電器控制系統的一個重要部分。監控中心通過TCP網絡接