交互式智能電能管理系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明專利涉及交互式智能電能管理系統，屬于物聯網技術領域。
【背景技術】
[0002]目前市場上已經有一些智能插座，很多是針對插座結構設計的，也有針對一些特定功能進行開發的，其實插座本身可以提供很多數據用來分析，依靠大數據分析出的結果可以有針對行的對用電設備進行管控。例如智能WiFi插座，可以通過WiFi實現控制插座開關。而本發明不僅可以通過WiFi實現數據交互來控制插座，插座本身是經由ZigBee組網，組網后再通過無線WiFi方式將數據傳送到后臺服務器，后臺服務器可以對這些數據進行分析處理。
【實用新型內容】
[0003]1、該系統的構成分為三個部分:線上服務器、智能用電控制器和線下的智能電源插座，結構上三者分別為上中下關系:線下電源插座直接供使用者使用，位于結構的下端；智能用電控制器位于中間段，用來接收和轉發來自線上服務器和線下智能插座的各種數據;線上服務器既有顯示功能，顯示相關數據信息，也有存儲處理數據的功能。線下智能電源插座和智能用電控制器是通過ZigBee方式相連，其中線下智能電源插座作為路由節點，智能用電控制器作為協調節點；智能用電控制器還通過WiFi方式與線上服務器相連。
[0004]如圖5所示電源插座的模型和普通插座類似，除了普通的插口外多了感應區域，在插座感應區域內安裝上RFID模塊，在控制電路部分安裝上控制電路板。RFID模塊通過220V轉5V電源模塊得到直流5V電壓為單片機進行供電。單片機包含有兩個通信串口，感應區域放置RFID模塊串接在單片機的一個通信串口上，刷卡時RFID的數據會和存在EEPROM內的數據進行比對，數據正確插座便會開并會發出開指示命令到后臺。電流互感線圈和電壓互感線圈接在插座總線上，兩種線圈的變比例都為2000:1，通過ad采樣獲取電流互感線圈的電流值和電壓互感線圈的電壓值，電流值和電壓值可以根據線圈變比換算成對應插座上實際的電流和電壓值。單片機通過1 口輸出高低電平通過三極管控制繼電器的開合實現控制插座的開和關，需要說明的是單片機是不能直接控制220V電路的開和關，且一般單片機不足以直接驅動繼電器需要三極管來增強驅動能力。ZigBee選擇的是cc2530為核心的串口透傳模塊，串接在單片機的另一個串口上，配置成路由節點，將數據傳到協調節點上。
[0005]協調節點也需要有單片機來簡單處理收發的數據，單片機同樣需要有兩個同學串口。協調節點可以直接外接5V供電，在單片機最小系統的基礎上，一個串口連接ZigBee協調節點，另一個接口連接WiFi模塊。向上，ZigBee接收路由節點的數據，數據經過處理后由WiFi模塊傳送到后臺服務器；向下，WiFi模塊接收服務器的指令，數據經過單片機處理后由Z i gB e e協調節點控制相應路由節點。
[0006]線下的智能插座:智能插座是以單片機為核心，微處理器通過霍爾元件采集用電設備的電流信息再由通信模塊發出，識別模塊是用來識別使用者身份，身份識別通過便可以正常使用，通信模塊接收到相關命令后可以對用電設備進行管控。
[0007]智能插座以單片機為核心，單片機通過ad口采樣采集霍爾元件的電流、電壓值；RFID串口模塊交叉接在單片機串行通信口上即tx(發送數據)、rx(接收數據)上，當刷IC卡時可以將IC卡數據直接傳給單片機，單片機識別IC卡數據進而判別身份；智能插座上的ZigBee模塊也是串口模式的，可以直接接單片機的另一組串行通信口上，接法和RFID模塊一樣，ZigBee可以根據需求配置成終端節點、路由節點和協調節點；單片機最終將采集到的電流、電源數據以一定的格式經由ZigBee傳輸，也可以根據接收到的數據做出相應的回應。
[0008]智能用電控制器:智能用電控制器是通信模塊和無線模塊組成，通信模塊將接收到的數據經由無線模塊發往后臺，同時后臺的命令通過無線模塊經由通信模塊控制各個智能插座。智能用電控制器是裝在用戶端空氣開關內的智能控制模塊，該模塊能感知用電插座的ID串號，同時接受線上的控制命令，用來控制用戶端的供電與否。
[0009]智能用電控制器也是以單片機為核心，通信模塊即為ZigBee，以串行通信方式接到單片機上;無線通信模塊這里指WiFi模塊，WiFi串口模塊與單片機的連接方式和ZigBee一樣，WiFi模塊要單獨配置，配置好的WiFi模塊可以通過局域網或公網將數據傳到后臺服務器，同樣數據是雙向的。
[0010]線上服務器:包括數據庫和相應的web頁面，配合智能用電控制器，一方面處理接收到的數據，另一方面管控線下智能插座節點。
[0011]后臺服務器是通過socket通信接收WiFi傳過來的數據，將數據存放在數據庫，在存放數據之前要在數據庫建表，然后根據所建表將數據投放進去;web頁面提取數據庫里的數據并顯示，同時web也關聯socket通信將一些控制命令發出去，控制線下插座節點。
[0012]有益效果
[0013]本實用新型的技術方案通過用電對象的電流、電壓數據的采集分析和用電人員在崗情況的實時監控實現用電安全管控的目標;通過后臺服務器針對不同的用電設備設置相應的用電權限實現線上管控的目標;利用大數據分析技術個性化的管理每一個線上的用電插座，達到一種全新的用電管控系統。針對特定的儀器設備，對其電流數據的采集與分析可以給出設備的一般用電情況曲線，通過該用電曲線再對設備進行細化管控，可以在節能與安全方面做出貢獻。
【附圖說明】
[0014]圖1為智能插座框圖。
[0015]圖2為智能用電控制器框圖。
[0016]圖3為系統框圖。
[0017]圖4為控制電路圖。
[0018]圖5為插座結構圖。
[0019]【具體實施方式】:
[0020]如圖3所示該系統分為三層，分別是線上服務器、用電控制器和底層插座節點。如圖5所示電源插座的模型和普通插座類似，除了普通的插口外多了感應區域，在插座感應區域內安裝上RFID模塊，在控制電路部分安裝上控制電路板。如圖1所示智能插座是以單片機為核心，微處理器通過霍爾元件采集用電設備的電流信息再由通信模塊發出，識別模塊是用來識別使用者身份，身份識別通過便可以正常使用，通信模塊接收到相關命令后可以對用電設備進行管控。如圖4所示，RFID模塊和單片機的一個串口交叉相連，刷卡所得數據會和存在單片機EEPROM內數據比對，數據正確則驗證通過，使用者可以使用插座，否則不能使用，EEPROM內數據可以通過后臺服務器進行修改。ZigBee模塊交叉連接單片機的另一組通信串口；單片機的1 口經過三極管驅動電路控制繼電器實現控制插座的開關;單片機的兩個ad采樣口分別采樣電流互感線圈和電壓互感線圈的值，經過換算后通過ZigBee傳出。底層插座節點根據需求需要配置ZigBee節點地址，ZigBee地址即對應插座本身ID，同時關聯著使用者身份信息；接著在服務器上登陸注冊使用者身份信息，然后將使用者身份信息經用電控制器導入至底層插座，這樣就完成了相關的信息配置。如圖2所示通信模塊將接收到的數據經由無線模塊發往后臺，同時后臺的命令通過無線模塊經由通信模塊控制各個智能插座。用電控制器起著中轉的功能，但是必須嚴格按照底層和服務器端數據通信的規則進行數據轉發。線上服務器一方面存儲接收的相關數據并顯示，另一方面根據具體需求配置控制管理功能。
【主權項】
1.交互式智能電能管理系統，包括:線上服務器、智能用電控制器和線下的智能電源插座，其中:線下的智能電源插座位于結構的下端；智能用電控制器位于中間段，線上服務器位于上端；線下智能電源插座和智能用電控制器是通過ZigBee方式相連，線下智能電源插座作為路由節點，智能用電控制器作為協調節點；智能用電控制器還通過WiFi方式與線上服務器相連。2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述線下的智能插座為普通的插口外多了感應區域，通過220V轉5V電源模塊得到直流5V電壓為單片機進行供電；單片機包含有兩個通信串口，感應區域放置RFID模塊串接在單片機的一個通信串口上。3.如權利要求1或2所述的系統，其特征在于，所述線下的智能插座總線上接有電流互感線圈和電壓互感線圈，兩種線圈的變比例都為2000:1，單片機通過1口輸出高低電平通過三極管控制繼電器的開合實現控制插座的開和關;ZigBee選擇cc2530為核心的串口透傳模塊，串接在單片機的另一個串口上。4.如權利要求1或2所述的系統，其特征在于，所述線下的智能插座，單片機需要有兩個通信串口，在單片機最小系統的基礎上，一個串口連接ZigBee協調節點，另一個接口連接WiFi模塊。5.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述的智能用電控制器也是以單片機為核心，通信模塊即為ZigBee，以串行通信方式接到單片機上;無線通信模塊這里指WiFi模塊，WiFi串口模塊與單片機的連接方式和ZigBee。
【專利摘要】本實用新型為交互式智能電能管理系統，主要針對辦公室工作位的用電以及對一些儀器設備的用電進行在線管理。其主要構成原理分為三個部分：線上服務器、智能用電控制器和線下的智能電源插座。其中智能用電控制器是裝在用戶端空氣開關內的智能控制模塊，該模塊能感知用電插座的ID串號，同時接受線上的控制命令，用來控制用戶端的供電與否。通過用電對象的電流、電壓數據的分析和用電人員在崗情況的實時監控實現用電安全管控的目標；通過后臺服務器針對不同的用電設備設置相應的用電權限實現線上管控的目標；利用大數據分析技術個性化的管理每一個線上的用電插座，達到一種全新的用電管控系統。
【IPC分類】G05B19/042
【公開號】CN205353685
【申請號】CN201620084111
【發明人】曹自平, 馬炎軍, 李誠元, 朱洪波
【申請人】南京郵電大學
【公開日】2016年6月29日
【申請日】2016年1月28日