專利名稱：學(xué)生宿舍安全用電集中供電設(shè)備及智能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及安全用電及用電管理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是ー種學(xué)生宿舎安全用電集中供電設(shè)備及智能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代學(xué)生經(jīng)濟(jì)的寬裕，集中住校的高校、職業(yè)學(xué)校等學(xué)生用電安全日益突出，學(xué)生公寓普遍存在違章使用電器(即惡性負(fù)載)的情況，造成火災(zāi)事故頻發(fā)，對個(gè)人及學(xué)校造成巨大的損失。智能化集中式供電管理是學(xué)生宿舍電量的自動計(jì)量與管理發(fā)展的趨勢。目前現(xiàn)有的用電智能控制管理系統(tǒng)及相關(guān)的專利申請也主要是針對社會普通用 戶，只需保證正常供電就行，不需要進(jìn)行負(fù)載識別、無需考慮用電補(bǔ)貼、自定義定時(shí)供電、特殊供電設(shè)置等等問題。本申請人針對高校學(xué)生宿舎安全用電情況，研制了具有進(jìn)行負(fù)載識 另O、需要考慮用電補(bǔ)貼、自定義定時(shí)供電、特殊供電設(shè)置等功能的ー種《學(xué)生宿舎安全用電集中供電設(shè)備及智能控制系統(tǒng)》，使校方能夠全面掌控學(xué)生用電情況、實(shí)施集中供電及智能控制系統(tǒng)，實(shí)行安全用電管理。根據(jù)檢索，國內(nèi)尚未有與本實(shí)用新型相同的專利申請。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供ー種智能化分布式學(xué)生宿舍專用用電管理設(shè)備和系統(tǒng)——ー種學(xué)生宿舎安全用電集中供電設(shè)備及智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)集分路計(jì)量、集中管理、負(fù)載與安全控制、收費(fèi)管理和數(shù)據(jù)查詢等功能于一體；其中電度表測量與電路控制部分集中在ー個(gè)電柜中，采用模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，集中式電度表模塊由電量測量電路和由磁保持繼電器實(shí)現(xiàn)通、斷電功能的小模塊組成，具有可以完成電量測量、遠(yuǎn)程傳送功能，還含有防止竊電、負(fù)載識別、限制用電功率、欠費(fèi)停電、故障報(bào)警和遠(yuǎn)程控制等功能，成為真正意義上的數(shù)字式智能電度表；為高校和職業(yè)學(xué)校學(xué)生公寓安全用電現(xiàn)代化管理提供一套完善的解決方案，滿足高校后勤社會化、現(xiàn)代化的要求。本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是該ー種學(xué)生宿舎安全用電集中供電設(shè)備及智能控制系統(tǒng)由PC機(jī)服務(wù)器I、主控板2、從控板3、受控用戶電度表4四部分組成，主控板2、從控板3、受控用戶電度表4都安裝在一個(gè)受控智能電度表電柜5中。所述的主控板2由微控制單片機(jī)STC12C5A60S2——UZ1、看門狗器件UZ2、實(shí)時(shí)時(shí)鐘UZ5、地址鎖存器UZ3、鐵電存儲器UZ4、存儲器片選器件UZ7、主板編號控制器件UZ6、第一485串ロ通訊器件UZ8、第二 485串ロ通訊器件UZ9及其外圍器件組成，其中用電補(bǔ)貼、自定義定時(shí)供電時(shí)段和特殊供電設(shè)置的相關(guān)參數(shù)保存在鐵電存儲器UZ4相關(guān)單元中。所述的從控板3由微控制單片機(jī)STC90C516RD+——UC1、看門狗器件UC2、存儲器UC3、從板編號控制器件UC4、第一繼電器控制信號傳遞器件UC5——UC5L及UC5R、第二繼電器控制信號傳遞器件UC6——UC6L及UC6R、第一功率信號傳遞器件UC7——UC7L及UC7R、第二功率信號傳遞器件UC8——UC8L及UC8R和RS485串ロ通信器件UC9組成，其中負(fù)載識別程序存儲在從控板3的存儲器UC3中。所述的受控用戶電度表4由功率信號采集芯片ADE7755——UBl和磁保持繼電器J外圍器件構(gòu)成。所述的軟件部分是安裝在PC服務(wù)器I上的用電管理系統(tǒng)軟件，包括初始化硬件模塊、公寓及房間管理模塊、帳戶管理模塊、遠(yuǎn)程抄表控制及報(bào)警模塊、報(bào)表處理模塊、網(wǎng)絡(luò)查詢模塊；所述的初始化硬件模塊完成系統(tǒng)時(shí)鐘與主控板2實(shí)時(shí)時(shí)鐘的校正、房間開關(guān)電時(shí)間設(shè)置的功能；所述的公寓及房間管理模塊完成公寓登記、新建公寓房間編號、每個(gè)房間額定電流限制等功能；所述的帳戶管理模塊要求操作員輸入新建帳戶的帳號，如果使用ID卡時(shí)可以刷入卡號，選擇月補(bǔ)類型，負(fù)責(zé)人等信息，“添加”菜單可以將新建的帳戶寫入數(shù)據(jù)庫，復(fù)選“連續(xù)添加帳號”選項(xiàng)，則添加時(shí)不關(guān)閉窗ロ，并且?guī)ぬ栕詣蛹右唬o所有帳戶發(fā)放每個(gè)月的月補(bǔ)單帳戶存款和帳戶信息修改；所述的遠(yuǎn)程抄表控制及報(bào)警模塊完成抄表設(shè)置、斷電設(shè)置、刷新設(shè)置、余額提示等；所述的報(bào)表處理模塊完成存款記錄及統(tǒng)計(jì)表、月補(bǔ)記錄及統(tǒng)計(jì)表、消費(fèi)記錄及統(tǒng)計(jì)表；所述的網(wǎng)絡(luò)查詢模塊通過網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)用電量查詢和交費(fèi)查詢；該系統(tǒng)還設(shè)置有管理員權(quán)限窗ロ，必須具有“管理員權(quán)限”的操作員才能打開這個(gè)窗ロ，定義其他操作員，而且可以使用系統(tǒng)中的所有功能。普通操作員可以通過系統(tǒng)菜單中的“更改當(dāng)前操作員ロ令”子項(xiàng)來更改自己的ロ令，具有“管理員權(quán)限”的操作員可以修改所有操作員的ロ令。本系統(tǒng)大部分功能均通過軟件來實(shí)現(xiàn)，包括系統(tǒng)初始化、正常運(yùn)行監(jiān)測、數(shù)據(jù)后期處理等；也可在初始化結(jié)束后，不依賴于軟件獨(dú)立運(yùn)行。本實(shí)用新型的有益效果是①本實(shí)用新型采用智能化安全用電管理系統(tǒng)對學(xué)生公寓的用電進(jìn)行安全管理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表，減少大量人力；②本實(shí)用新型可進(jìn)行惡性負(fù)載識別，實(shí)現(xiàn)安全用電的有效控制；③本實(shí)用新型有自定義時(shí)間段供電、用電量補(bǔ)貼可很好用于學(xué)校學(xué)生宿舍用電管理，減少電量浪費(fèi)；④本實(shí)用新型有學(xué)生用電量數(shù)據(jù)庫自動備份，即使系統(tǒng)出現(xiàn)問題亦可減少電量計(jì)費(fèi)損失。本實(shí)用新型可廣泛推廣運(yùn)用作高校和職業(yè)學(xué)校學(xué)生公寓安全用電現(xiàn)代化管理的智能控制系統(tǒng)。

圖I是本實(shí)用新型的智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本實(shí)用新型的主控板電路結(jié)構(gòu)圖。圖3是本實(shí)用新型的主控板電路原理圖。圖4是本實(shí)用新型的從控板電路結(jié)構(gòu)圖。圖5是本實(shí)用新型的從控板電路原理圖。圖6是本實(shí)用新型的受控用戶電度表電路結(jié)構(gòu)圖。圖7是本實(shí)用新型的受控用戶電度表電路原理圖。圖8是本實(shí)用新型的系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
利用附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)ー步說明。如圖I所示，本實(shí)用新型由PC機(jī)服務(wù)器I、主控板2、從控板3、受控用戶電度表4四部分構(gòu)成，主控板2、從控板3、受控用戶電度表4都安裝在一個(gè)受控智能電度表電柜5中。所述的軟件部分是安裝在PC服務(wù)器I上的用電管理軟件，包括初始化硬件模塊、公寓及房間管理模塊、帳戶管理模塊、遠(yuǎn)程抄表控制及報(bào)警模塊、報(bào)表處理模塊、網(wǎng)絡(luò)查詢模塊，將此六大模塊軟件安裝在PC服務(wù)器I中完成對學(xué)生用電量的檢測、控制和有效管理。在系統(tǒng)接電，完成初始化硬件后，PC機(jī)服務(wù)器I通過RS485串ロ通信接ロ與以下的硬件系統(tǒng)之間傳遞兩個(gè)方向的信號，即用戶電度表繼電器控制信號和用戶功率檢測信號?？刂菩盘柊疟３掷^電器控制信號和各用戶限流電流、開關(guān)電時(shí)間等控制信息命令，這些信息和命令從PC機(jī)服務(wù)器I發(fā)出，由RS485信號線將其傳到對應(yīng)ID地址編號的主控板2上，如圖2、圖3所示，獲得相應(yīng)命令的主控板2從SPl經(jīng)RS485芯片UZ8發(fā)到微控制單片機(jī)STC12C5A60S2——UZl上，經(jīng)UZl將命令進(jìn)行解釋分解，一方面將用戶電表繼電器開關(guān)電信息經(jīng)RS485芯片UZ9傳到相應(yīng)的從控板上3,—方面將限流信息、開關(guān)電時(shí)間保存到存儲器UZ4中；如圖4、圖5所示，從控板3的RS485芯片UC9將命令送到微控制單片機(jī)STC90C516RD——UCl上，經(jīng)UCl解釋，將繼電器控制信息以串行信號形式從UCl的第4引腳259Data輸出，送到繼電器控制信號傳遞器件UC5R、UC5L、UC6R、UC6L的第13引腳，當(dāng)UCl的第21、22、25、26引腳輸出的控制信號選中上面四個(gè)芯片其中之一后，259Data信號進(jìn)入其中，再在UCl的第I、2、3引腳控制下將相應(yīng)用戶繼電器控制信號通過光耦OP從ZCXXA和ZCXXB引線向受控電度表中的繼電器發(fā)出開關(guān)信息；如圖6、圖7所示，受控電度表獲得開關(guān)信號通過BL8023——UB3控制磁保持繼電器J的閉合。功率檢測信號功率檢測信號包括瞬時(shí)有功功率信號和負(fù)功率識別信號，當(dāng)受控電度表內(nèi)的磁保持繼電器J閉合后，如圖6、圖7所示，用戶用電器使用的電流流過分流器FL的電流信號經(jīng)R2C1、R3C2濾波電路加到功率信號采集芯片ADE7755——UBl的第6引腳VlN和第5引腳V1P，而用戶電器的工作交流電壓經(jīng)R5-R16組成的分壓器，和R4C3、R5C4濾波電路加到UBl的第7引腳V2N和第8引腳V2P，以UBl第10引腳提供的2. 5V為參考電壓，分別經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再作數(shù)字乘法運(yùn)算，完成數(shù)字功率計(jì)算；在UBl的第13、14引腳選擇為00信號下，經(jīng)UBl的第22引腳輸出對應(yīng)的瞬時(shí)有功功率信號脈沖CF，同時(shí)UBl的第20引腳輸出對應(yīng)的正負(fù)功率識別信號REVP，再經(jīng)光耦OPl和0P2分別輸出FSXX信號和FXX信號，由扁平排線送到從控板3中；如圖4、圖5所示，在從控板3中，在微控制單片機(jī)STC90C516RD+——UCl的控制下，從16個(gè)用戶送過來的瞬時(shí)有功功率信號FSXX (即FS01-FS16)和負(fù)功率識別信號(即F01-F16)分別到達(dá)功率信號傳遞器件UC7L、UC7R和UC8L、UC8R兩組芯片，將兩組16個(gè)并行輸入信號變換成串行信號166QH1、166QH2和166QH3、166QH4，從單片機(jī)UCl的第38、36、34、32四個(gè)引腳輸入，輸入的瞬時(shí)有功功率信號FSXX在UCl中進(jìn)行適當(dāng)處理，然后通過UCl的第10、11、12引腳的RS232串行信號，經(jīng)UC9——MAX485通過RS485信號線傳送至主控板2，而FXX負(fù)功率識別信號則配合有功功率共同作為對竊電情況進(jìn)行識別的參考信號；如圖2、圖3所示，在主控板2中，從控板3送來的瞬時(shí)有功功率信號從SP2經(jīng)RS485芯片UZ9——MAX485輸入微控制單片機(jī)STC12C5A60S2——UZl，再根據(jù)實(shí)時(shí)時(shí)鐘UZ5——DS1307提供的時(shí)間信息獲得用戶用電量度數(shù)，在微控制單片機(jī)UZl控制下，用電量一方面保存在存儲器UZ4——FM1808中，另一方面經(jīng)RS485芯片UZ8——MAX485從SPl送到PC機(jī)服務(wù)器I在電腦上進(jìn)行備份處理，便于查詢。惡性負(fù)載識別控制由于有功功率等于視在功率與功率因數(shù)的乘積，當(dāng)供電電路交流電壓和電流確定之后，功率因數(shù)(即交流電壓與電流相位差的余弦)越大(即相位差越小，即電路越接近純阻性電路)，有功功率就越大，從控板3中的微控制單片機(jī)將根據(jù)來自受控電度表的瞬時(shí)有功功率FSXX信號來確定負(fù)載情況；當(dāng)用戶使用惡性負(fù)載(如電熱器等)且超過一定值時(shí)，將發(fā)出斷開繼電器的信號，等待設(shè)定的幾分鐘后再次接通繼電器測試負(fù)載情況，若還是存在惡性負(fù)載，則斷電等待惡性負(fù)載排除后手動恢復(fù)供電；在特殊供電要求設(shè)定情況下，惡性負(fù)載識別失效。自定義供電控制來自PC服務(wù)器I發(fā)出的自定義供電時(shí)間段設(shè)定的信息命令存儲在主控板2的存儲器UZ4——FM1808L的某區(qū)域中，在主控板2微控制單片機(jī)UZl的控制下，當(dāng)供電時(shí)間段到時(shí)，主控板2向相應(yīng)從控板3的相應(yīng)受控用戶電度表的繼電器發(fā)出開或關(guān)的信息。 用電量控制學(xué)生用戶可使用總電量包括月補(bǔ)電量和購買電量之和，總電量數(shù)值在PC服務(wù)器I中完成相加后存入主控板2存儲器UZ4之某ー劃定區(qū)域中，當(dāng)該學(xué)生用戶用電量剩余值低于某ー設(shè)定值時(shí)給予警示，電量用完則通過繼電器給該用戶斷電，直至該用戶交費(fèi)有了新的用電量才恢復(fù)供電。本實(shí)用新型可廣泛推廣運(yùn)用作高校和職業(yè)學(xué)校學(xué)生公寓安全用電現(xiàn)代化管理的智能控制系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.一種學(xué)生宿舍安全用電集中供電設(shè)備及智能控制系統(tǒng)，其特征在于該學(xué)生宿舍安全用電集中供電設(shè)備及智能控制系統(tǒng)由PC機(jī)服務(wù)器(I)、主控板(2)、從控板(3)、受控用戶電度表(4)四部分組成，主控板(2)、從控板(3)、受控用戶電度表(4)都安裝在一個(gè)受控智能電度表電柜(5)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種學(xué)生宿舍安全用電集中供電設(shè)備及智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述的主控板(2)是由微控制單片機(jī)STC12C5A60S2 (UZl)、看門狗器件(UZ2)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘(UZ5)、地址鎖存器(UZ3)、鐵電存儲器(UZ4)、存儲器片選器件(UZ7)、主板編號控制器件(UZ6)、第一 485串口通訊器件(UZ8)、第二 485串口通訊器件(UZ9)及其外圍器件組成，其中用電補(bǔ)貼、自定義定時(shí)供電時(shí)段和特殊供電設(shè)置的相關(guān)參數(shù)保存在鐵電存儲器(UZ4)相關(guān)單元中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種學(xué)生宿舍安全用電集中供電設(shè)備及智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述的從控板(3)是由微控制單片機(jī)STC90C516RD+(UCl)、看門狗器件(UC2)、存 儲器(UC3)、從板編號控制器件(UC4)、第一繼電器控制信號傳遞器件(UC5、UC5L、UC5R)、第二繼電器控制信號傳遞器件(UC6、UC6L、UC6R)、第一功率信號傳遞器件(UC7、UC7L、UC7R)、第二功率信號傳遞器件(UC8、UC8L、UC8R)和RS485串口通信器件(UC9)組成，其中負(fù)載識別程序存儲在從控板(3)的存儲器(UC3)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種學(xué)生宿舍安全用電集中供電設(shè)備及智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述的受控用戶電度表(4)是由功率信號采集芯片ADE7755(UB1)和磁保持繼電器(J)及外圍器件構(gòu)成。
專利摘要學(xué)生宿舍安全用電集中供電設(shè)備及智能控制系統(tǒng)涉及安全用電及用電管理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是學(xué)生宿舍安全用電集中供電設(shè)備及智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由PC機(jī)服務(wù)器1、主控板2、從控板3、受控用戶電度表4四部分組成，主控板2、從控板3、受控用戶電度表4都安裝在一個(gè)受控智能電度表電柜5中。本實(shí)用新型可對學(xué)生公寓用電進(jìn)行惡性負(fù)載識別，有效控制安全用電；可遠(yuǎn)程抄表；有自定義時(shí)間段供電、用電量補(bǔ)貼，減少電量浪費(fèi)；有學(xué)生用電量數(shù)據(jù)庫備份。本實(shí)用新型可推廣運(yùn)用作高校學(xué)生宿舍安全用電智能控制系統(tǒng)。
文檔編號G05B19/418GK202649781SQ20122006880
公開日2013年1月2日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者王忠友, 周國鵬, 鄧方雄, 尹黎明 申請人:咸寧學(xué)院