一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生宿舍用電管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生宿舍用電管理系統(tǒng)，其特征在于:包括多路Zigbee采集器、Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)、Zigbee中心節(jié)點、遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)和電能管理中心，多路Zigbee采集器與Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)相連接，Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)、Zigbee中心節(jié)點、遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)和電能管理中心依次相連接。本實用新型成本較低、功耗較低、使用方便、監(jiān)測全面、可靠性好、靈活性好、智能化程度高，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于校園設(shè)備管理系統(tǒng)，具體涉及一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生宿舍用電 管理系統(tǒng)。 -種基于無線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生宿舍用電管理系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著生活水平的不斷提高，大學(xué)生宿舍用電設(shè)備越來越多，考慮節(jié)約用電與安全， 需要對宿舍各種電氣設(shè)備用電時間和電流進(jìn)行管理和控制。通過對大學(xué)生進(jìn)行訪談發(fā)現(xiàn)， 大多數(shù)大學(xué)生都需要利用晚上的時間對手機(jī)等電子設(shè)備進(jìn)行充電，夜間需要上洗手間的學(xué) 生占了 71. 1%?，F(xiàn)在部分高校在晚上切斷大學(xué)生宿舍電源，對大學(xué)生的夜間生活造成了很 大的影響。部分高校對大學(xué)生晚上用電不加管制，大學(xué)生作息不規(guī)律，熬夜現(xiàn)象也比較嚴(yán) 重，影響了睡眠質(zhì)量和學(xué)習(xí)生活質(zhì)量。
[0003] 隨著全球范圍內(nèi)智能電網(wǎng)建設(shè)正逐步展開，用戶端是智能電網(wǎng)重要組成部分，用 戶端的核心內(nèi)容包括智能配電與能量管理、智能電器、用電安全、電力計量等多個方面。目 前能量管理系統(tǒng)都會考慮采用多種通信技術(shù)混合組網(wǎng)的方式，以克服現(xiàn)有技術(shù)固有的一些 不足，從而達(dá)到滿足系統(tǒng)性能和投資回報的要求。目前工業(yè)以太網(wǎng)、電力線載波及無線短距 離通信被認(rèn)為是AMR自動抄表系統(tǒng)可用的解決方案。其中無線短距離通信是一個很好的本 地通信網(wǎng)絡(luò)的解決方案，工業(yè)以太網(wǎng)、GPRS及CDMA等遠(yuǎn)距離通信可以作為遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)， 以這樣方式的混合組網(wǎng)被公認(rèn)為一種很好的解決方案，但是以上方案存在高耗電、高成本、 通信可靠性不佳等問題，不能較好實現(xiàn)電量的監(jiān)測和管理。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于 無線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生宿舍用電管理系統(tǒng)。其在原有的學(xué)生宿舍電量管理上增加了亮度、時間方 面的管理，保留原有的宿舍用電收費管理以及用電器功率限制管理系統(tǒng)等基本功能，并采 用ZigBee通信技術(shù)，具有低耗電、低成本、短距離、低數(shù)據(jù)速率、靈活性好、通信可靠性高的 特點，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是：一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生 宿舍用電管理系統(tǒng)，其特征在于：包括多路Zigbee采集器、Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)、Zigbee中心 節(jié)點、遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)和電能管理中心，所述多路Zigbee采集器與Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)相連接， 所述Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)、Zigbee中心節(jié)點、遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)和電能管理中心依次相連接，所述 Zigbee采集器包括微處理器和與所述微處理器相連接的存儲模塊、數(shù)字照度傳感器和通信 模塊，所述微處理器輸入端與電源模塊相連，所述微處理器輸出端與催眠模塊、顯示模塊和 繼電器控制模塊相連，所述通信模塊通過功率放大器與天線相連接，所述通信模塊還與信 號轉(zhuǎn)換電路相連接，所述信號轉(zhuǎn)換電路的輸入端與電源模塊、電表的輸出端相連。
[0006] 進(jìn)一步地，所述微處理器為MSP430系列單片機(jī)。
[0007] 進(jìn)一步地，所述數(shù)字照度傳感器型號為BH1750。
[0008] 進(jìn)一步地，所述繼電器控制模塊型號為JQC-3FF。
[0009] 進(jìn)一步地，所述通信模塊采用MC13213芯片。
[0010] 進(jìn)一步地，所述信號轉(zhuǎn)換電路分RS485轉(zhuǎn)換電路和以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換電路，其中以太網(wǎng) 部分采用周立功的IP0RT以太網(wǎng)模塊。
[0011] 進(jìn)一步地，所述功率放大器功率放大器采用SKY65336。
[0012] 進(jìn)一步地，所述遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)為以太網(wǎng)、GPRS、CDMA中任意一種。
[0013] 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：
[0014] 1、本實用新型在原有的學(xué)生宿舍電量管理上增加了亮度、時間方面的管理，保留 原有的宿舍用電收費管理以及用電器功率限制管理系統(tǒng)等基本功能，以時間和亮度為條件 控制電能表動作，實現(xiàn)在原有管理基礎(chǔ)上增加時間、亮度方面的管理，既能保證學(xué)生的夜間 用電基本需求，又能降低學(xué)生的活動強(qiáng)度，從而促進(jìn)學(xué)生的睡眠質(zhì)量和學(xué)習(xí)生活質(zhì)量。
[0015] 2、本實用新型采用ZigBee通信技術(shù)對學(xué)生宿舍用電情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測和管理， 具有低耗電、低成本、短距離、低數(shù)據(jù)速率、靈活性好、通信可靠性高的特點。
[0016] 綜上所述，本實用新型成本較低、功耗較低、使用方便、監(jiān)測全面、可靠性好、靈活 性好、智能化程度高，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0017] 下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)框圖；
[0019] 圖2為本實用新型的Zigbee采集器結(jié)構(gòu)框圖；
[0020] 圖3為本實用新型的Zigbee通信模塊原理圖；
[0021] 圖4為本實用新型的功率放大器原理圖；
[0022] 圖5為本實用新型的繼電器控制模塊原理圖；
[0023] 圖6為本實用新型的Zigbee通信模塊實體側(cè)視圖。
[0024] 附圖標(biāo)記說明：
[0025] Ι-Zigbee采集器；1-1-微處理器；1-2-存儲模塊；1-3-電源模塊；
[0026] 1-4-催眠模塊；1-5-數(shù)字照度傳感器；1-6-顯示模塊；
[0027] 1-7-繼電器控制模塊；1_8_通/[目模塊；1_9_ /[目號轉(zhuǎn)換電路；
[0028] 1-10-功率放大器；1-11-天線；1-12-電表；2-Zigbee通/[目網(wǎng)絡(luò)；
[0029] 3-Zigbee中心節(jié)點；4-遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)；5-電能管理中心。

【具體實施方式】
[0030] 如圖1和圖2所示，一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生宿舍用電管理系統(tǒng)，其特征在于：包 括多路Zigbee采集器l、Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)2、Zigbee中心節(jié)點3、遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)4和電能管 理中心5,所述多路Zigbee采集器1與Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)2相連接，所述Zigbee通信網(wǎng)絡(luò) 2、Zigbee中心節(jié)點3、遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)4和電能管理中心5依次相連接。
[0031] 本實施例的遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中電表的通信協(xié)議采用 M0DBUS-RTU協(xié)議。整個系統(tǒng)中監(jiān)控主機(jī)通過以太網(wǎng)按照TCP/IP協(xié)議把M0DBUS-RTU命令數(shù) 據(jù)傳遞給ZigBee網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點再通過單點對多點的通信模式，以廣播的方 式把命令數(shù)據(jù)幀傳遞給ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)中的各個ZigBee采集器，通過ZigBee采集器傳遞 給485總線上的各個表計，如果表計的地址與命令幀中所涉及的地址吻合，則做出相應(yīng)的 數(shù)據(jù)回復(fù)，通過原路返回給監(jiān)控主機(jī)。
[0032] 整個系統(tǒng)可以監(jiān)測整幢學(xué)生宿舍樓宇的各個分項的電能計量，譬如一個樓層樓道 耗電量、各個宿舍的耗電量、宿舍水房和廁所的耗電量等等，還可以以報表的形式分析該區(qū) 域在一段時時間內(nèi)的各個分項能耗占總能耗的百分比，以便宿舍電能管理中心了解這段時 間里的各個分項的能耗，以制定出往后能耗管理方案，已達(dá)到節(jié)能減耗的效果。
[0033] 本實施例中，所述Zigbee采集器1包括微處理器1-1和與所述微處理器1-1相連 接的存儲模塊1-2、數(shù)字照度傳感器1-5和通信模塊1-8,所述微處理器1-1輸入端與電源 模塊1-3相連，所述微處理器1-1輸出端與催眠模塊1-4、顯示模塊1-6和繼電器控制模塊 1-7相連，所述通信模塊1-8通過功率放大器1-10與天線1-11相連接，所述通信模塊1-8 還與信號轉(zhuǎn)換電路1-9相連接，所述信號轉(zhuǎn)換電路1-9的輸入端與電源模塊1-3、電表1-12 的輸出端相連。
[0034] 本實施例中，所述微處理器1-1為MSP430系列單片機(jī)。
[0035] 本實施例中，所述數(shù)字照度傳感器1-5型號為BH1750。BH1750內(nèi)置16位A/D轉(zhuǎn) 換器，能夠直接將光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，亮度測量范圍為1?65535LX。BH1750的工作電 壓為2. 4V?3. 6V，若采用單片機(jī)供電，就需要串聯(lián)電阻進(jìn)行分壓。
[0036] 如圖5所示，本實施例中，所述繼電器控制模塊1-7型號為JQC-3FF。利用JQC-3FF 對宿舍的通電狀態(tài)進(jìn)行控制。JQC-3FF是常開型觸點繼電器，額定電壓為5?48VDC，可以 直接與單片機(jī)使用同一電源供電。最大切換電壓為277VAC，可以直接用做宿舍干路220VAC 的控制開關(guān)。接線電路如圖5所示，其中引腳3-5為繼電器線圈接線端，1-4為繼電器 常開點，2-4為繼電器常閉點，連接宿舍干線兩端，引腳3的電平受單片機(jī)控制。引腳3為 低電平時，線圈通電，2-4斷開，宿舍停止供電，否則2-4接通，宿舍正常供電。
[0037] 如圖3所示，本實施例中，所述通信模塊1-8采用MC13213芯片。它是freescale 第二代ZigBee芯片，內(nèi)部帶有MCU芯片和無線收發(fā)器，其原理圖如圖3所示，本實施例的 ZigBee無線模塊采用導(dǎo)軌式安裝的安裝方式，可以方便地安裝在35mm的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上，這使 模塊能靈活的安裝在各類配電箱、配電柜中，其外觀側(cè)視圖如圖6所示。
[0038] 整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)是由中心節(jié)點（即ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端模塊）發(fā)起組建的，當(dāng)網(wǎng)絡(luò) 建立成功后，此時在同一個網(wǎng)絡(luò)頻段上，并且擁有和ZigBee相同網(wǎng)絡(luò)ID的ZigBee采集模 塊可以自動加入此ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并且每個ZigBee采集模塊獲得各自獨立的網(wǎng)絡(luò)地址。此 時，整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)建立成功，可以準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的收發(fā)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端通過廣播的方式傳 輸數(shù)據(jù)。
[0039] 首先ZigBee采集模塊接收來自ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端模塊的數(shù)據(jù)。然后判斷是不是傳 遞給自己的數(shù)據(jù)，如果是自己的數(shù)據(jù)則上傳相關(guān)的回復(fù)數(shù)據(jù)，如果不是則按照自己發(fā)現(xiàn)的 路由表中的地址以廣播的方式轉(zhuǎn)發(fā)來自ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端模塊的數(shù)據(jù)。最后完成所有工作 后進(jìn)入休眠模式，等待下次的訪問。
[0040] ZigBee采集模塊及ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端都是采用透明傳輸，即直接把以太網(wǎng)的數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換成ZigBee信號，其中不會增加多余數(shù)據(jù)，只把數(shù)據(jù)部分轉(zhuǎn)發(fā)，自動去掉幀頭、幀尾； RS485信號轉(zhuǎn)換ZigBee信號也是一樣的原理。
[0041] 本實施例中，所述信號轉(zhuǎn)換電路1-9分RS485轉(zhuǎn)換電路和以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換電路，其中以 太網(wǎng)部分采用周立功的IP0RT以太網(wǎng)模塊。
[0042] 本實施例中，所述功率放大器1-10功率放大器采用SKY65336。它最大可以支持 20dbm的功率放大功能，其原理圖如圖4所示。
[0043] 本實施例中，所述遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)4為以太網(wǎng)、GPRS、CDMA中任意一種。
[0044] 本實施例中，催眠模塊1-4主要是由蜂鳴器構(gòu)成的發(fā)聲系統(tǒng)。利用單片機(jī)的時鐘 中斷控制發(fā)聲節(jié)拍可產(chǎn)生輕音樂。
[0045] 實際使用過程中，系統(tǒng)主要是在特定的時間段內(nèi)通過數(shù)字照度傳感器1-5檢測學(xué) 生宿舍的亮度，根據(jù)亮度情況判斷控制芯片的動作：亮度較小時保證宿舍正常供電，亮度較 高時干預(yù)學(xué)生用電甚至利用繼電器控制模塊1-7切斷宿舍電源。通過編程智能檢測控制的 方法干涉大學(xué)生的作息時間安排，以保證在合理的睡眠時間內(nèi)學(xué)生處于低亮度環(huán)境，發(fā)現(xiàn) 睡眠質(zhì)量和學(xué)生入睡時的光線亮度呈負(fù)相關(guān)，提高了其睡眠質(zhì)量。同時，宿舍的用電量情況 通過Zigbee技術(shù)和遠(yuǎn)程通信技術(shù)（以太網(wǎng)、GPRS、CDMA)將信息以無線方式發(fā)送到電量管 理中心5,其中包含電流、電壓、電能等參數(shù)，及一些簡單的開關(guān)量的控制，整個系統(tǒng)很好地 對學(xué)生宿舍中各路進(jìn)線回路進(jìn)行了監(jiān)測，并能真實的反映學(xué)生宿舍的負(fù)荷情況，將為節(jié)能 減排做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
[0046] 以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根 據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍 屬于本實用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生宿舍用電管理系統(tǒng)，其特征在于：包括多路Zigbee采集器 (1)、Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)（2)、Zigbee中心節(jié)點（3)、遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)（4)和電能管理中心（5)， 所述多路Zigbee采集器（1)與Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)（2)相連接，所述Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)（2)、 Zigbee中心節(jié)點（3)、遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)（4)和電能管理中心（5)依次相連接，所述Zigbee采 集器（1)包括微處理器（1-1)和與所述微處理器（1-1)相連接的存儲模塊（1-2)、數(shù)字照度 傳感器（1-5)和通信模塊（1-8)，所述微處理器（1-1)輸入端與電源模塊（1-3)相連，所述 微處理器（1-1)輸出端與催眠模塊（1-4)、顯示模塊（1-6)和繼電器控制模塊（1-7)相連， 所述通信模塊（1-8)通過功率放大器（1-10)與天線（1-11)相連接，所述通信模塊（1-8) 還與信號轉(zhuǎn)換電路（1-9)相連接，所述信號轉(zhuǎn)換電路（1-9)的輸入端與電源模塊（1-3)、電 表（1-12)的輸出端相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生宿舍用電管理系統(tǒng)，其特征是： 所述微處理器（1-1)為MSP430系列單片機(jī)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生宿舍用電管理系統(tǒng)，其特征是： 所述數(shù)字照度傳感器（1-5)型號為BH1750。
4. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生宿舍用電管理系統(tǒng)，其特征是： 所述繼電器控制模塊（1-7)型號為JQC-3FF。
5. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生宿舍用電管理系統(tǒng)，其特征是： 所述通信模塊（1-8)采用MC13213芯片。
6. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生宿舍用電管理系統(tǒng)，其特征是： 所述信號轉(zhuǎn)換電路（1-9)分RS485轉(zhuǎn)換電路和以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換電路，其中以太網(wǎng)部分采用周立 功的IPORT以太網(wǎng)模塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生宿舍用電管理系統(tǒng)，其特征是： 所述功率放大器（1-10)功率放大器采用SKY65336。
8. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生宿舍用電管理系統(tǒng)，其特征是： 所述遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)（4)為以太網(wǎng)、GPRS、CDMA中任意一種。
【文檔編號】G05B19/418GK203909570SQ201420167338
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】柳澤鑫 申請人:柳澤鑫