片RN8209,用于采集電網(wǎng)線路電壓瞬時值、電流瞬時值、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、諧波等數(shù)據(jù)；RN8209能對采集到的電網(wǎng)電壓瞬時值進行數(shù)組緩存，通過對該數(shù)組再進行快速傅里葉變換(FFT )，即可實現(xiàn)對電網(wǎng)諧波的測量。
[0041]用電環(huán)境檢測模塊14包括溫濕度傳感器、光敏傳感器、振動強度測量電路。
[0042]STM8L主控芯片15通過單總線寫指令操作DHT11，直接從DHTll中讀出溫度、濕度。通過光敏傳感器將環(huán)境光線強度轉(zhuǎn)換為電壓值，STM8L主控芯片15采用內(nèi)部ADC模塊，通過測量其電壓，計算出環(huán)境光線強度。振動傳感器在發(fā)生振動時，其阻值會發(fā)生變化，其變化又反映到電壓上，STM8L主控芯片15采用內(nèi)部ADC模塊，通過測量其電壓，計算出當前振動強度。STM8L主控芯片15通過I2C協(xié)議進行讀指令，將RTC時鐘電路13內(nèi)存儲的當前時間讀出，并計算出當前耗電量，STM8L主控芯片15通過SPI協(xié)議進行寫指令將當前時間和耗電量記錄在Flash存儲器16中。
[0043]用電管理終端4的無線模塊7基于ZigBee通信協(xié)議，與分布管理器3無線模塊7進行自動對接，構成底層近距離無線通信網(wǎng)絡。
[0044]為了保證系統(tǒng)監(jiān)測的實時性，本系統(tǒng)采用300ms統(tǒng)一發(fā)送間隔，也就是每隔300ms用電管理終端4通過無線模塊7向分布管理器3發(fā)送一次數(shù)據(jù)，其中分布管理器3是以STM32主控芯片18為核心，由顯示面板19和SD卡20、RTC時鐘電路13、ZigBee無線模塊、GPRS模塊所組成。通過編寫良好的人機交互界面，在顯示面板19上可以直接實現(xiàn)對電網(wǎng)、環(huán)境、負載的實時監(jiān)測和遠程控制。
[0045]STM32主控芯片18通過操作內(nèi)部RTC時鐘電路13，可直接讀出當前時間，將從各個用電管理終端4傳輸過來的數(shù)據(jù)，通過SDHC接口對SD卡20進行寫操作指令，記錄下各個用電管理終端4當前的耗電量數(shù)據(jù)。
[0046]分布管理器3并不實時將從用電管理終端4接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到中央管理器2上，而是當用電器出現(xiàn)異?；蛘哂脩暨M行查詢時，分布管理器3才向中央管理器2發(fā)送數(shù)據(jù)。分布管理器3與分布管理器3之間可以通過GPRS網(wǎng)絡5進行通信，也就是可以通過任意一臺分布管理器3，可實現(xiàn)對各個用電區(qū)域進行監(jiān)測。
[0047]中央管理器2主要以PC機為平臺，編寫上位機程序，通過數(shù)據(jù)接口外接GPRS發(fā)射接受模塊實現(xiàn)與分布管理器2進行通信，也可以通過手機以收發(fā)短信的方式，對所用電器工作狀態(tài)進行查詢和控制。
[0048]傳統(tǒng)的MESH網(wǎng)絡只在一種無線網(wǎng)絡上實現(xiàn)多跳，而本實用新型的MESH網(wǎng)絡分為兩大部分，底層ZigBee網(wǎng)絡6和上層GPRS網(wǎng)絡5，可以實現(xiàn)在兩種類型的無線網(wǎng)絡進行多跳。ZigBee網(wǎng)絡6由各個用電管理終端4的ZigBee無線模塊和分布管理器3的ZigBee無線模塊的無線通信鏈路組成。ZigBee無線模塊由含有ZigBee通信協(xié)議的微控制器和NRF無線收發(fā)模塊組成。
[0049]GPRS網(wǎng)絡5由各個分布管理器3的GPRS通信模塊和中央管理器2的GPRS通信模塊的無線通信鏈路組成。GPRS通信模塊由微控制器和含有GPRS通信協(xié)議的無線收發(fā)模塊組成。
[0050]服務窗口 9所包含的家用電器包括冰箱、洗衣機、電飯煲、空調(diào)和電視機等。
[0051]本實用新型采用的MESH網(wǎng)絡主要特點如下。
[0052](I)在無線MESH網(wǎng)絡中，各網(wǎng)絡節(jié)點通過相鄰其他網(wǎng)絡節(jié)點，以無線多跳方式相連。
[0053](2)添加或移動設備時，網(wǎng)絡能夠自動發(fā)現(xiàn)拓撲變化，并自動調(diào)整通信路由，以獲取最有效的傳輸路徑。
[0054](3)如果最近的節(jié)點出現(xiàn)故障或者受到干擾，數(shù)據(jù)包將自動路由到備用路徑繼續(xù)進行傳輸，整個網(wǎng)絡的運行不會受到影響。
[0055]本實用新型MESH網(wǎng)絡實現(xiàn)步驟如下:
[0056](I)通過一個分布管理器3管理一個小區(qū)域的用電管理終端4，在該區(qū)域內(nèi)的用電管理終端4通過ZigBee無線網(wǎng)絡6與分布管理器3進行通信。
[0057](2)各個區(qū)域的分布管理器3將在本區(qū)域的所有用電管理終端4匯總后，通過GPRS網(wǎng)絡5發(fā)送到中央管理器2。
[0058](3)該過程是可逆的，即中央管理器2可以通過GPRS網(wǎng)絡5先將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒植脊芾砥?，分布管理器3在通過ZigBee無線網(wǎng)絡6傳輸?shù)接秒姽芾斫K端4。
[0059]為了防止數(shù)據(jù)在MESH網(wǎng)絡傳輸過程中發(fā)生沖突，采用了防沖突的設計。
[0060]由于無線模塊自帶載波檢測功能，故在發(fā)送數(shù)據(jù)前先轉(zhuǎn)入接收模式進行監(jiān)聽，確認要傳輸?shù)念l率通道未被占用才發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0061]考慮到本系統(tǒng)采用了 300ms的統(tǒng)一發(fā)送間隔，在目標眾多時有可能發(fā)生識別沖突，故引入了 ALOHA算法。
[0062]ALOHA算法主要用于有源標簽，其原理就是，一旦信源發(fā)生數(shù)據(jù)包碰撞，就讓信源隨機延時后再次發(fā)送數(shù)據(jù)，即在每個300ms計時周期內(nèi)隨機發(fā)送標簽ID，這就需要在程序中插入一個隨機延時，延時時長的選擇通過一個隨機值函數(shù)來實現(xiàn)，隨機延時范圍為O?300ms ο
[0063]以上實施例為本實用新型的一個良好方案，隨著本實用新型的實施和使用，根據(jù)本實用新型所作的局部變動和修改，都屬于本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于MESH網(wǎng)絡對電網(wǎng)電能實施遠程監(jiān)控的管理系統(tǒng)，其特征在于它包括MESH型無線網(wǎng)絡(I)、中央管理器(2)、分布管理器(3)和用電管理終端(4);所述MESH型無線網(wǎng)絡(I)包括上層的GPRS網(wǎng)絡(5)和底層的ZigBee無線網(wǎng)絡(6)，中央管理器(2)與分布管理器(3)之間通過GPRS網(wǎng)絡(6)的無線模塊(7)進行通信，分布管理器(3)與用電管理終端(4)之間通過ZigBee無線網(wǎng)絡(6)的多個無線模塊(7)進行通信，ZigBee無線網(wǎng)絡(6)的每個無線模塊(7 )通過用電管理終端(4 )的信號接插器(8 )連接服務窗口( 9 )。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于MESH網(wǎng)絡對電網(wǎng)電能實施遠程監(jiān)控的管理系統(tǒng)，其特征在于所述用電管理終端(4 )硬件包括市供電電路經(jīng)電源模塊(11)連接STM8L主控芯片(15)，STM8L主控芯片(15)外掛Flash存儲器(16)、RTC時鐘電路(13)、電壓信號采集電路(17)和電流信號采集電路(10)，STM8L主控芯片(15)連接環(huán)境監(jiān)測模塊(14)和開關電路(12)，開關電路(12)連接供電電路。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于MESH網(wǎng)絡對電網(wǎng)電能實施遠程監(jiān)控的管理系統(tǒng)，其特征在于所述分布管理器(3 )連接ZigBee無線網(wǎng)絡(6 )和GPRS網(wǎng)絡(5 )，分布管理器(3 )包括市供電電路連接電源模塊(11)，電源模塊(11)連接STM32主控芯片(18)，STM32主控芯片(18)外掛Flash存儲器(16)、RTC時鐘電路(13)，STM32主控芯片(18)連接顯示面板(19)和 SD 卡(20)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于MESH網(wǎng)絡對電網(wǎng)電能實施遠程監(jiān)控的管理系統(tǒng)，其特征在于所述中央管理器(2)連接GPRS網(wǎng)絡(5)，中央管理器(2)經(jīng)市供電電路連接電源模塊(11 )，電源模塊連接STM32主控芯片(18)，STM32主控芯片(18)外掛RTC時鐘電路(13)，STM32主控芯片(18)連接數(shù)據(jù)導出接口(21)、無線模塊(7)和串口 232總線，STM32主控芯片(18)與PC機相連。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于MESH網(wǎng)絡對電網(wǎng)電能實施遠程監(jiān)控的管理系統(tǒng)，其特征在于所述ZigBee無線網(wǎng)絡(6)將含有ZigBee協(xié)議的無線模塊(7)與分布管理器(3)和電能管理終端(4)進行連接，構成MESH網(wǎng)絡的底層組網(wǎng)。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于MESH網(wǎng)絡對電網(wǎng)電能實施遠程監(jiān)控的管理系統(tǒng)，其特征在于所述GPRS網(wǎng)絡(5)的GPRS模塊與分布管理器(3)和中央管理器(2)進行連接，構成MESH網(wǎng)絡的上層組網(wǎng)。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種基于MESH網(wǎng)絡對電網(wǎng)電能實施遠程監(jiān)控的管理系統(tǒng)，其特征在于所述中央管理器(2)為PC機或手機。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種基于MESH網(wǎng)絡對電網(wǎng)電能實施遠程監(jiān)控的管理系統(tǒng)，其特征在于所述用電管理終端(4)連接的電路中包括了電源模塊(11 )，直接將電網(wǎng)交流220V轉(zhuǎn)換為直流5V，由線性穩(wěn)壓源轉(zhuǎn)換為3.3V，由極性反轉(zhuǎn)電源轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為-5V。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種基于MESH網(wǎng)絡對電網(wǎng)電能實施遠程監(jiān)控的管理系統(tǒng)，其特征在于所述用電管理終端(4)輸出1控制信號的數(shù)據(jù)導出接口(21)連接遠程控制用戶電源。
【專利摘要】本實用新型公布了一種基于MESH網(wǎng)絡對電網(wǎng)電能實施遠程監(jiān)控的管理系統(tǒng)，它包括MESH型無線網(wǎng)絡、中央管理器、分布管理器和用電管理終端；MESH型無線網(wǎng)絡包括上層的GPRS網(wǎng)絡和底層的ZigBee無線網(wǎng)絡，中央管理器與分布管理器之間通過GPRS網(wǎng)絡的無線模塊進行通信，分布管理器與用電管理終端之間通過ZigBee無線網(wǎng)絡的多個無線模塊進行通信，ZigBee無線網(wǎng)絡的每個無線模塊通過用電管理終端的信號接插器連接服務窗口；該方案克服了目前電能管理使用的電能監(jiān)測儀，僅僅是獨立個體監(jiān)測，無法進行相互之間的信息交換，易造成電器使用過程中的安全隱患的缺陷，適用于對城鄉(xiāng)大多數(shù)的家庭和企業(yè)用電進行遠程實時監(jiān)控。
【IPC分類】G05B19-418
【公開號】CN204576242
【申請?zhí)枴緾N201520327195
【發(fā)明人】張昱帆, 謝素霞, 周偲卓, 吳厚有, 彭亞平
【申請人】湖南科技大學
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月20日