CN106406197A

CN106406197A - 一种节能用电系统

Info

Publication number: CN106406197A
Application number: CN201611209534.0A
Authority: CN
Inventors: 潘敏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2017-02-15

Abstract

本发明涉及一种节能用电系统，包含多个人体传感器、中央控制器、电源模块、电流量检测模块、电源切断模块，并且与多个家用电器相连，本发明研究并设计一种家用节能用电系统，通过手动、自动或远程控制方式进行家用电器的自动通断电，在没有人员在室内或者家用电器电流量超过规定值，可接通室内的切断回路，实现对家用电器的节能控制。

Description

一种节能用电系统

技术领域

本发明涉及建筑节能领域，涉及一种节能用电系统。

背景技术

能源就是人类用来维持生存活动的能量来源。随着社会经济的发展，人类对能源的需求越来越大。能源作为中国经济发展的动力，越来越受到两会的重视。但是，我们现阶段的日常生活中，对节能的重视程度还远远不够，目前大部分的用电设施还是由手动操作开关，这种由个人意识所带来的节电效果差强人意。所以，亟需一种能在室内实现节能的用电系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种解决或部分解决上述问题的一种节能用电系统。

为达到上述技术方案的效果，本发明的技术方案为：一种节能用电系统，包含智能灯具开关、智能用电插座、室内控制器、电量检测器、传感器模块、智能网关、服务器、总控制器、多个手动控制器；

智能灯具开关用于控制室内的灯具开关，利用电磁调压及电子感应自动地平滑地调解灯具的电压与电流幅度，同时可采集灯具的用电量信息；

智能用电插座用于实现电器的控制，内含智能IC芯片，通过将智能IC芯片嵌入智能用电插座中自动检测电器电流变化，当电器电流变换过大时切断电源来保护电器，同时可采集电器的电量信息；

电量检测器实现室内电量信息的采集，室内电量信息包含电压、电流、功率、电量；

传感器模块包含温度传感器、湿度传感器、亮度传感器、放大器、转换器，温度传感器测量室内的温度，湿度传感器测量室内的湿度，亮度传感器测量室内的亮度；

传感器模块检测的过程为，首先利用温度传感器、湿度传感器、亮度传感器分别对室内的温度、室内的湿度、室内的亮度进行采集，并转换成传感信号，釆用放大器将传感信号放大成放大的传感信号，然后利用转换器将放大的传感信号进行模数转换、校准和纠错，转换成传感器数据，然后通过无线网络与室内控制器通信传递传感器数据；

智能灯具开关、智能用电插座、电量检测器、传感器模块可以与室内控制器通过无线网络进行信息的交互；

室内控制器包含触摸显示屏，触摸显示屏实时地显示灯具的用电量信息、电器的电量信息、室内电量信息、室内的温度、室内的湿度、室内的亮度，方便用户查看，并且通过触摸显示屏手动地控制智能灯具开关、智能用电插座、电量检测器、传感器模块的开关，将灯具的用电量信息、电器的电量信息、室内电量信息、室内的温度、室内的湿度、室内的亮度转换成网络检测数据并通过无线传输给智能网关；

智能网关利用ZigBee技术实现无线传输，内含无线路由器，用于实现网络检测数据与串口数据之间的转换，将网络检测数据转换成串口数据形式的网络检测数据；

服务器是智能网关与总控制器网络连接的桥梁，将串口数据形式的网络检测数据进行融合后直接利用GPRS进行数据传输，使总控制器能接收到串口数据形式的网络检测数据，并且对其进行数据处理分析并压缩成压缩数据包，传输给多个手动控制器，多个手动控制器内嵌嵌入式处理芯片，外嵌键盘按钮、LED显示屏，嵌入式处理芯片将压缩数据包解压，还原成串口数据形式的网络检测数据，LED显示屏可以显示串口数据形式的网络检测数据，通过键盘按钮能将命令输入，经嵌入式处理芯片处理后传输给手动控制器，手动控制器将处理后的命令传输给总控制器，通过服务器进行GPRS传输给智能网关，经过无线传输给室内控制器，室内控制器可以将处理后的命令进行处理，按其中的要求对智能灯具开关、智能用电插座、电量检测器、传感器模块进行调整。

本发明的有益成果是：本发明从电器用电、灯具用电等多方面对用电系统进行具体的设计，既能实现用电的自动调解，还能实现手动地反向地进行控制，有效地避免了传统用电方式的管理落后、能源浪费等缺点，最终实现节能目标。

附图说明

图1为本发明的节能用电系统的布局结构图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护范围之内。具体方法如下：

实施例1：

本发明的节能用电系统是基于物联网的，物联网分为三层架构，为感知层、网络层、应用层。感知层位于物联网架构的最底层，用于实现数据信息的获取。网络层位于中间层，用于通过网络手段将信息实时传输出去。应用层位于顶层，用于实现资源的交换、信息的传输、方案的决策等。

(1)感知层

感知层，用来感知和识别外界的信息，采集外界发生的事件和数据。感知层分为主动采集和被动采集两种方式，用于所处环境内的信息监测。在本发明中，感知层包括智能灯具开关、智能用电插座、电量检测器、传感器模块。

(2)网络层

网络层是信息传输的通道，实现各个模块间的相互连接，增加了物与物之间的信息交互功能。它能把感知到的信息准确、安全的进行物理传播。作为的支点，网络层是各种通信网络的融合，各种通信网络包括有线网络、3G网络、WiFi网络、移动通信网络、广电网络等。

3)应用层

应用层是物联网实现具体应用的平台，是面向用户的桥梁，是推动技术创新的原始动力。应用层主要利用各种终端设备，实现数据的处理与应巧，完成信息技术与专业技术的彻底融合。要实现这一目标，应用层要解决信息的共享化和信息的安全问题。物联网在应用时，首先判断物体的属性，若为静态属性，直接将物体所包含的数据信息存储起来，若是动态属性，则需要运用传感器进行信息检测；其次，读取物体的属性，并将信息进行数据转换；最后，实现与信息中必的通信。

其中，传感器的设计，温湿度、亮度是舒适度的重要指标，控制策略的实施需要其提供数据支持。传统的温湿度、亮度测量，通过空调的监测的方式，具有很大缺陷。设计独立的传感器可有效地对室内的温度、湿度进行检测。

所选的温湿度模块需要满足-20度至50度的温度测量范围，(TC的温度测量范围，0至99％的湿度测量范围，且需要较小的体积。为了避免电路板的温度对测量结果造成的影响，模块与电路板之间需增加缝隙以减少热传导。因此，温湿度传感器选用SHT11模块，该模块同时实现温度、湿度测量，内部集成测量、校准电路，保证数据的准确性。

SHT11模块通过串行接口传输数据，但该串行口在数据读取、能耗上都做了改进，与传统的化接口不兼容。传感器的设计照度的强弱影响人们的居住舒适度和眼睛疲劳程度，人们舒适的同时又节约能源。据研究表明，室内最适宜的照度为100lux，照度过高或过低对人眼都会造成伤害。

在电量检测模块，可以采用智能电表作为用电系统中的重要组成部分，实现房间内的电量、电流、电压、功率等的测量，并通过LCD液晶显示出来。传统的电表大多采用互感器来实现电压、电流、功率的测量，具有测量精度低、体积大等缺点。智能电表采用新型电量计量芯片实现数据的测量，该芯片通过SPI接口与主机通信。

实施例2：

智能网关用于实现串口数据与以太网数据的转换，既是监控中心也是与各个房间信息交互的中枢。室内控制器通过网络将数据发送至智能网关，智能网关完成数据转换，通过LAN总线向监控中也发送数据。传统的数据传输大多采用RS232、485总线，这类总线没有完整的数据传输规范，数据传输的安全性和可靠性也无法保障。随着以太网成本的降低，以太网在工业中的应用越来越广泛，以太网具有通信速度快、保密性好等优点。

智能网关包括电源模块、无线通信模块、MCU、网络接口四个部分。智能网关中的无线通信模块功耗相对较大，为保证电路的稳定性，电源模块设计的尤为重要。普通的稳压电源，负载能力弱，电源稳定性差，且易损坏。智能网关中电源电路选用基于TPS5430的开关电源。基于TPS5430的开关电源具有欠压锁定、过流保护、内部补偿反馈等功能，内置慢启动电路，改善瞬态响应。电容使用升压电容，以增强电路的驱动能力。并且设置使能引脚，当电压超过5V时，芯片开始工作。采用补偿网络，提高电路的开关频率，使该电路的开关频率可达500KHZ。并设置滤波电容，降低纹波干扰，增加肖特基二极管提高电路的工作效率。

智能网关选用STM32F207ZET芯片作为MCU，该芯片是一款低功耗、高性能的处理器，具有丰富的接口资源。该芯片集成的功能主要有：包含丰富以太网资源，独有MAC控制器，支持多种接口，拥有多种样式定时器，包含高级、通用、基本三种，自带多种复位方式，支持USB全速接口，拥有512K的RAM资源，两个看口狗灯。在网络接口模块，智能网关完成以太网数据与串口数据的转换，需要MAC控制器和物理收发器共同实现。

室内控制器作为室内前端设备的控制，室内控制器的选择至关重要。一个好的房间控制器不仅可提高整个系统性能，而且可降低系统的后期维护成本。室内控制器作为室内终端设备的中也，实现包括数据获取、数据显示、数据上传、智能控制、用户管理等功能。用户查看室内控制器的信息，首先进行用户登陆，用户信息输入正确即可进入室内控制器的主界面。室内控制器的主界面显示房间内部空气质量、温度、湿度、照度等；能耗监测界面显示房间内用电量信息，如电流、电压、功率、电量等；节点状态界面用于显示灯具、电器等的开关状态，并可手动控制其开关；情景模式界面用于设置工作场景如会议场景、办公场景等；定时控制界面用于手动设置电器、灯具的工作时间；系统设置界面用于手动修改模块信息，如添加或删除节点模块。

无线传输中使用TCP/IP协议，方便用户直接调用。在待机状态下，功耗不足1mW，解决了传统无线传输模块功耗大的问题。不仅具有丰富的接口资源，拥有多达16个引脚口,内置稳压器、PLL组件,内置功率放大单元、温度采集单元，能够进行温度补偿,具有多种工作模式，如激活、睡眠等模式，保证了电路的低功耗。

以上所述仅为本发明之较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求保护范围。同时以上说明，对于相关技术领域的技术人员应可以理解及实施，因此其他基于本发明所揭示内容所完成的等同改变，均应包含在本权利要求书的涵盖范围内。

Claims

1.一种节能用电系统，其特征在于，包含智能灯具开关、智能用电插座、室内控制器、电量检测器、传感器模块、智能网关、服务器、总控制器、多个手动控制器；

所述智能灯具开关为控制灯具的开关，利用电磁调压及电子感应自动地平滑地调解灯具的电压与电流幅度，同时可采集灯具的用电量信息；

所述智能用电插座用于实现电器的控制，内含智能IC芯片，通过将所述智能IC芯片嵌入所述智能用电插座中自动检测电器的电流变化，当其变换过大时切断电源来保护电器，同时可采集电器的电量信息；

所述电量检测器实现室内电量信息的采集，所述室内电量信息包含电压、电流、功率、电量；

所述传感器模块包含温度传感器、湿度传感器、亮度传感器、放大器、转换器，所述温度传感器测量室内的温度，所述湿度传感器测量室内的湿度，所述亮度传感器测量室内的亮度；

所述传感器模块检测的过程为，首先利用所述温度传感器、所述湿度传感器、所述亮度传感器分别对室内的温度、室内的湿度、室内的亮度进行采集，并转换成传感信号，釆用所述放大器将所述传感信号放大成放大的所述传感信号，然后利用转换器将所述放大的所述传感信号进行模数转换、校准和纠错，转换成传感器数据，然后通过无线网络与所述室内控制器通信传递所述传感器数据；

所述智能灯具开关、所述智能用电插座、所述电量检测器、所述传感器模块可以与所述室内控制器通过无线网络进行信息的交互；

所述室内控制器包含触摸显示屏，所述触摸显示屏实时地显示所述灯具的用电量信息、所述电器的电量信息、所述室内电量信息、所述室内的温度、所述室内的湿度、所述室内的亮度，方便用户查看，并且通过所述触摸显示屏手动地控制所述智能灯具开关、所述智能用电插座、所述电量检测器、所述传感器模块的开关，将所述灯具的用电量信息、所述电器的电量信息、所述室内电量信息、所述室内的温度、所述室内的湿度、所述室内的亮度转换成网络检测数据并通过无线传输给所述智能网关；

所述智能网关内含无线路由器，利用ZigBee技术实现无线传输，并且将所述网络检测数据转换成串口数据形式的所述网络检测数据；

所述服务器是所述智能网关与所述总控制器网络连接的桥梁，将所述串口数据形式的所述网络检测数据进行融合后直接利用GPRS进行数据传输，使所述总控制器能接收到所述串口数据形式的所述网络检测数据，并且对其进行数据处理分析并压缩成压缩数据包，传输给多个所述手动控制器，多个所述手动控制器内嵌嵌入式处理芯片，外嵌键盘按钮、LED显示屏，所述嵌入式处理芯片将所述压缩数据包解压，还原成所述串口数据形式的所述网络检测数据，所述LED显示屏可以显示所述串口数据形式的所述网络检测数据，通过所述键盘按钮能将命令输入，经所述嵌入式处理芯片处理后传输给所述手动控制器，所述手动控制器将处理后的命令传输给所述总控制器，通过所述服务器进行GPRS传输给所述智能网关，经过无线传输给所述室内控制器，所述室内控制器可以将所述处理后的命令进行处理，按其中的要求对所述智能灯具开关、所述智能用电插座、所述电量检测器、所述传感器模块进行调整。