CN110190672A - 一种基于LoRa通讯的智能用电检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于LoRa通讯的智能用电检测装置,该装置中,主从机***与宿舍一一对应,每一从机对应一个特定大功率设备,从机将特定大功率用电设备电流信号提取出来并通过LoRa通信模块发送给主机。主机将宿舍的电流信号提取出来,并与从机的数据进行比较分析处理,判断出宿舍内所有设备用电情况,实现智能监测,一旦有宿舍使用违禁电器,主机控制断开该宿舍总空开。上位机对所有数据进行汇总监测,并可实现远程主动控制。本发明通过对各从机编码并与宿舍配套大功率用电设备对应,使得宿舍用电情况的分析准确度提高,从而真正意义上做到杜绝违禁电器使用,并避免因违禁电器使用而造成电气火灾的情况发生。此外,方便安装、改造也是本发明的优点。
Description
技术领域
本发明属于用电监测领域,涉及一种基于LoRa通讯的智能用电检测装置。
背景技术
LoRa(LongRangeRadio),即远距离无线电通讯,是一种低功耗局域网无线标准。其在同样的功耗条件下,比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍,可实现低功耗和远距离的统一。
随着城市建设的迅速发展,近年来我国电气火灾多发,造成重大人员伤亡和财产损失。据统计,2011年至2016年,我国共发生电气火灾52.4万起,造成3261人死亡、2063人受伤,直接经济损失92亿余元。其中,大学宿舍用电安全事故占了不小的比例,这也是每个学校严禁使用一些大功率违禁电器的原因。但是,目前学校的违禁电器还停留在人力检查上,这显然不是一个有效的方案。
现有技术中,中国专利CN108429348A公开了一种智慧用电安全***,该***将剩余电流感应装置、温度感应装置、火灾探测器等传感器和无线模块相结合,能够实时的监测火情或异常情况。该***的问题在于高度依赖各传感器,而一旦传感器故障,则整个控制***会失效。并且,整个***的目的在于第一时间察觉异常,及时控制火灾灾情上,并未从根本上解决问题。
中国专利CN108521172A公开了一种智慧式安全用电隐患云监管***,该***可实时监测用电单位的电压、电流、功率等参数,但是并不能及时有效的对宿舍违禁电器进行管理。
发明内容
本发明的目的,主要是针对大学宿舍使用大功率违禁电器的现象,提出一种基于LoRa通讯,并可对宿舍大功率电器进行有效用电管理的智能用电检测装置,避免因违禁电器使用而造成电气火灾的发生,确保宿舍用电安全。
本发明所采用的技术方案是:
一种基于LoRa通讯的智能用电检测装置,包括上位机和若干与宿舍一一对应的主从机***,所述上位机中设有第一以太网通信模块,单个主从机***包括主机、报警装置和若干从机;
所述主机包括第一微控制器、以及分别与所述第一微控制器相连的第一采样单元、第一LoRa通信模块、动作模块、第一控制电源单元和第二以太网通信模块;所述第一控制电源单元将220V电压转换为所述第一微控制器和所述第二以太网通信模块的匹配电压,并为二者供电;所述第一采样单元连接对应宿舍的配电表,所述动作模块连接对应宿舍的总空开;各第二以太网通信模块分别与所述第一以太网通信模块无线通讯;
所述若干从机均包括插座、第二微控制器、以及分别与所述第二微控制器相连的第二采样单元、第二LoRa通信模块和第二控制电源单元,所述插座与所述第二采样单元相连;所述第二控制电源单元将220V电压转换为所述第二微控制器的匹配电压,并为其供电;各第二LoRa通信模块分别与对应的第一LoRa通信模块无线通讯,宿舍配套大功率用电设备一一对应插接在多个从机的插座上,各第二微控制器中分别设有编码;
所述报警装置安装在对应宿舍内,包括第三微控制器、以及与所述第三微控制器分别相连的语音报警模块、第三LoRa通信模块和第三控制电源单元;所述第三控制电源单元将220V电压转换为所述第三微控制器的匹配电压,并为其供电;所述第三LoRa通信模块与对应的第一LoRa通信模块无线通讯。
进一步地,所述主机还包括第一显示模块,所述第一显示模块与所述第一微控制器相连。
进一步地,每一从机还包括第二显示模块,所述第二显示模块与对应的第二微控制器相连。
进一步地,所述第一显示模块和所述第二显示模块均为OLED显示屏。
进一步地,所述第一采样单元和所述第二采样单元均包括电流互感器和ATT7022E高精度三相电能专用计量芯片,所述电流互感器和所述ATT7022E高精度三相电能专用计量芯片相连,所述电流互感器采集到的电流信号,经计量芯片处理后,传输至对应的微控制器。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明将各宿舍中大功率用电设备和其余用电设备的智能用电检测分开,使得主机端对宿舍用电情况的智能分析更简便,进而可提高对宿舍用电情况分析的准确度。此外,主、从机分离也更加符合现在大学宿舍的用电情况,即空调,热水器等特定设备单独走电,其他几个插座共同走电的设计,从而方便实际安装、改造,从机直接对现有插座进行改造,主机可直接替换老式机械电表。另外,本发明还能通过各从机编码与宿舍配套大功率用电设备的对应关系,实现对各宿舍用电负荷的管控,避免学生在空调、热水器的插座上使用违禁电器。因而,相对现有技术,本发明能真正意义上做到杜绝违禁电器使用,并避免因违禁电器使用而造成电气火灾的情况发生。
附图说明
图1为本发明的基于LoRa通讯的智能用电检测装置的结构框图;
图2为本发明中,控制电源单元的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的基于LoRa通讯的智能用电检测装置作进一步的详细说明。本发明提出的基于LoRa通讯的智能用电检测装置,主要是通过检测宿舍内插座上特定大功率用电设备的用电情况,并结合宿舍配电表的电量进行比较分析,进而推断宿舍内是否使用违禁大功率电器,一但发现就采取警告和切断该宿舍用电措施,从而保证宿舍用电安全。下面对该智能用电检测装置做具体说明。
如图1所示的基于LoRa通讯的智能用电检测装置,包括上位机和若干与宿舍一一对应的主从机***,上位机中设有第一以太网通信模块,单个主从机***包括主机、报警装置和若干从机。
主机包括第一微控制器、以及分别与第一微控制器相连的第一采样单元、第一LoRa通信模块、动作模块、第一控制电源单元和第二以太网通信模块。第一控制电源单元将220V电压转换为第一微控制器和第二以太网通信模块的匹配电压,并分别为二者供电。具体地,参见图2,第一控制电源单元主要由依次相连的变压电路、整流电路、稳压电路和滤波电路构成,变压电路接入220V交流电,滤波电路输出5V直流电,用于为第一微控制器供电。在5V电源输出端后还接有一3.3V稳压模块,将5V直流电转换为3.3V直流电,并为第二以太网通信模块供电。第一采样单元连接对应宿舍的配电表,动作模块连接对应宿舍的总空开。各第二以太网通信模块分别与第一以太网通信模块无线通讯。
若干从机均包括插座、第二微控制器、以及分别与第二微控制器相连的第二采样单元、第二LoRa通信模块和第二控制电源单元,插座与第二采样单元相连。第二控制电源单元与第一控制电源单元相同,将220V交流电转换为5V直流电后,为第二微控制器供电。各第二LoRa通信模块分别与对应的第一LoRa通信模块无线通讯,宿舍配套大功率用电设备一一对应插接在多个从机插座上,各第二微控制器中分别设有编码。宿舍配套大功率用电设备为电热水器、空调、冰箱等特定设备。
报警装置安装在对应宿舍内,包括第三微控制器、以及与第三微控制器分别相连的语音报警模块、第三LoRa通信模块和第三控制电源单元。第三控制电源单元与第一控制电源单元相同,将220V电压转换为为5V直流电后,为第三微控制器供电。第三LoRa通信模块与对应的第一LoRa通信模块无线通讯。
本实施例中,第一显示模块和第二显示模块均为OLED显示屏。第一采样单元和第二采样单元均包括电流互感器和ATT7022E高精度三相电能专用计量芯片,电流互感器和ATT7022E高精度三相电能专用计量芯片相连,电流互感器采集到的电流信号,经计量芯片处理后,传输至对应的微控制器。
本发明的基于LoRa通讯的智能用电检测装置的原理为:
第二采样单元采集对应大功率用电设备的电流信号,采集到的电流信号通过第二采样单元内的ATT7022E高精度三相电能专用计量芯片处理后发送给对应的第二微控制器分析处理,提取出所需的大功率用电设备的电流、功率、功率因数等电能参数,第二显示模块显示提取出的各电能参数。第二LoRa通信模块将对应从机的电能参数发送给对应主机,便于主机对宿舍内其他用电设备的电能参数进行分析处理。
第一采样单元与第二采样单元的原理相同,但是,采集的是各宿舍整体的用电情况,采集的数据经第一采样单元处理后传输至第一微控制器。第一LoRa通信模块接收对应的各从机发送过来的电能参数并传输至第一微控制器,然后,第一微控制器将从机数据与主机采样到的电能参数进行对比分析,主机端扣除从机端大功率用电设备的用电情况后,就能得到其余用电设备的用电情况,在对这些设备的电能参数进行分析,得到其中阻性负载的电能参数,大多数违禁电器,例如电吹风、电热壶等,均为阻性负载设备,当主机检测到阻性负载功率超过警报值(例如1000w)后,便由语音报警模块发出警报,提醒学生不要使用违禁电器,经过10s仍在使用,第一微控制器控制动作模块断开对应宿舍总空开,切断宿舍用电,达到宿舍用电智能管理的目的。第一显示模块显示宿舍用电的功率、电度、剩余电量等电能参数。
第二以太网通信模块则将主机电能监测和宿舍电能参数实时传输给上位机,上位机对各个宿舍的用电情况和电能监测数据进行汇总,并实现宿舍用电远程主动控制。
需要说明的是,从机可集成为一个智能插座并内嵌在墙体上,每个宿舍有多个该智能插座,用于给特定大功率用电设备供电,例如:电热水器、空调、冰箱等设备。由于每一智能插座内的第二微控制器都有对应编码,因而,智能插座能够精准地与各宿舍的特定大功率用电设备一一对应上。当智能插座检测到插座上负载用电情况与特定设备有所不同时,会检测其电能参数,当功率超过警报值(如1000w)时,主机控制报警及后续切断电源动作。
以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于LoRa通讯的智能用电检测装置,其特征在于,包括上位机和若干与宿舍一一对应的主从机***,所述上位机中设有第一以太网通信模块,单个主从机***包括主机、报警装置和若干从机;
所述主机包括第一微控制器、以及分别与所述第一微控制器相连的第一采样单元、第一LoRa通信模块、动作模块、第一控制电源单元和第二以太网通信模块;所述第一控制电源单元将220V电压转换为所述第一微控制器和所述第二以太网通信模块的匹配电压,并为二者供电;所述第一采样单元连接对应宿舍的配电表,所述动作模块连接对应宿舍的总空开;各第二以太网通信模块分别与所述第一以太网通信模块无线通讯;
所述若干从机均包括插座、第二微控制器、以及分别与所述第二微控制器相连的第二采样单元、第二LoRa通信模块和第二控制电源单元,所述插座与所述第二采样单元相连;所述第二控制电源单元将220V电压转换为所述第二微控制器的匹配电压,并为其供电;各第二LoRa通信模块分别与对应的第一LoRa通信模块无线通讯,宿舍配套大功率用电设备一一对应插接在多个从机的插座上,各第二微控制器中分别设有编码;
所述报警装置安装在对应宿舍内,包括第三微控制器、以及与所述第三微控制器分别相连的语音报警模块、第三LoRa通信模块和第三控制电源单元;所述第三控制电源单元将220V电压转换为所述第三微控制器的匹配电压,并为其供电;所述第三LoRa通信模块与对应的第一LoRa通信模块无线通讯。
2.根据权利要求1所述的基于LoRa通讯的智能用电检测装置,其特征在于,所述主机还包括第一显示模块,所述第一显示模块与所述第一微控制器相连。
3.根据权利要求2所述的基于LoRa通讯的智能用电检测装置,其特征在于,每一从机还包括第二显示模块,所述第二显示模块与对应的第二微控制器相连。
4.根据权利要求3所述的基于LoRa通讯的智能用电检测装置,其特征在于,所述第一显示模块和所述第二显示模块均为OLED显示屏。
5.根据权利要求1所述的基于LoRa通讯的智能用电检测装置,其特征在于,所述第一采样单元和所述第二采样单元均包括电流互感器和ATT7022E高精度三相电能专用计量芯片,所述电流互感器和所述ATT7022E高精度三相电能专用计量芯片相连,所述电流互感器采集到的电流信号,经计量芯片处理后,传输至对应的微控制器。
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Application publication date: 20190830 |