一种基于物联网技术的低压用能感知系统及其控制方法

摘要

本发明揭示了一种基于物联网技术的低压用能感知系统，电源管理模块输入端连接市电，输出端连接低压用电负载，其特征在于：所述电源管理模块的输入端连接有电能计量模块，所述电能计量模块连接MCU模块并将计量信号输送至MCU模块，所述MCU模块连接时钟模块获取时钟信息，所述MCU模块连接无线模块并通过无线模块与云服务器通信。本发明基于物联网技术的低压用能感知系统不仅能够实现实时的用能监测和分析，还能辅助家庭住户远程遥控用电设备，降低电器使用的风险程度，进一步提升智能电网用电侧的稳定运行。

说明书

技术领域

本发明涉及低压用户综合用能感知和分析技术，尤其涉及电力系统工程和智能电网建设等应用领域。

背景技术

在日常生活中，住户居家环境必不可少的就是家用电器等设备，它是用电负责的典型代表。而对家用电器的用电参数的监测和分析是了解其工作状况，以及确保供电侧运行稳定的必要举措。在现有技术中，人们大多采用智能计量电表来读取家用总电量，其主要特点是只能一次性查看家用电器总耗电量，不能清楚地了解各个电器的耗能情况，同时在也无法对用电设备的电能过载进行及时预警，很容易会忽略设备老化，发生安全事故，不利于人与住宅的和谐共存。而在接入低压电网侧的家用电器中，既有功耗较低的电风扇或加湿器，又有较大功耗的电冰箱，空调等负载，类型多样，分布各处，这就表明不同的设备有不同程度的用电需求，将会产生不同的能耗。与此同时，还需要实现对异常用电设备的远程遥控，防止出现不测。而常见的智能电表功能单一，集成性较低，缺乏一定的精确性，给我们智能电网低压用电侧的用能管理带来了技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种能够监测和管理智能电网低压用电侧实际用能情况的系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于物联网技术的低压用能感知系统，电源管理模块输入端连接市电，输出端连接低压用电负载，所述电源管理模块的输入端连接有电能计量模块，所述电能计量模块连接MCU 模块并将计量信号输送至MCU模块，所述MCU模块连接时钟模块获取时钟信息，所述MCU模块连接无线模块并通过无线模块与云服务器通信。

所述电源管理模块的其中一路低压输出连接电能计量模块的电源端，所述电源管理模块的控制端连接控制模块的信号输入端，所述控制模块的信号输入端连接MCU模块。

所述无线模块连接室内物联网网关，并通过物联网网关与网络基座和云服务器通信。

云服务器通过互联网与后台监测中心、移动端通信，所述移动端通过网络基站与室内物联网网关通信。

基于所述基于物联网技术的低压用能感知系统的控制方法，当电源管理模块工作时，电能计量模块实时记录电源管理模块的用电参数信息并输送至MCU 模块，MCU模块获得用电参数信息同时从时钟模块获取当前时钟信号，并通过无线模块将用电参数信息和时钟信号上传至云端服务器上。

移动端和后台监测中心通过验证后连接云服务器，获取云服务器上记录的用电参数信息和时钟信号。

所述MCU模块判断用电参数信息是否异常，当用电参数信息存在异常时，驱动控制模块关闭电源管理模块，并将异常信息通过无线模块上传至云服务器。

当用户通过移动端操作关闭电源时，移动端将信号发送至无线模块，无线模块将接收的信号发送至MCU模块，当MCU模块接收到关闭电源信号时，驱动控制模块关闭电源管理模块。

本发明基于物联网技术的低压用能感知系统不仅能够实现实时的用能监测和分析，还能辅助家庭住户远程遥控用电设备，降低电器使用的风险程度，进一步提升智能电网用电侧的稳定运行。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：

图1为基于物联网技术的低压用能感知系统硬件原理图；

图2为基于物联网技术的低压用能感知系统架构图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

基于物联网技术的低压用能感知系统由电能计量模块(分为10A和16A)、云端服务器、WEB端管理平台(后台监测中心)以及移动端(移动APP)构成。

电能计量模块根据需要设有多个，每个都是独立的控制装置，电能计量模块内设有电源管理模块，电源管理模块输入端连接市电，输出端连接低压用电负载，电源管理模块的输入端连接有电能计量模块，电能计量模块连接MCU模块并将计量信号输送至MCU模块，MCU模块连接时钟模块获取时钟信息，MCU 模块连接无线模块并通过无线模块与云服务器通信。工作时，MCU模块从电能计量模块获取用电设备的瞬时电压、电流等参数，并从时钟模块获取当前时钟信号。同时将这些数据通过WIFI模块上传到云端服务器上，用以进行数据分析和备份查看，并在app和web的页面上显示出来，以供管理人员实时查阅。在用户端，用户可通过移动APP按键直接操作或设置定时自动操作，使得MCU模块控制继电器完成闭合与切断动作，从而控制插座孔电源的开闭，实现用户远程遥控家用电器设备的功能。

下面对电能计量模块的各个部分详细说明如下：

MCU模块：主控模块，我们采用stm32f103rct6型号的单片机来作为控制中心。该单片机具有响应速度快，功耗低，片内RAM和ROM的存储空间充足，可以满足家用设备数据的传输和存储。

电源管理模块：主要实现插座转接电网电压到设备用电电压，比如220V/380V，同时将220V交流电压转换为各硬件系统模块的供电电压，比如 12V,5V和3.3V等。

电能计量模块：该模块以交直流电能计量芯片为核心，用来采集用电设备的实时电压和电流，并通过后台服务器的智能分析处理得到电功率和能耗。

无线模块：该模块实现监测终端和后台的数据通信，以及上位机对于控制命令的下发。

从系统总体上来看，首先，将电能计量模块作为监测终端安装在家用设备的低压接电处，使其与设备对接好。然后给电能信息处理单元上电，使其开始运行。与此同时，把后台监测平台站搭建起来，包含大屏，主机，并通过线束连接好WEB端平台与云服务器。接着，搭建好通信基站，确保信号能覆盖到整个终端和后台中心，构建出无线通信网络。最后，把系统内部各个子模块一起连接起来，形成一个完整的，闭环的低压用能监测体系。

在整个系统框架之下，本发明专利的关键点，即信息处理单元的安装实施流程大致如下。首先，电源管理模块一端接入电网低压侧的220V交流电，另一端输出用电负载，并分别转换出12V,5V和3.3V的电压分别给各模块供电。 MCU通过控制单元与该模块连接，完成指令的下发。其次，电能计量模块由电源管理模块进行220V转12V供电，计量模块的V+接口接12V接口，V-接口接电源地，同时该模块的芯片分别接单片机3.3V供电以及电源地。接着，单片机的PC14 和PC15接口分别接外部晶振构成震荡电路，产生一定频率的时钟信号，驱动单片机有序的运行工作。同时单片机的PC14接口(SWCLK)可对外连接其他模块，作为内部时钟输出的接口。最后，无线传输模块主要是由ESP8266芯片构成，其中电源接3.3V供电，GND接电源地，复位(RST)和使能(EN)接单片机的 VCC端口用来提供高电平和使能端口，而芯片的输出口(ESP_TXD)和输入口(ESP_RXD)分别与单片机的串口输入及输出，即：PA3(UART_RX)和PA2(UART_TX)接口连接，完成监测采集数据的交互。

基于物联网技术的低压用能感知系统可以实时的对电网低压用电侧的不同设备用电情况进行监测，并能对用电数据智能化分析，同时实现远程遥控开断操作。相比于传统的智能电表监测，其效果优势在于监测方式更具有针对性，体现出智慧化和一体化特征，并且对智能电网的稳定运行起到了间接的保障作用。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。