大型辦公樓宇智能用電電器控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大型辦公樓宇智能用電電器控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人民生活水平的提高，建筑能耗將呈現(xiàn)持續(xù)迅速增長的趨勢(shì)，加劇我國能源資源供應(yīng)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的矛盾，最終導(dǎo)致全社會(huì)的能源短缺。降低建筑能耗，實(shí)施建筑節(jié)能，對(duì)于促進(jìn)能源資源節(jié)約和合理利用，緩解我國的能源供應(yīng)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的矛盾，有著舉足輕重的作用，也是保障國家資源安全、保護(hù)環(huán)境、提高人民群眾生活質(zhì)量、貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的一項(xiàng)重要舉措。因此，如何降低建筑能源消耗，提高能源利用效率，實(shí)施建筑節(jié)能，是我國可持續(xù)發(fā)展亟待研究解決的重大課題。
[0003]據(jù)中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告得知:我國建筑能耗占社會(huì)總能耗的18.8%，隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑高能耗的問題日益突出。目前，我國每年竣工建筑面積約為20億平方米，其中公共建筑約有4億平方米。兩萬平方米以上的大型公共建筑面積占城鎮(zhèn)建筑面積的比例不到4%，但是能耗卻占到建筑能耗的20%以上，其中單位面積耗電量更是普通民宅的10到15倍。
[0004]我國的智能用電技術(shù)是建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要組成部分，其核心就是實(shí)現(xiàn)智能化服務(wù)，滿足用戶多元化需求，實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟(jì)安全，構(gòu)建電網(wǎng)與客戶之間電力流、信息流、業(yè)務(wù)流實(shí)時(shí)互動(dòng)的新型供用電關(guān)系。改變用戶用能方式，促進(jìn)節(jié)能減排，提高清潔的電能在終端能源消費(fèi)中的比重。因此，智能用電建設(shè)的好壞直接關(guān)系到電網(wǎng)的能源使用效率、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和有序用電。
[0005]現(xiàn)在的樓宇智能智能控制主要是兩種情況:一種是智能控制到樓宇配電箱或樓層配電箱，不能控制到每個(gè)房間內(nèi)的每個(gè)插座、開關(guān)；另一種雖然能對(duì)房間內(nèi)每個(gè)開關(guān)進(jìn)行控制，卻只能稱作智能家居系統(tǒng)，是面向家庭應(yīng)用的，并不是針對(duì)樓宇總控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了大型辦公樓宇智能用電電器控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)具有精度高、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低等特點(diǎn)，具有很高的實(shí)用性。本申請(qǐng)符合信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下:
[0008]大型辦公樓宇智能用電電器控制系統(tǒng)，包括智能用電及能源優(yōu)化監(jiān)控中心，智能用電及能源優(yōu)化監(jiān)控中心通過網(wǎng)絡(luò)與無線路由器通信，智能用電及能源優(yōu)化監(jiān)控中心通過網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)服務(wù)器通信，無線路由器與樓層網(wǎng)關(guān)通信，樓層網(wǎng)關(guān)通過無線方式與多個(gè)樓宇內(nèi)部監(jiān)控中心通訊；
[0009]樓宇內(nèi)部監(jiān)控中心包括房間控制器，房間控制器分別與智能傳感器、智能照明系統(tǒng)及智能電器系統(tǒng)通信；
[0010]無線路由器接入攝像頭的視頻并通過局域網(wǎng)上傳控制視頻至智能用電及能源優(yōu)化監(jiān)控中心；樓層網(wǎng)關(guān)通過無線通信將每個(gè)房間的信息進(jìn)行收集，再通過局域網(wǎng)上傳至智能用電及能源優(yōu)化監(jiān)控中心，同時(shí)將來自于局域網(wǎng)的信息和命令通過房間控制器傳遞給房間的受控設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的控制和信息采集。
[0011]樓層網(wǎng)關(guān)包括:無線收發(fā)模塊、微控制器模塊及網(wǎng)絡(luò)接口模塊，所述無線收發(fā)模塊與微控制器模塊，微控制器模塊通過網(wǎng)絡(luò)接口模塊與以太網(wǎng)通信，所述微控制器模塊包括單片機(jī)及與之通信的多功能μρ監(jiān)控芯片；
[0012]所述無線收發(fā)模塊包括無線ZigBee模塊，型號(hào)為WLT-24XXZ的芯片，所述無線ZigBee模塊的三個(gè)端口分別通過相串聯(lián)的電阻及發(fā)光二極管接地。
[0013]所述網(wǎng)絡(luò)接口模塊由單電源物理層收發(fā)器和網(wǎng)絡(luò)插座變壓器組成。
[0014]所述樓層網(wǎng)關(guān)還與電源模塊相連，所述電源模塊包括電源轉(zhuǎn)換芯片，電源轉(zhuǎn)換芯片的一端與并聯(lián)支路的一端相連，并聯(lián)支路的另一端接地，并聯(lián)支路為由電容C35、電容C21及二極管Dl相并聯(lián)組成，電源轉(zhuǎn)換芯片還與依次串聯(lián)的電容C8及電感L4相連，電感L4與另一并聯(lián)支路相連，另一并聯(lián)支路由電容C12、電容C19、電容C20及電容ClO相并聯(lián)組成，另一并聯(lián)支路的一端依次與電阻R48、發(fā)光—■極管D9相串聯(lián)。
[0015]所述電源模塊還包括穩(wěn)壓芯片，穩(wěn)壓芯片的輸入端及輸出端分別與0.1uF瓷片電容相連。
[0016]所述多功能μΡ監(jiān)控芯片為頂Ρ706芯片，頂Ρ706芯片的一端與開關(guān)Κ2相連，ΜΡ706芯片的RESET引腳之上接入一個(gè)大小為10ΚΩ的下拉電阻，下拉電阻通過電容接地。
[0017]智能用電及能源優(yōu)化監(jiān)控中心還通過網(wǎng)絡(luò)與交換機(jī)通信，交換機(jī)分別與熱水優(yōu)化控制系統(tǒng)、電能優(yōu)化控制系統(tǒng)及熱能優(yōu)化控制系統(tǒng)通信，熱水優(yōu)化控制系統(tǒng)分別控制電熱水系統(tǒng)及太陽能熱水系統(tǒng)，電能優(yōu)化控制系統(tǒng)分別控制電力系統(tǒng)、太陽能系統(tǒng)及風(fēng)能系統(tǒng)，熱能優(yōu)化控制系統(tǒng)分別控制中央空調(diào)系統(tǒng)及地源熱栗系統(tǒng)。
[0018]所述房間控制器還分別與智能開關(guān)、智能調(diào)光開關(guān)及智能遙控器進(jìn)行通信，智能開關(guān)為觸摸智能控制燈具的開關(guān)；房間控制器通過ZigBee通信模塊對(duì)燈具實(shí)時(shí)控制；房間控制器通過智能調(diào)光開關(guān)進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)燈光變亮或變暗控制，智能遙控器為紅外轉(zhuǎn)發(fā)器。
[0019]所述紅外轉(zhuǎn)發(fā)器主要由主控模塊、紅外接收模塊、紅外發(fā)射模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，主控模塊、紅外接收模塊、紅外發(fā)射模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊均與CC2530芯片通信。
[0020]所述智能開關(guān)包括光耦芯片，光耦芯片的輸入端與晶閘管相連，晶閘管還與由電容及電阻相串聯(lián)組成的濾波電路相并聯(lián)，耦芯片的輸出端與兩級(jí)電流驅(qū)動(dòng)電路相連。
[0021]智能開關(guān)及智能調(diào)光開關(guān)都是用來控制照明燈具的，智能開關(guān)是對(duì)燈有開、關(guān)功能，智能調(diào)光開關(guān)的功能是調(diào)節(jié)等的亮暗程度(當(dāng)然，必須對(duì)白熾燈、LED燈等可調(diào)節(jié)亮度的燈具有效)。智能用電及能源優(yōu)化監(jiān)控中心簡(jiǎn)稱監(jiān)控中心。
[0022]辦公樓宇用電信息采集與節(jié)能控制方法，包括:
[0023]智能用電及能源優(yōu)化監(jiān)控中心通過TCP網(wǎng)絡(luò)與樓層網(wǎng)關(guān)建立連接，樓層多媒體網(wǎng)通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)連接各個(gè)房間控制器，監(jiān)控中心通過樓層網(wǎng)關(guān)收到來自個(gè)房間檢測(cè)信息，并存入數(shù)據(jù)庫，同時(shí)監(jiān)控中心通過網(wǎng)關(guān)向各個(gè)房間控制器發(fā)送控制命令，實(shí)現(xiàn)用電器的開關(guān)、調(diào)節(jié)功能。
[0024]所述監(jiān)控中心采用TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)與樓層網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)通信，在通信時(shí)具體分為數(shù)據(jù)的接收和數(shù)據(jù)的發(fā)送兩個(gè)步驟:
[0025]數(shù)據(jù)的接收:監(jiān)控中心首先通過Listen方法建立監(jiān)聽，監(jiān)聽已經(jīng)指定的端口的網(wǎng)絡(luò)連接請(qǐng)求，當(dāng)偵聽到由樓層網(wǎng)關(guān)發(fā)送來的網(wǎng)絡(luò)連接請(qǐng)求后，建立網(wǎng)絡(luò)連接，連接建立成功后，網(wǎng)關(guān)向監(jiān)控中心發(fā)送由房間控制器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)信息，監(jiān)控中心平臺(tái)通過GetData方法讀取接收到的數(shù)據(jù)，將監(jiān)控的數(shù)據(jù)顯示在指定的文本框中，然后再將這些接收到的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，如果接收超時(shí)，則需要關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接，關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接可通過TCPClose事件實(shí)現(xiàn)；
[0026]數(shù)據(jù)的發(fā)送:監(jiān)控中心與樓層網(wǎng)關(guān)建立連接，連接建立成功之后，監(jiān)控中心通過SendData方法來向樓層網(wǎng)關(guān)發(fā)送控制指令數(shù)據(jù)，由樓層網(wǎng)關(guān)解析指令內(nèi)容，指令數(shù)據(jù)發(fā)送成功后，若需要繼續(xù)發(fā)送，則進(jìn)入循環(huán)，繼續(xù)發(fā)送下一條指令；若發(fā)送完成，則監(jiān)控中心斷開網(wǎng)絡(luò)連接，若數(shù)據(jù)發(fā)送失敗，監(jiān)控中心同樣關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接。關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接可以通過TCPClose事件實(shí)現(xiàn)。
[0027]無線路由器接入攝像頭的視頻并通過局域網(wǎng)上傳控制視頻至智能用電及能源優(yōu)化監(jiān)控中心；無線傳感器的節(jié)點(diǎn)通信方法，包括:
[0028]無線傳感器節(jié)點(diǎn)在上電完成程序初始化以后，向網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求，網(wǎng)關(guān)回復(fù)節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)請(qǐng)求并分配相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址，地址從I開始分配，隨后節(jié)點(diǎn)進(jìn)入等待同步狀態(tài)；
[0029]當(dāng)收到網(wǎng)關(guān)發(fā)送的同步幀后，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入傳感器數(shù)據(jù)采集和處理狀態(tài)，在完成傳感器的數(shù)據(jù)采集和處理后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行打包封裝，如果節(jié)點(diǎn)地址等于1，則直接進(jìn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)，如果節(jié)點(diǎn)地址大于I節(jié)點(diǎn)先進(jìn)入休眠狀態(tài)，等發(fā)送時(shí)隙到來時(shí)喚醒節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；
[0030]發(fā)送完數(shù)據(jù)后等待網(wǎng)關(guān)確認(rèn)，如果在時(shí)隙結(jié)束時(shí)收到網(wǎng)關(guān)確認(rèn)則直接進(jìn)入休眠狀態(tài)，如果在時(shí)隙結(jié)束時(shí)未到網(wǎng)關(guān)確認(rèn)則第二次發(fā)送數(shù)據(jù)，第二次數(shù)據(jù)發(fā)送完成后則再進(jìn)入休眠狀態(tài)，直到下個(gè)周期到來前喚醒，等待同步幀開始下一個(gè)工作周期。
[0031]工作原理:本發(fā)明以MSP430F149單片機(jī)為核心控制的智能電氣控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有精度高、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低等特點(diǎn)，附加優(yōu)化的程序，具有很高的實(shí)用性。該申請(qǐng)完全符合信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。安裝于每個(gè)房間內(nèi)的房間控制器，通過無線接收網(wǎng)關(guān)發(fā)來的命令，然后轉(zhuǎn)發(fā)給本房間內(nèi)的相應(yīng)開關(guān)、插座。反向通信亦然。本發(fā)明采用了 Access數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，建立了監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)檢測(cè)到的各個(gè)房間的溫度、功率等用電和環(huán)境信息。采用VB環(huán)境的ADO控件實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫的鏈接。通過VB應(yīng)用程序可以直接操作數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢的功能。
[0032]本發(fā)明的有益效果:
[0033]本發(fā)明大型辦公樓宇智能用電電器控制系統(tǒng)以智能電網(wǎng)為基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托，涵蓋適合辦公使用的智能終端、智能插座、智能開關(guān)、家庭網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備、智能家用電器等設(shè)備?？蛇h(yuǎn)程監(jiān)測(cè)每個(gè)用電器的用電量、用電功率，可對(duì)各個(gè)用電器遠(yuǎn)程控制，可以采集環(huán)境等各種外界因素，按預(yù)定的方案控制用電器運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0034]本發(fā)明監(jiān)控中心軟件平臺(tái)利用網(wǎng)絡(luò)把辦公大樓的用電聯(lián)系起來，綜合管理，是大型辦公樓宇智能用電電器控制系統(tǒng)的一個(gè)重要部分。監(jiān)控中心通過TCP網(wǎng)絡(luò)接