基于物联网的智能家居监测控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于物联网的智能家居监测控制系统，本实用新型专利技术包括包括两个CPU模块电路、四个电流互感器、网卡模块电路、十个继电器、线温传感器、485通信电路、ZigBee通信电路和PM2.5模块；本实用新型专利技术能够综合采集室内用电器类型、电弧故障等用电信息和线温、PM2.5、噪声等环境信息，实时监控室内安全状况并进行报警或自动作出应急处理。使用户在任何地方，只要有网络，就可以通过电脑浏览器或者手机APP实时查看室内的用电器信息、环境信息及故障电弧信息，并且可通过网页或手机APP对线路的通断实施控制，从而及时的控制火灾的发生。

【技术实现步骤摘要】
基于物联网的智能家居监测控制系统
本技术属于电子通信领域，具体涉及一种基于物联网的智能家居监测控制系统。
技术介绍
智能家居作为一个新生产业，处于一个导入期与成长期的临界点，市场消费观念还未形成，但随着智能家居市场推广普及的进一步落实，培育起消费者的使用习惯，智能家居市场的消费潜力必然是巨大的，产业前景光明。正因为如此，国内优秀的智能家居生产企业愈来愈重视对行业市场的研究，特别是对企业发展环境和客户需求趋势变化的深入研究。现阶段的智能家居存在的一个较为明显的缺陷是仅仅实现了对于家用电器的控制，而未关注到家用电器在日常生活中可能存在的隐患。近年来，随着全球气候的变暖，人们安装空调等大功率用电器的数量也在逐年增加，据统计，从1999年至2002年我国空调市场增长率均在30％以上，2015年1-9月我国家用空调产量同比增长0.95％。据统计，2016年全国电气类火灾发生31.2万余起，其中起火原因为电气的占30％，起火场所为住宅，宿舍等室内场所的占比近40％。因此，对于用电器行为的检测成为了人们热议的话题。如将用电安全监测控制集成至现有的智能家居方案中，对于人们日常生活的保障又提升了一个等级。目前对于用电行为的监测还处于大多数智能家居产品的薄弱点，针对用电行为的研究，主要有小波分析，功率识别等几种方法，小波分析对于硬件的要求比较高，且其算法复杂度也较高。功率识别方法虽然对硬件要求比较低，算法也较为简单，但其识别的精度较低。针对由于用电器故障电弧所引发的火灾，其本质就是由于产生了故障电弧，而对于故障电弧的监测，利用弧光谱对电弧进行检测，但其对光线要求较高，受光线影响较大，其次，使用数学模型的方法，这种方法只适用于理论分析，运算复杂度较高，且使用时间较长，不利于降低事故发生几率。因此，社会和市场对一种性能好、安全性高的带有用电行为监控的智能家居产品的要求也越来越高。
技术实现思路
本技术针对现有产品和技术的不足，设计了一种基于物联网的智能家居监测控制系统，包括用电器用电行为监测、环境监测、智能家居家用电器的控制以及家用线路的故障电弧监测功能。本技术采用如下技术方案实现技术目的：(1)智能家居控制技术本技术能够实现多种家电的控制及监测技术，通过对ZigBee模块以及485模块的使用，拓展了家用控制面板的功能。减少了对传统智能家居依靠布线的方案实现控制家用电器的依赖。(2)用电器智能识别技术本技术基于负载线路上电流参数的快速傅里叶变化得出的值作为用电器识别的参数。本技术的识别功能除使用快速傅里叶变化作为参考值之外，用电器的功率及类型也作为识别的参考数据。分为三步进行识别，第一步将差分出的用电器电流波形进行快速傅里叶运算，得出匹配因子；第二步找出匹配库中匹配因子相同的用电器相关数据；第三步将所筛选出来的用电器数据，通过功率的进一步筛选，并得出识别结果。(3)电弧检测技术本技术的电弧检测方式采用电弧特征中的“平肩带”进行检测，在室内线路中，线路所引发的电弧均具有该特征，检测方法为将三相电上每条线路上一个周期所采集到的电流数据进行算法分析，计算结果在一定范围内的电流波形均为故障电弧波形，加之通过大量实验验证的故障电弧在一个周期内最少产生的个数，可将线路上的故障电弧的检测准确度大幅度提高。(4)环境监测技术本技术能够综合监测室内的PM2.5指数、线路温度和噪声等环境数据。使用线温传感器作为线路温度的采集模块，采用夏普的GP2Y1010AU0F检测室内PM2.5指数，采用高灵敏度驻极体话筒及模拟放大电路来监测室内噪声强度。(5)物联网技术本技术引入了物联网技术用于实现远程监控功能，包括以太网技术，采用了单芯片快速以太网MAC控制器W5500。有益的效果：本技术为解决室内电气火灾隐患提供了一个很好的方案。它能够综合采集室内用电器类型、电弧故障等用电信息和线温、PM2.5、噪声等环境信息，实时监控室内安全状况并进行报警或自动作出应急处理。使用户在任何地方，只要有网络，就可以通过电脑浏览器或者手机APP实时查看室内的用电器信息、环境信息及故障电弧信息，并且可通过网页或手机APP对线路的通断实施控制，从而及时的控制火灾的发生。附图说明图1为本技术的电路结构图；图2(a)为本技术的单片机CPU1模块电路原理图；图2(b)为本技术的单片机CPU1晶振电路原理图；图2(c)为本技术的单片机CPU1的SWD接口电路原理图；图3(a)为本技术的单片机CPU2模块电路原理图；图3(b)为本技术的单片机CPU2晶振电路原理图；图3(c)为本技术的单片机CPU2的SWD接口电路原理图；图3(d)为本技术的两块单片机共用的复位电路原理图；图4为本技术的以太网模块电路原理图；图5为本技术的线温传感器模块电路原理图；图6为本技术的阻抗匹配电路原理图；图7为本技术的5V和3.3V电源模块电路原理图；图8为本技术的PM2.5模块电路原理图；图9为本技术的按键模块电路原理图；图10为本技术的12V和5V电源模块电路原理图；图11为本技术的12V和3.3V电源模块电路原理图；图12为本技术的电流互感器模块电路原理图；图13为本技术的继电器驱动电路原理图；图14为本技术的继电器电路原理图；图15为本技术的软件流程图。具体实施方式下面结合附图对本技术更进一步的详细说明。如图1所示，一种基于物联网的智能家居监测控制系统，包括两个CPU模块电路、四个电流互感器、网卡模块电路、十个继电器、线温传感器、485通信电路、ZigBee通信电路和PM2.5模块。由电流互感器采集用电器的电流波形数据，第一CPU1模块电路采集到电流数据后进行AD转换，量化后进行运算识别。最终将识别结果与PM2.5模块、噪声传感器、线温传感器以及第二CPU2模块电路发来的数据汇集后通过网卡实时上传至服务器，以供用户通过电脑浏览器或手机APP随时查看，并且用于通过网页或手机APP对用电线路的控制，所述的第一CPU1模块电路包括第一单片机模块电路、第一单片机晶振电路和第一单片机SWD接口电路；第二CPU2模块电路包括第二单片机模块电路、第二单片机晶振电路和第二单片机的SWD接口电路；第一CPU1模块电路和第二CPU2模块电路还包括共有的单片机复位电路；第二单片机负责与485通信电路以及ZigBee通信电路进行数据交换。如图2(a)所示，所述的第一单片机模块电路包括第一单片机U3、六个滤波电容、一个发光二极管和一个限流电阻。第一单片机U3的第10、19、20、27、37、49、74、94、99脚全部接地，第一单片机U3的第6、11、21、22、28、50、75、100脚全部3.3V电源，第四十一滤波电容C41一端接第一单片机U3的11脚，另一端接地，第四十滤波电容C40一端接第一单片机U3的21和22脚，另一端接地，第三十九滤波电容C39一端接单片机U3的28脚，另一端接地，第三十八滤波电容C38一端接第一单片机U3的50脚，另一端接地，第三十七滤波电容C37一端接第一单片机U3的75脚，另一端接地，第三十六滤波电容C36一端接第一单片机U3的100脚，另一端接地；第二限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于物联网的智能家居监测控制系统，其特征在于：包括两个CPU模块电路、四个电流互感器、网卡模块电路、十个继电器、线温传感器、485通信电路、ZigBee通信电路和PM2.5模块；由电流互感器采集用电器的电流波形数据，第一CPU1模块电路采集到电流数据后进行AD转换，量化后进行运算识别；最终将识别结果与PM2.5模块、噪声传感器、线温传感器以及第二CPU2模块电路发来的数据汇集后通过网卡实时上传至服务器，以供用户通过电脑浏览器或手机APP随时查看，并且用于通过网页或手机APP对用电线路的控制，所述的第一CPU1模块电路包括第一单片机模块电路、第一单片机晶振电路和第一单片机SWD接口电路；第二CPU2模块电路包括第二单片机模块电路、第二单片机晶振电路和第二单片机的SWD接口电路；第一CPU1模块电路和第二CPU2模块电路还包括共有的单片机复位电路；第二单片机负责与485通信电路以及ZigBee通信电路进行数据交换；所述的第一单片机模块电路包括第一单片机U3、六个滤波电容、一个发光二极管和一个限流电阻；第一单片机U3的第10、19、20、27、37、49、74、94、99脚全部接地，第一单片机U3的第6、11、21、22、28、50、75、100脚全部3.3V电源，第四十一滤波电容C41一端接第一单片机U3的11脚，另一端接地，第四十滤波电容C40一端接第一单片机U3的21和22脚，另一端接地，第三十九滤波电容C39一端接单片机U3的28脚，另一端接地，第三十八滤波电容C38一端接第一单片机U3的50脚，另一端接地，第三十七滤波电容C37一端接第一单片机U3的75脚，另一端接地，第三十六滤波电容C36一端接第一单片机U3的100脚，另一端接地；第二限流电阻R2的一端接3.3V电源，另一端接第一发光二极管LED1的阳极，第一发光二极管LED1的阴极接第一单片机U3的5脚；第一单片机U3的7、8、9、15、16、38、39、40、41、42、43、44、45、46、58、59、60、62、67、70、71、73、80、91、92、93、95、96脚悬空；所述的第一单片机晶振电路包括一个8MHz的第一晶振Y1、一个电阻R14和2个负载电容；第一晶振Y1的一端与第一单片机U3的第12脚、第十七负载电容C17的一端、第十四电阻R14的一端连接，第一晶振Y1的另一端与第一单片机U3的第13脚、第二十二负载电容C22的一端、第十四电阻R14的另一端连接，第十七负载电容C17的另一端与第二十二负载电容C22的另一端接地；所述的第一单片机SWD接口电路包括接插件SWIM；接插件SWIM的第1脚接3.3V电源，接插件SWIM的第4脚接地，接插件SWIM的第2脚与第一单片机U3的第76脚连接，接插件SWIM的第3脚与第一单片机U3的第72脚连接；所述的第一单片机U3的型号为STM32F103VCT6；所述的第二单片机模块电路包括第二单片机U9、三个滤波电容；第二单片机U9的第8、23、35、44、47脚全部接地，第二单片机U9的第1、9、24、36、48脚全部3.3V电源，第二十五滤波电容C25的另一端与第二单片机U9的第23脚连接，第二十六滤波电容C26的一端与第二单片机U9的第35脚连接，第二十七滤波电容C27的另一端与第二单片机U9的第47脚连接，第二单片机U9的第10、11、14、15、16、17、29、32、33、38、2、3、4、25、26、27、28、18、19、20、39、40、41、42、43、45、46脚悬空；所述的第二单片机晶振电路包括一个8MHz的第三晶振Y3和2个负载电容；第三晶振Y3的一端与第二单片机U9的第5脚、第四十三负载电容C43的一端连接，第三晶振Y3的另一端与第二单片机U9的第6脚、第四十四负载电容C44的一端连接，第四十三负载电容C43的另一端与第四十四负载电容C44的另一端接地；所述的第二单片机SWD接口电路包括接插件SWIM；接插件SWIM的第1脚接3.3V电源，接插件SWIM的第4脚接地，接插件SWIM的第2脚与第二单片机U9的第37脚连接，接插件SWIM的第3脚与第二单片机U9的第34脚连接；所述的第二单片机U9的型号为STM32F103VCT6；所述的第一CPU1模块电路和第二CPU2模块电路共用的复位电路包括一个电阻、一个滤波电容和一个按键；第九上拉电阻R9的一端接3.3V电源，第九上拉电阻R9的另一端与第二单片机U9的第7脚、第一单片机U3的第14脚、第十二滤波电容C12的一端、按键S2的一端连接，第十二滤波电容C12的另一端和按键RESET的另一端接地；所述的网卡模块电路包括网卡芯片、网络变压器HR911105A、一个25MHz晶振、两个负载电容、十二个滤波电容和八个限流电阻，八个上拉电阻，两个...

【技术特征摘要】
1.基于物联网的智能家居监测控制系统，其特征在于：包括两个CPU模块电路、四个电流互感器、网卡模块电路、十个继电器、线温传感器、485通信电路、ZigBee通信电路和PM2.5模块；由电流互感器采集用电器的电流波形数据，第一CPU1模块电路采集到电流数据后进行AD转换，量化后进行运算识别；最终将识别结果与PM2.5模块、噪声传感器、线温传感器以及第二CPU2模块电路发来的数据汇集后通过网卡实时上传至服务器，以供用户通过电脑浏览器或手机APP随时查看，并且用于通过网页或手机APP对用电线路的控制，所述的第一CPU1模块电路包括第一单片机模块电路、第一单片机晶振电路和第一单片机SWD接口电路；第二CPU2模块电路包括第二单片机模块电路、第二单片机晶振电路和第二单片机的SWD接口电路；第一CPU1模块电路和第二CPU2模块电路还包括共有的单片机复位电路；第二单片机负责与485通信电路以及ZigBee通信电路进行数据交换；所述的第一单片机模块电路包括第一单片机U3、六个滤波电容、一个发光二极管和一个限流电阻；第一单片机U3的第10、19、20、27、37、49、74、94、99脚全部接地，第一单片机U3的第6、11、21、22、28、50、75、100脚全部3.3V电源，第四十一滤波电容C41一端接第一单片机U3的11脚，另一端接地，第四十滤波电容C40一端接第一单片机U3的21和22脚，另一端接地，第三十九滤波电容C39一端接单片机U3的28脚，另一端接地，第三十八滤波电容C38一端接第一单片机U3的50脚，另一端接地，第三十七滤波电容C37一端接第一单片机U3的75脚，另一端接地，第三十六滤波电容C36一端接第一单片机U3的100脚，另一端接地；第二限流电阻R2的一端接3.3V电源，另一端接第一发光二极管LED1的阳极，第一发光二极管LED1的阴极接第一单片机U3的5脚；第一单片机U3的7、8、9、15、16、38、39、40、41、42、43、44、45、46、58、59、60、62、67、70、71、73、80、91、92、93、95、96脚悬空；所述的第一单片机晶振电路包括一个8MHz的第一晶振Y1、一个电阻R14和2个负载电容；第一晶振Y1的一端与第一单片机U3的第12脚、第十七负载电容C17的一端、第十四电阻R14的一端连接，第一晶振Y1的另一端与第一单片机U3的第13脚、第二十二负载电容C22的一端、第十四电阻R14的另一端连接，第十七负载电容C17的另一端与第二十二负载电容C22的另一端接地；所述的第一单片机SWD接口电路包括接插件SWIM；接插件SWIM的第1脚接3.3V电源，接插件SWIM的第4脚接地，接插件SWIM的第2脚与第一单片机U3的第76脚连接，接插件SWIM的第3脚与第一单片机U3的第72脚连接；所述的第一单片机U3的型号为STM32F103VCT6；所述的第二单片机模块电路包括第二单片机U9、三个滤波电容；第二单片机U9的第8、23、35、44、47脚全部接地，第二单片机U9的第1、9、24、36、48脚全部3.3V电源，第二十五滤波电容C25的另一端与第二单片机U9的第23脚连接，第二十六滤波电容C26的一端与第二单片机U9的第35脚连接，第二十七滤波电容C27的另一端与第二单片机U9的第47脚连接，第二单片机U9的第10、11、14、15、16、17、29、32、33、38、2、3、4、25、26、27、28、18、19、20、39、40、41、42、43、45、46脚悬空；所述的第二单片机晶振电路包括一个8MHz的第三晶振Y3和2个负载电容；第三晶振Y3的一端与第二单片机U9的第5脚、第四十三负载电容C43的一端连接，第三晶振Y3的另一端与第二单片机U9的第6脚、第四十四负载电容C44的一端连接，第四十三负载电容C43的另一端与第四十四负载电容C44的另一端接地；所述的第二单片机SWD接口电路包括接插件SWIM；接插件SWIM的第1脚接3.3V电源，接插件SWIM的第4脚接地，接插件SWIM的第2脚与第二单片机U9的第37脚连接，接插件SWIM的第3脚与第二单片机U9的第34脚连接；所述的第二单片机U9的型号为STM32F103VCT6；所述的第一CPU1模块电路和第二CPU2模块电路共用的复位电路包括一个电阻、一个滤波电容和一个按键；第九上拉电阻R9的一端接3.3V电源，第九上拉电阻R9的另一端与第二单片机U9的第7脚、第一单片机U3的第14脚、第十二滤波电容C12的一端、按键S2的一端连接，第十二滤波电容C12的另一端和按键RESET的另一端接地；所述的网卡模块电路包括网卡芯片、网络变压器HR911105A、一个25MHz晶振、两个负载电容、十二个滤波电容和八个限流电阻，八个上拉电阻，两个滤波电阻，两个耦合电容，一个耦合电感；网卡芯片型号为W5500，网络变压器型号为HR911105A；25MHz晶振的一端与网卡芯片U4的第30脚连接，25MHz晶振的另一端与网卡芯片U4的第31脚连接，25MHz晶振的一端与第十三负载电容C13的一端连接，25MHz晶振的另一端与第十四负载电容C14的一端连接，第十三负载电容C13的另一端与第十四负载电容C14的另一端接地，第十八滤波电容C18的一端与网卡芯片U4的第22脚连接，第十八滤波电容C18的另一端接地，第十九滤波电容C19的一端与网卡芯片U4的第20脚连接，第十九滤波电容C19的另一端接地，第十五滤波电容C15的一端接3.3V电源，第十五滤波电容C15的另一端接地，第十六滤波电容C16的一端接3.3V电源，第十六滤波电容C16的另一端接地，第六滤波电容C6的一端接3.3V电源，第六滤波电容C6的另一端接地，第七滤波电容C7的一端接3.3V电源，第七滤波电容C7的另一端接地，第八滤波电容C8的一端接3.3V电源，第八滤波电容C8的另一端接地，第九滤波电容C9的一端接3.3V电源，第九滤波电容C9的另一端接地，第十滤波电容C10的一端接3.3V电源，第十滤波电容C10的另一端接地，第十一滤波电容C11的一端接3.3V电源，第十一滤波电容C11的另一端接地，第二十一滤波电容C21一端接网络变压器JP的3脚，另一端接网卡芯片U4的6脚，第二十四滤波电容C24的一端接网络变压器JP的6脚，另一端接网卡芯片U4的5脚，网络变压器JP的第1脚与网卡芯片U4的第2脚连接，网络变压器JP的第2脚与网卡芯片U4的第1脚连接，网络变压器JP的第3脚与网卡芯片U4的第6脚连接，网络变压器JP的第9、12脚接3.3V电源，网络变压器JP的第6脚与网卡芯片U4的第5脚连接，网络变压器JP的第7、8脚悬空，第十二上拉电阻R12的一端与网络变压器JP的第1脚连接，第十二上拉电阻R12的另一端接3.3V电源，第十一上拉电阻R11的一端与网络变压器JP的第2脚连接，第十一上拉电阻R11的另一端接3.3V电源，第六上拉电阻R6一端接网卡芯片U4的37脚，另一端接3.3V电源，第七上拉电阻R7一端接网卡芯片U4的36脚，另一端接3.3V电源，第八上拉电阻R8一端接网卡芯片U4的32脚，另一端接3.3V电源，第二十六上拉电阻R26的一端接网卡芯片U4的45脚，另一端接3.3V电源，第二十七上拉电阻R27的一端接网卡芯片U4的44脚，另一端接3.3V电源，第二十八上拉电阻R28的一端接网卡芯片U4的43脚，另一端接3.3V电源，网络变压器JP的第10脚与网卡芯片U4的第27脚连接，网络变压器JP的第11脚与网卡芯片U4的第25脚连接，第十九滤波电阻R19的一端与网卡芯片U4的第1脚连接，第二十二滤波电阻R22的一端与网卡芯片U4的第5脚连接，第十九滤波电阻R19的另一端、第二十二滤波电阻R22的另一端与第二十三耦合电容C23的一端连接，第二十三耦合电容C23的另一端接地，网卡芯片U4的第3、9、14、16、19、29、48脚接地，网卡芯片U4的第32、33、34、35、36、37脚依次与第一单片机U3的第34、30、31、32、29、33连接，网卡芯片U4的第4、8、11、15、17、21接3.3V电源，网卡芯片U4的第7、12、13、18、24、46、47脚悬空；第十六限流电阻R16的一端接网络芯片U4的23脚，第十六限流电阻R16的另一端接地，第十八限流电阻R18的一端接网络芯片U4的38脚，第十八限流电阻R18的另一端接地，第二十限流电阻R20的一端接网络芯片U4的39脚，第二十限流电阻R20的另一端接地，第二十一限流电阻R21的一端接网络芯片U4的40脚，第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：周磊，付天昊，赵琪，袁博，
申请(专利权)人：杭州华炳电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33