一种基于ZigBee协议的电能采集及环境感知节点设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于ZigBee协议的电能采集及环境感知节点设备，包括电能采集及环境感知节点设备、远程服务器端和市电设备和用电设施，其特征在于：所述的电能采集及环境感知节点设备外壳为插座结构，电能采集及环境感知节点设备外壳还包括连接市电的插头，市电设备和用电设施连接到电能采集及环境感知节点设备电器用的插口；电路板安装在电能采集及环境感知节点设备内部；解决传统用户无法对电能信息进行完整的分析等缺点，无法为供电部门提供用电分析与预测的数据依据，不能在电量用度控制、供电单位与用户的交互等方面提供便利，无法满足日益发展的社会用电需求的问题。

An electrical energy acquisition and environment aware node device based on ZigBee protocol

The utility model discloses a ZigBee protocol electric energy acquisition and environmental sensing node based equipment, including electric energy acquisition and environmental sensing node equipment, remote server and electric equipment and electric equipment, which is characterized in that the electric energy acquisition and environment aware node equipment shell for electric socket structure. Energy and environment perception acquisition node device also comprises a connecting shell electrical plug, electric equipment and power facilities connected to the electric energy acquisition and environment perception node device for electric appliance socket; the circuit board is installed in the electric energy acquisition and environment aware node equipment; users can not solve the traditional power information analysis etc. disadvantages of complete, unable to provide electricity analysis and forecast data for the power supply department can provide convenience in electricity cost control, power supply units and user interaction, no Law to meet the growing demand for electricity in society.

【技术实现步骤摘要】
一种基于ZigBee协议的电能采集及环境感知节点设备
本技术涉及一种电能采集及环境感知节点设备，尤其涉及一种基于ZigBee协议的电能采集及环境感知节点设备,属于电能质量监测领域。
技术介绍
随着社会经济快速发展，电力需求量持续增加，而电力供需形势却持续紧张，用电形势十分严峻。为此，根据我国国情，电力行业制定了坚强智能电网发展规划。随着智能电网的发展，为了更好的服务用户，需要提供更加精确和实时的电能能耗监测。节点实物设计成插座形式，完成了对用户侧电能的实时监测。系统精度高、稳定性好，为用户选择用电行为提供一个有利的参考。目前，电监测设备往往只能记录总用电量，并不能掌握用电设备实时的用电情况。传统的方式为国内大多数家庭和企业安装使用的单相式电子式电能表计量，但其显示界面小，信息存储量也小，处理能力有限，可操作性差，只能读出用户每月的总用电量，用户无法对电能信息进行完整的分析等缺点，无法为供电部门提供用电分析与预测的数据依据，不能在电量用度控制、供电单位与用户的交互等方面提供便利，无法满足日益发展的社会用电需求。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种基于ZigBee协议的电能采集及环境感知节点设备，利用一种基于ZigBee协议的电能采集及环境感知节点设备解决传统的方式为国内大多数家庭和企业安装使用的单相式电子式电能表计量，但其显示界面小，信息存储量也小，处理能力有限，可操作性差，只能读出用户每月的总用电量，用户无法对电能信息进行完整的分析等缺点，无法为供电部门提供用电分析与预测的数据依据，不能在电量用度控制、供电单位与用户的交互等方面提供便利，无法满足日益发展的社会用电需求的问题。本技术采用的技术方案为一种基于ZigBee的电能采集及环境感知节点设备，包括电能采集及环境感知节点设备、远程服务器端和市电设备和用电设施，所述的电能采集及环境感知节点设备外壳为插座结构，电能采集及环境感知节点设备外壳还包括连接市电的插头，市电设备和用电设施连接到电能采集及环境感知节点设备电器用的插口；电路板安装在电能采集及环境感知节点设备内部。所述的电路板包括电能采集电路板和TelosB电路板，电能采集模板与TelosB电路板连接。所述的电能采集模块上集成电能计量模块和电源模块，电能计量模块与用户负载连接；电源模块通过感应线圈给电能采集模块供电，所述的电能采集模块输出信号连接到电能计量模块，电能计量模块的电源由电源模块提供。所述的TelosB电路板上集成MCU、温湿光测量模块、无线收发模块和串口调试模块，所述的MCU分别和温湿光测量模块、电能计量模块、无线收发模块、串口调试模块连接，MCU电源由电源模块提供。利用本技术的技术方案，只需将节点模盒插入带电的电源插口，模盒内的电源模块就把市电转化为直流电，为电能计量模块供电，电能计量模块负责采集用电器的电压、电流、有功功率和用电量四组数据，采用ZigBee协议的方式将数据从模盒内的无线发送模块发送到远程服务器端，即可实现对用电用户的电压、电流、有功功率和用电量四组数据准确采集和实时发送，只需通过服务器端的监测系统就可实时采集用户的用电状况，并对所有采集到的信息进行综合分析。本技术的电路板包括电能采集电路板和TelosB电路板，电能采集模板与TelosB电路板连接，采用集成的方式大大减小了模块单独布置的空间，使得模盒所需的体积更小，更易安装。本技术的电能采集模块上集成电能计量模块和电源模块，电能计量模块与用户负载连接；电源模块通过感应线圈给电能采集模块供电，所述的电能采集模块输出信号连接到电能计量模块，电能计量模块的电源由电源模块提供，采用集成的方式大大减小了模块单独布置的空间，使得模盒所需的体积更小，更易安装。本技术的TelosB电路板上集成MCU、温湿光测量模块、无线收发模块和串口调试模块，所述的MCU分别和温湿光测量模块、电能计量模块、无线收发模块、串口调试模块连接，MCU电源由电源模块提供，采用集成的方式大大减小了模块单独布置的空间，使得模盒所需的体积更小，更易安装。综上所述，利用一种基于ZigBee协议的电能采集及环境感知节点设备可以解决传统的方式为国内大多数家庭和企业安装使用的单相式电子式电能表计量，但其显示界面小，信息存储量也小，处理能力有限，可操作性差，只能读出用户每月的总用电量，用户无法对电能信息进行完整的分析等缺点，无法为供电部门提供用电分析与预测的数据依据，不能在电量用度控制、供电单位与用户的交互等方面提供便利，无法满足日益发展的社会用电需求的问题。附图说明图1为本技术系统示意图图；图2为本技术外观正视图；图3为本技术外观侧视图。具体实施方式下面对技术进行进一步介绍。如图1～3所示，一种基于ZigBee的电能采集及环境感知节点设备，包括电能采集及环境感知节点设备、远程服务器端和市电设备和用电设施，电能采集及环境感知节点设备外壳为插座结构，电能采集及环境感知节点设备外壳还包括连接市电的插头，市电设备和用电设施连接到电能采集及环境感知节点设备电器用的插口；电路板安装在电能采集及环境感知节点设备内部。将电源模块将市电输入转换为直流电输出，用电器与电能采集模块连接，电能采集模块与电能计量模块的正、负模拟输入引脚连接，电能计量模块与电源模块的输出端连接，MCU与电源模块的输出端连接，电能计量模块的异步通信端口和MCU连接，温湿光测量模块的输出端与MCU连接，无线发收模块的输入端与MCU连接，串口调试模块的输出端与MCU连接。本技术的模盒可采用金属模盒或塑料模盒，模盒外观可为方形，也可为圆形以及其它任何外形，本实施例采用塑料外壳，外形采用方形外盒。本技术采用的电源模块(集成在电能采集电路板上)为基于ZigBee协议的电能及环境信息采集节点主要是面向室内用电器，做成插座的样式，因此设计利用AC220V/50HZ交流供电。硬件电路中电源模块需要输出DC3.3V，DC5V。电流通过变压器变压和二极管整流后，进入7805三端稳压集成电路，输出直流5V，再经过SP1117-3.3三端稳压芯片提供直流3.3V。本技术采用的电能采集模块和计量模块(集成在电能采集电路板上)采用电能计量芯片RN8209G，它是深圳锐能微科技有限公司生产的一款能够测量有功功率、有功能量，并能同时提供电流有效值、电压有效值、频率、过零中断等的芯片。RN8209G功耗很低，典型值为32mW。使用DC5V电源供电，内部包含有电源监测电路，当电源电压低于4V±0.1V时芯片被复位，当电源电压高于4.3V±0.1V时芯片正常工作。内部电源监控电路的作用是保证上电和断电时，芯片的可靠工作。在正常工作时，电源电压波动不应该超过±0.3V。RN8209G提供两路电流和一路电压有效值测量，包括三路ADC，分别用来对相线电流、零线电流和电压进行采样。测量误差很小：电流和电压在400:1动态范围内，有效值误差<0.5％，有功电能和无功电能误差在1500:1范围内<0.1％。RN8209G使用UART通用异步串行口与微控制器MCU通信，TX发送，RX接收。支持全数字的增益、相位和offset校正。有功、无功电能脉冲分别从PF、QF管脚输出。MC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ZigBee协议的电能采集及环境感知节点设备，包括电能采集及环境感知节点设备、远程服务器端、市电设备和用电设施，其特征在于：所述的电能采集及环境感知节点设备外壳为插座结构；所述的电能采集及环境感知节点设备通过无线方式与远程服务器端连接，电能采集及环境感知节点设备分别与市电设备以及用电设施连接；电能采集及环境感知节点设备外壳还包括连接市电的插头，市电设备和用电设施连接到电能采集及环境感知节点设备电器用的插口；电能采集及环境感知节点设备内部安装有电路板。

【技术特征摘要】
1.一种基于ZigBee协议的电能采集及环境感知节点设备，包括电能采集及环境感知节点设备、远程服务器端、市电设备和用电设施，其特征在于：所述的电能采集及环境感知节点设备外壳为插座结构；所述的电能采集及环境感知节点设备通过无线方式与远程服务器端连接，电能采集及环境感知节点设备分别与市电设备以及用电设施连接；电能采集及环境感知节点设备外壳还包括连接市电的插头，市电设备和用电设施连接到电能采集及环境感知节点设备电器用的插口；电能采集及环境感知节点设备内部安装有电路板。2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee协议的电能采集及环境感知节点设备，其特征在于：所述的电路板包括电能采集电路板和TelosB电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：康欢，李倩，刘畅，王恩伟，曹晋源，张爱梅，刘波，罗刚，董玛兰莹，熊波，王枫，吴涛，何玉琳，严文晴，汪浩，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司贵阳供电局，
类型：新型
国别省市：贵州,52