一种基于端云架构的旧城社区智慧电力监控系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于端云架构的旧城社区智慧电力监控系统，本实用新型专利技术包括一个CPU模块电路、两个电流互感器、以太网模块电路、两个继电器、温度模块电路、噪声检测电路、LED指示灯电路、蜂鸣器电路、拨码开关电路和PM2.5模块电路；本实用新型专利技术可以解决有效的解决旧城区中室内的电气火灾隐患，通过采集室内的环境信息以及用电信息，进行实时分析和监控室内安全状况，当出现安全隐患时，会自动进行报警或者自动实行应急措施。

【技术实现步骤摘要】
一种基于端云架构的旧城社区智慧电力监控系统
本专利技术属于电子通信领域，具体涉及一种基于端云架构的旧城社区智慧电力监控系统。
技术介绍
随着经济的发展，家用电器的普及，室内使用的用电器种类和数量大幅增加，用电量也相应的猛增，但是旧城社区的供电线路大多都为上个世纪建设，大多供电线路老化现象严重，并且旧城社区的私接线路现象严重、木质易燃物也较多，使得旧城社区极易发生火灾，又因当前电动力的车辆的普及，对用电系统的负荷冲击十分之大，极易在旧城社区造成危险，因此需要对旧城区的电力进行管控。然而目前市面上只有断路器、空气开关等这些电路保护装置，这些电路保护装置只能在线路发生短路、电流过载时切断线路，这样只是很粗暴地解决即时性安全问题，但无法找出问题的根本原因，无法很好的预防旧城区因供电线路老化现象严重，私接线路而导致的电气火灾问题，并且旧城区的线路极其复杂，而用电分析可以有效的监测家庭中的用电情况并且可以避免旧城中因给电动力的车辆充电或者其他不规范用电而引起电路过流、过载及故障电弧等安全隐患，此外，通过用电数据分析可以对获知用电习惯和用电规律，进而可以对用电进行精细化管理实现节能。因而需要一种带有用电行为分析且安装简便的用电安全保护设备。随着传感器技术的发展，各种各样的环境检测装置也开始陆续出现在普通家庭中，通过用电信息结合环境信息的综合分析可以更精准化避免火灾而造成的大量损失。然而在目前的市场上并没有将环境检测以及用电性行为分析相结合进行监控电力系统的设备，因此需要将包含用电检测的用电安全保护装置和环境检测集成到一款电力监控系统中是市场上需要的。
技术实现思路
本专利技术针对当前市面上的电路保护装置的不足以及配电物联网的潮流，设计了一种基于端云架构的旧城社区智慧电力监控系统，其功能包含用电行为检测、环境信息检测、线路故障电弧检测、线路通断控制等功能。本专利技术一种基于端云架构的旧城社区智慧电力监控系统，包括一个CPU模块电路、两个电流互感器、以太网模块电路、两个继电器、温度模块电路、噪声检测电路、LED指示灯电路、蜂鸣器电路、拨码开关电路和PM2.5模块。整个电力监控系统的工作流程为：将周围的环境数据通过线温感器、噪声传感器以及PM2.5模块采集并发送到单片机模块；两个电流互感器将电器的电流波形数据发送给单片机模块，再由单片机模块进行AD转换，然后将转换后的用电信息数据进行汇总最后通过网卡发送到云端。经过云端的数据处理后，用户即通过网页端、手机APP端或者微信小程序进行查看实时数据，也可以通过网页端、手机APP端或者微信小程序进行反向控制电路的通断。所述的CPU模块电路包括单片机模块电路、单片机的晶振电路、单片机的SWD接口电路、单片机的三组串口电路和单片机的复位电路。本专利技术采用如下技术方案实现专利技术目的：(1)用电器智能识别技术本专利技术使用霍尔传感器获得线路上的电流波形数据，通过计算得到电流参数和功率，再将电流参数进行快速傅里叶变换，获得用电器识别参数。具体可以分为三个步骤，第一步先将差分后的电流波形进行快速傅里叶变换，从而获得匹配因子；第二步再从用电器的数据库中匹配出匹配因子相同的用电器数据；第三步将第二步获取的所有用电器数据进一步通过功率因子进行排除，最后得到识别的结果。(2)故障电弧检测技术本专利技术的故障电弧检测技术采用的是普遍使用的电弧特征中的“平肩带”识别。具体检测方法为通过在交流电路上进行周期性采集到的电流波形进行计算分析，得到在某一范围中的波形为故障电路，并通过大量使用的验证，可以进一步提高故障电弧检测的精准度。(3)环境信息检测技术本专利技术能够实时监测室内的PM2.5指数、环境噪声和线路温度等环境的数据，采用夏普GP2Y1010AU0F传感器模块、高灵敏度驻极体及模拟放大电路分别采集室内PM2.5指数、噪声强度，采用线温传感器采集当前线路的实时温度。(4)线路通断控制技术本专利技术能够实现了家用线路的通断，通过继电器模块电路进行家用线路的通断控制。(5)物联网技术本专利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。本专利技术可以解决有效的解决旧城区中室内的电气火灾隐患，通过采集室内的环境信息以及用电信息，进行实时分析和监控室内安全状况，当出现安全隐患时，会自动进行报警或者自动实行应急措施。屋主可以通过网络访问网页、手机app或者微信小程序进行远程查看当前房屋的用电信息及环境信息，若发现异常则可以通过网页、手机app或者微信小程序进行远程报警，甚至当线路出现问题可以对线路进行通断控制，从而及时的控制火灾的发生。附图说明图1为本专利技术的电力监控系统框架图；图2(a)为本专利技术的单片机模块电路原理图；图2(b)为本专利技术的单片机晶振电路原理图；图2(c)为本专利技术的单片机的SWD接口电路图2(d)为本专利技术的单片机的串口电路原理图；图2(e)为本专利技术的单片机的复位电路原理图；图3为本专利技术的以太网模块电路原理图；图4为本专利技术的拨码开关电路原理图；图5为本专利技术的蜂鸣器电路原理图；图6为本专利技术的LED指示灯电路原理图；图7为本专利技术的温度模块电路电路原理图；图8为本专利技术的噪声检测电路原理图；图9为本专利技术的PM2.5模块电路原理图；图10为本专利技术的3.3V及5V电源模块电路原理图；图11为本专利技术的电流互感器模块电路原理图；图12为本专利技术的5V转2.5V电路原理图；图13为本专利技术的继电器模块电路原理图；图14为本专利技术的工作流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术更进一步的详细说明。如图1所示，一种基于端云架构的旧城社区智慧电力监控系统，包括一个CPU模块电路、两个电流互感器、以太网模块电路、两个继电器、温度模块电路、噪声检测电路、LED指示灯电路、蜂鸣器电路、拨码开关电路和PM2.5模块。整个电力监控系统的工作流程为：将周围的环境数据通过线温感器、噪声传感器以及PM2.5模块采集并发送到单片机模块；两个电流互感器将电器的电流波形数据发送给单片机模块，再由单片机模块进行AD转换，然后将转换后的用电信息数据进行汇总最后通过网卡发送到云端。经过云端的数据处理后，用户即通过网页端、手机APP端或者微信小程序进行查看实时数据，也可以通过网页端、手机APP端或者微信小程序进行反向控制电路的通断。所述的CPU模块电路包括单片机模块电路、单片机的晶振电路、单片机的SWD接口电路、单片机的三组串口电路和单片机的复位电路。如图2(a)所示，为单片机模块电路，包括型号为STM32F103VCT6的单片机U3、第三十六滤波电容C36、第三十七滤波电容C37、第三十八滤波电容C38、第三十九滤波电容C39、第四十滤波电容C40、第四十一滤波电容C41和三路灯控电路。单片机U3的第4、5、7、8、9、16、38、39、40、41本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于端云架构的旧城社区智慧电力监控系统，其特征在于：包括一个CPU模块电路、两个电流互感器、以太网模块电路、两个继电器、温度模块电路、噪声检测电路、LED指示灯电路、蜂鸣器电路、拨码开关电路和PM2.5模块电路；/n所述的CPU模块电路包括单片机模块电路、单片机的晶振电路、单片机的SWD接口电路、单片机的三组串口电路和单片机的复位电路；/n其中单片机模块电路，包括型号为STM32F103VCT6的单片机U3、第三十六滤波电容C36、第三十七滤波电容C37、第三十八滤波电容C38、第三十九滤波电容C39、第四十滤波电容C40、第四十一滤波电容C41和三路灯控电路；/n单片机U3的第4、5、7、8、9、16、38、39、40、41、42、43、44、45、46、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、70、71、73、80、89、90、91、92、95、96、97、98、99引脚悬空；第10、19、20、22、27、37、49、74、94、99引脚与地相连接；第6、11、21、22、28、50、75、100引脚与3.3V的电源相连；第四十一滤波电容C41的一端接单片机U3的11引脚，另一端接地，第四十滤波电容C40一端接单片机U3的21和22引脚，另一端接地，第三十九滤波电容C39一端接单片机U3的28引脚，另一端接地，第三十八滤波电容C38一端接单片机U3的50引脚，另一端接地，第三十七滤波电容C37一端接单片机U3的75引脚，另一端接地，第三十六滤波电容C36一端接单片机U3的100引脚，另一端接地；其中三路灯控电路包括第零限流电阻R0、第三限流电阻R3、第五限流电阻R5、第一发光二极管DR、第二发光二极管DB和第三发光二极管DG；第零限流电阻R0的一端、第三限流电阻R3的一端和第五限流电阻R5接3.3V电源；第零限流电阻R0的另一端接第一发光二极管DR的阳极；第三限流电阻R3的一端接第二发光二极管DB的阳极；第五限流电阻R5的另一端接第三发光二极管DG的阳极；第一发光二极管DR的阴极接单片机U3的3引脚；第二发光二极管DB的阴极接单片机U3的2引脚；第三发光二极管DG的阴极接单片机U3的1引脚；/n单片机的晶振电路，包括第十七负载电容C17、第二十二负载电容C22、第十四电阻R14和8MHz的晶振Y1；/n晶振Y1的2引脚、第十七负载电容C17的一端和第十四电阻R14的一端都与单片机U3的第12引脚相连接；晶振Y1的1引脚、第二十二负载电容C22的一端和第十四电阻R14的另一端都与单片机U3的第13引脚相连接；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；/n单片机的SWD接口电路，包括接插件SWD，其包含四个信号接口：一根3.3V电源线、一根地线、一根串行数据线以及一根串行时钟线；接插件SWD的第1引脚与3.3V电源相连，第2引脚与单片机U3的第76引脚连接，第3引脚与单片机的第72引脚连接，第四引脚接地；/n单片机的三组串口电路，包括第二串口JP2、第三串口JP3和第四串口JP4；每一组串口电路包含一根3.3V电源、一根地线、一根串口发送线以及一根串口接收线；/n第二串口JP2的第1引脚与3.3V电源相连，第2引脚与单片机U3的第69引脚相连，第3引脚与单片机U3的第68引脚相连，第4引脚与地线连接；第三串口串口的第1引脚与3.3V电源相连，第2引脚与单片机U3的第48引脚相连，第3引脚与单片机U3的第47引脚相连，第4引脚与地线连接；第四串口JP4的第1引脚与3.3V电源相连，第2引脚与单片机U3的第79引脚相连，第3引脚与单片机U3的第78引脚，第4引脚与地线连接；/n单片机的复位电路，包括一个复位开关RESET1、第一电容C1和第三十四电阻R34；复位开关RESET1的一端和第一电容C1的一端与地线相连；复位开关RESET1的另一端、第一电容C1的另一端和第三十四电阻R34的一端都与单片机U3的第14引脚相连，第三十四电阻R34的另一端与3.3V电源线相连；/n以太网模块电路，包括型号为W5500的网卡芯片U4、型号为HR911105A的网络变压器JP、25MHz的晶振Y2、第十三负载电容C3、第十四负载电容C14、第六滤波电容C6、第七滤波电容C7、第八滤波电容C8、第九滤波电容C9、第十滤波电容C10、第十一滤波电容C11、第十八滤波电容C18、第十九滤波电容C19、第二十滤波电容C20、第二十一滤波电容C21、第二十三滤波电容C23、第二十四滤波电容C24、第十五电容C15、第十六电容C16、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十三电阻R23、第二十...

【技术特征摘要】
1.一种基于端云架构的旧城社区智慧电力监控系统，其特征在于：包括一个CPU模块电路、两个电流互感器、以太网模块电路、两个继电器、温度模块电路、噪声检测电路、LED指示灯电路、蜂鸣器电路、拨码开关电路和PM2.5模块电路；
所述的CPU模块电路包括单片机模块电路、单片机的晶振电路、单片机的SWD接口电路、单片机的三组串口电路和单片机的复位电路；
其中单片机模块电路，包括型号为STM32F103VCT6的单片机U3、第三十六滤波电容C36、第三十七滤波电容C37、第三十八滤波电容C38、第三十九滤波电容C39、第四十滤波电容C40、第四十一滤波电容C41和三路灯控电路；
单片机U3的第4、5、7、8、9、16、38、39、40、41、42、43、44、45、46、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、70、71、73、80、89、90、91、92、95、96、97、98、99引脚悬空；第10、19、20、22、27、37、49、74、94、99引脚与地相连接；第6、11、21、22、28、50、75、100引脚与3.3V的电源相连；第四十一滤波电容C41的一端接单片机U3的11引脚，另一端接地，第四十滤波电容C40一端接单片机U3的21和22引脚，另一端接地，第三十九滤波电容C39一端接单片机U3的28引脚，另一端接地，第三十八滤波电容C38一端接单片机U3的50引脚，另一端接地，第三十七滤波电容C37一端接单片机U3的75引脚，另一端接地，第三十六滤波电容C36一端接单片机U3的100引脚，另一端接地；其中三路灯控电路包括第零限流电阻R0、第三限流电阻R3、第五限流电阻R5、第一发光二极管DR、第二发光二极管DB和第三发光二极管DG；第零限流电阻R0的一端、第三限流电阻R3的一端和第五限流电阻R5接3.3V电源；第零限流电阻R0的另一端接第一发光二极管DR的阳极；第三限流电阻R3的一端接第二发光二极管DB的阳极；第五限流电阻R5的另一端接第三发光二极管DG的阳极；第一发光二极管DR的阴极接单片机U3的3引脚；第二发光二极管DB的阴极接单片机U3的2引脚；第三发光二极管DG的阴极接单片机U3的1引脚；
单片机的晶振电路，包括第十七负载电容C17、第二十二负载电容C22、第十四电阻R14和8MHz的晶振Y1；
晶振Y1的2引脚、第十七负载电容C17的一端和第十四电阻R14的一端都与单片机U3的第12引脚相连接；晶振Y1的1引脚、第二十二负载电容C22的一端和第十四电阻R14的另一端都与单片机U3的第13引脚相连接；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；
单片机的SWD接口电路，包括接插件SWD，其包含四个信号接口：一根3.3V电源线、一根地线、一根串行数据线以及一根串行时钟线；接插件SWD的第1引脚与3.3V电源相连，第2引脚与单片机U3的第76引脚连接，第3引脚与单片机的第72引脚连接，第四引脚接地；
单片机的三组串口电路，包括第二串口JP2、第三串口JP3和第四串口JP4；每一组串口电路包含一根3.3V电源、一根地线、一根串口发送线以及一根串口接收线；
第二串口JP2的第1引脚与3.3V电源相连，第2引脚与单片机U3的第69引脚相连，第3引脚与单片机U3的第68引脚相连，第4引脚与地线连接；第三串口串口的第1引脚与3.3V电源相连，第2引脚与单片机U3的第48引脚相连，第3引脚与单片机U3的第47引脚相连，第4引脚与地线连接；第四串口JP4的第1引脚与3.3V电源相连，第2引脚与单片机U3的第79引脚相连，第3引脚与单片机U3的第78引脚，第4引脚与地线连接；
单片机的复位电路，包括一个复位开关RESET1、第一电容C1和第三十四电阻R34；复位开关RESET1的一端和第一电容C1的一端与地线相连；复位开关RESET1的另一端、第一电容C1的另一端和第三十四电阻R34的一端都与单片机U3的第14引脚相连，第三十四电阻R34的另一端与3.3V电源线相连；
以太网模块电路，包括型号为W5500的网卡芯片U4、型号为HR911105A的网络变压器JP、25MHz的晶振Y2、第十三负载电容C3、第十四负载电容C14、第六滤波电容C6、第七滤波电容C7、第八滤波电容C8、第九滤波电容C9、第十滤波电容C10、第十一滤波电容C11、第十八滤波电容C18、第十九滤波电容C19、第二十滤波电容C20、第二十一滤波电容C21、第二十三滤波电容C23、第二十四滤波电容C24、第十五电容C15、第十六电容C16、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第十电阻R10、第六上拉电阻R6、第七上拉电阻R7、第八上拉电阻R8、第十一上拉电阻R11、第十二上拉电阻R12、第二十六上拉电阻R26、第二十七上拉电阻R27、第二十八上拉电阻28、第十九滤波电阻R19、第二十二滤波电阻R22和第二耦合电感L2；
网卡芯片U4的第4引脚和第六滤波电容C6的一端接3.3V电源，第六滤波电容C6的另外一端接地线；网卡芯片U4的第8引脚和第七滤波电容C7的一端接3.3V电源，第七滤波电容C7的另外一端接地线；网卡芯片U4的第11引脚和第八滤波电容C8的一端接3.3V电源，第八滤波电容C8的另外一端接地线，网卡芯片U4的第15引脚和第九滤波电容C9的一端接3.3V电源，第九滤波电容C9的另外一端接地线；网卡芯片U4的第17引脚和第十滤波电容C10的一端接3.3V电源，第十滤波电容C10的另外一端接地线；网卡芯片U4的第21引脚和第十一滤波电容C11的一端接3.3V电源及，第十一滤波电容C11的另外一端接地线，网卡芯片U4的第7、12、13、18、24、26、46、47引脚悬空；网卡芯片U4的第22引脚接第十八滤波电容C18的一端，第十八滤波电容C18的另外一端接地线；网卡芯片U4的第20引脚接第十九滤波电容C19的一端，第十九滤波电容C19的另外一端接地线；网卡芯片U4的第10引脚接第十五电阻R15的一端，第十五电阻R15的另一端接地；网卡芯片U4的第23引脚接第十六电阻R16的一端，第十六电阻R16的另一端接地；网卡芯片U4的第38引脚接第十八电阻R18的一端，第十八电阻R18的另一端接地；网卡芯片U4的第39引脚接第二十电阻R20的一端，第二十电阻R20的另一端接地；网卡芯片U4的第40引脚接第二十一电阻R21的一端，第二十一电阻R21的另一端接地；网卡芯片U4的第41引脚接第二十三电阻R23的一端，第二十三电阻R23的另一端接地；网卡芯片U4的第42引脚接第二十四电阻R24的一端，第二十四电阻R24的另一端接地；网卡芯片U4的第3、9、14、16、19、48引脚接地；
网卡芯片U4的第37引脚接第六上拉电阻R6的一端和单片机U3的第33引脚，第六上拉电阻R6的另外一端接3.3V电源；网卡芯片U4的第36引脚接第七上拉电阻R7的一端和单片机U3的第29引脚，第七上拉电阻R7的另外一端接3.3V电源；网卡芯片U4的第35引脚与单片机U3的第32引脚相连；网卡芯片U4的第34引脚与单片机U3的第31引脚相连；网卡芯片U4的第33引脚与单片机U3的第30引脚相连；网卡芯片U4的第32引脚接第八上拉电阻R8的一端和单片机U3的第34引脚，第八上拉电阻R8的另外一端接3.3V电源；网卡芯片的31引脚与第十电阻R10的一端、晶振Y2的一端、第十三负载电容C13的一端相连，网卡芯片U4的第32引脚与第十电阻R10的另一端、25MHz晶振的另一端、第十四负载电容C14的一端相连，第十三负载电容C13的另一端与第十四负载电容C14的另一端相连后接地；网卡芯片U4的第29引脚、第十五电容C15的一端和第十六电容的一端接地；网卡芯片U4的第28引脚、第十五电容C15的另一端和第十六电容C16的另一端接3.3V电源；网卡芯片U4的第2引脚与第十二上拉电阻R12的一端、网络变压器JP的第1引脚相连，第十二上拉电阻R12的另一端接3.3V电源；网卡芯片U4的第1引脚与第十一上拉电阻R11的一端、网络变压器JP的第2引脚相连，第十一上拉电阻R11的另一端接3.3V电源；网卡芯片U4的第6引脚与第十九滤波电阻R19的一端、第二十一滤波电容C21的一端相连接，第十九滤波电阻R19的另一端接网络变压器JP的第5脚和第二十三滤波电容C23的一端，第二十三滤波电容C23的另一端接地，第二十一滤波电容C21的另一端接网络变压器JP的第3脚；网卡芯片U4的第5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李屏，周磊，万荣贵，张迪，何迎翔，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，杭州华炳电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33