一种智能配电柜系统的制作方法

本发明属于智能配电柜控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种智能配电柜系统。

背景技术：

迈入新世纪以来，人们更加注意用电的便利性。通常，如果我们需要打开/关闭一个继电器，需要进行手动开/关，显然，这并不能满足人们对用电便利性的需求。经过调查，人们往往希望通过更加便利的方式对继电器进行开/关。目前的配电柜，是无法满足人们对用电便利性的需求的。此外，人们还希望方便地看到配电柜及其下继电器的一些电参数比如电压、电流、用电量等等；并且，人们对于用电安全也报有更高的期望。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能配电柜系统，对配电柜进行分区域集中监控，达到集监测、集中控制、故障实报的目标。

为实现上述发明目的，本发明一种智能配电柜系统，其特征在于，包括：

手机移动端(android/ios)应用，包括添加设备模块、配电柜数据显示模块、配电柜控制模块；

所述的添加设备模块用于用户添加想要监控的配电柜；具体流程为：用户使用手机移动端应用扫描配电柜，手机移动端应用通过解析二维码获得该配电柜下所有继电器的id，根据密码对照表计算出各继电器的控制密码，再以继电器id-继电器控制密码的格式记录在本地，当每成功添加一个配电柜后，会在手机移动端应用界面显示出该配电柜的图标；最后手机移动端应用向云服务端订阅需要监控的配电柜故障信息，订阅主题为配电柜id；

所述的配电柜数据显示模块，用于向用户提供查询配电柜的数据；

所述的配电柜控制模块，用于用户向配电柜下的各个继电器发送控制指令；

云服务端，包括数据/指令接收模块、数据/指令处理模块、指令转发模块、继电器故障推送模块；

所述的数据/指令接收模块用于从各网关接收其下各配电柜的实时数据，以及从各手机移动端应用接收继电器控制指令；

所述的数据/指令处理模块用于在云服务端接收到最新配电柜数据时，将本地缓存中的数据存储至数据库，再将最近数据经解析后放在本地缓存供手机移动端应用查询；

所述的指令转发模块用于向网关转发来自手机移动端应用的继电器控制指令；

所述的继电器故障推送模块用于向手机移动端应用推送正在监控的配电柜下继电器故障信息；

云服务端定时向已建立连接的所有网关发送数据索求指令，网关接到来自云服务端的数据索求指令后，向云服务端返回其下所有配电柜的实时数据，数据/指令接收模块接收实时数据，同时，数据/指令接收模块接收来自手机移动端应用的各类控制指令；接着，数据/指令处理模块解析出指令中的目标继电器id，判断出该继电器所属的配电柜id，查询数据库中的配电柜信息表得出配电柜所属的网关ip，然后解析出指令内容，再将指令按照目标网关ip-指令内容的形式放入指令队列中，指令转发模块中的程序按照先进先出的顺序从指令队列中逐一取出指令发送给目标网关；最后，继电器故障推送模块将正在监控的配电柜下的继电器的故障信息推送给手机移动端应用；

网关，主要用于向配电柜索求数据并保存、转发云服务端的指令，并在云服务端索求数据时将数据上传至云服务端；

所述的配电柜，由一个终端模块、若干开关模块和若干继电器组成；终端模块主要用于收集继电器状态数据，并在网关索求数据时将数据上传至网关，并暂存、向开关模块转发来自网关的指令；开关模块和继电器一一对应，主要用于实时监测当前数据，并在终端模块索求数据时将数据上传至终端模块，在终端下发指令时及时控制继电器动作并向终端模块作出回应；

智能配电柜系统的具体工作流程为：由手机移动端应用经以太网通过云服务端向负责各个区域的网关发送控制指令，再由各网关将控制指令通过自组网转发给该区域内的配电柜，配电柜接收到控制指令后，最终向开关下发指令，开关在执行指令的同时，还将自身的状态数据经配电柜发送至负责该区域的网关；网关接收到来自云服务端的数据所求指令后，将配电柜数据发送给云服务端，云服务端接收到配电柜数据后，先将故障信息分拣出来推送给负责监控该继电器的手机移动端应用，再将现有的本地缓存配电柜数据作为历史状态数据存放在数据库中，最后将最近的配电柜数据存放于本地缓存中，由手机移动端应用在用户需要时向云服务端查询状态数据并显示在相应的界面上供用户查看。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明一种智能配电柜系统，由手机移动端应用经以太网通过云服务端向负责各个区域的网关发送控制指令，再由各网关将控制指令通过自组网转发给该区域内的配电柜，配电柜硬件电路接收到控制指令后，最终向开关模块下发指令；开关硬件电路在执行指令的同时，还要将自身的状态数据经配电柜发送至负责该区域的网关，网关接收到来自云服务端的数据所求指令后，将终端状态数据发送给云服务端，云服务端接收到状态数据后，先将故障信息分拣出来推送给负责监控该继电器的移动端手机应用，再将现有的本地缓存数据作为历史状态数据存放在数据库中，最后将最近的状态数据存放于本地缓存中，由手机移动端应用在用户需要时向云服务端查询状态数据并显示在相应的界面上供用户查看。

同时，本发明一种智能配电柜系统还具有以下有益效果：

(1)、控制策略灵活，用户可以在手机移动端应用上，通过点击开/关按钮对某配电柜下的单个继电器进行即时开关控制，也可以制定定时开关策略，按需要设定继电器开/关的时间以及选择在一周中的哪几天执行定时开关策略。前者可应用于在某些紧急情况下进行继电器的开/关，后者可以实现继电器开/关的自动化，节省人力。

(2)、通信方式采用两层网络，第一层网络是以太网，用于手机移动端应用、云服务端和网关之间通信；第二层网络是由网关外接的无线通信模块或485通讯模块与其下各终端硬件电路外接的无线通信模块组成的自组网，网关和网关下各终端使用自组网通信，这样不仅可以扩大数据传输的范围，而且易于扩展网络结构，从而增强整个系统的扩展性。

(3)、故障实时推送，云服务端主动向手机移动端应用推送故障信息，而非等待手机移动端应用向云服务端索求故障信息，故障能够被用户及时发现，达到故障早发现、早处理的效果。

附图说明

图1是本发明一种智能配电柜系统原理图；

图2是手机移动端应用功能模块图；

图3是云服务端功能模块图；

图4是网关工作流程图；

图5是终端硬件电路的功能模块图；

图6是开关硬件电路的功能模块图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明一种智能配电柜系统原理图。

在本实施例中，如图1所示，本发明一种智能配电柜系统，包括：手机移动端(android/ios)应用、云服务端、网关、配电柜；

如图2所示，手机移动端(android/ios)应用包括添加设备模块、配电柜数据显示模块、配电柜控制模块；

其中，加设备模块用于用户在手机移动端应用添加想要监控的配电柜；具体流程为：用户使用手机移动端应用扫描配电柜，手机移动端应用通过解析二维码获得该配电柜下所有继电器的id，根据表1计算出各继电器的控制密码，并将这些信息以继电器id-继电器控制密码的形式记录在本地；最后手机移动端应用要向云服务端订阅要监控的配电柜故障信息，订阅主题为配电柜id，用于云服务端向手机移动端推送配电柜故障信息；手机移动每成功添加一个设备后，会在手机移动端应用界面显示出刚才扫描的配电柜终端图标。

表1

配电柜数据显示模块用于用户在手机移动端应用查询配电柜数据。包括配电柜实时数据查询、配电柜累计电量查询、继电器累计电量查询、配电柜历史故障查询、继电器历史故障查询五部分；

其中，配电柜实时数据查询用于查询、自动刷新配电柜实时数据；具体流程为：用户在手机移动端应用点击配电柜图标，手机移动端应用向云服务端发送配电柜数据索求指令，得到云服务端返回的该配电柜下所有继电器的状态数据(开/关)后，以继电器图标-继电器开/关状态的形式显示在回路界面上；用户点击回路界面中某继电器图标，手机移动端应用向云服务端发送单个继电器数据索求指令，得到云服务端返回的继电器实时数据(开/关/故障状态、电流、电压、功率、累计电量)后，显示在继电器实时数据界面上；之后，只要用户还停留在刚才打开的单个继电器实时数据界面上，手机移动端应用会每隔10s向云服务端发送单个继电器数据索求指令，得到数据后刷新界面上的数据；

配电柜累计电量查询用于查询某配电柜下所有继电器截止当日、当周、当月、当年的累计用电量之和；具体流程为：点击回路页面右上角menu按钮，点击“总用电量”，向云服务端发送该配电柜累计电量数据索求指令，得到云服务端返回该配电柜的当日、当周、当月、当年累计电量信息，显示在弹窗中；

继电器累计电量查询用于查询单个继电器截止当日、当周、当月、当年的累计用电量之和；具体流程为：点击单个继电器实时数据界面右下角“电量统计”，手机移动端应用向云服务端发送该继电器累计电量数据索求指令，得到云服务端返回的该继电器当日、当周、当月、当年累计电量信息，显示在弹窗中；

配电柜历史故障查询用于查询某配电柜下所有继电器的近七天历史故障；具体流程为：点击回路页面右上角menu按钮，点击“日志”，向云服务端发送该配电柜历史故障数据索求指令，得到云服务端返回的该配电柜下所有继电器的近七天历史故障数据，显示在配电柜“日志”界面中。

继电器历史故障查询用于查询单个继电器的近七天历史故障；具体流程为：点击单个继电器实时数据界面右上角menu按钮，点击“日志”，向云服务端发送该继电器历史故障数据索求指令，得到云服务端返回的该继电器的近七天历史故障数据，显示在单个继电器“日志”界面中。

配电柜控制模块用于用户向配电柜下的各个继电器发送控制指令。控制指令包括即时开关控制指令、继电器定时开关指令、继电器数据阈值设置指令；

其中，继电器即时开关控制指令用于用户即时开关单个继电器；具体发送流程为：在手机移动端应用的单个继电器实时数据界面上点击开/关按钮，向云服务端发送该继电器的开/关指令；发送完毕后手机移动端应用每隔10s向云服务端索求一次该继电器的开/关状态，若干次后若还无状态翻转，则提示用户操作失败；云服务端解析指令、将指令转换为正确的通信格式转发给网关；网关接收到继电器开/关指令后解析指令、将指令转换为正确的通信格式转发送给配电柜，配电柜下的继电器接收到指令后进行相应的开/关动作。

继电器定时开关指令用于用户设置单个继电器定时开/关时间；具体发送流程为：在手机移动端应用的单个继电器实时数据界面上点击左下角的“参数设置”按钮，弹出参数设置页面后，点击“设置时间”按钮，进入定时开/关页面，在此页面设置单个继电器定时开/关时间，包括开始时间、关闭时间以及选择在一周中的哪几天需要执行此定时开关。设置完毕后，点击“确定”按钮，手机移动端应用即向云服务端发送该继电器的定时开/关指令。

继电器数据阈值设置指令用于用户设置单个继电器参数(电压、电流、漏电流、功率、温度、用电量)的阈值；具体发送流程为：在手机移动端应用的单个继电器实时数据界面上点击左下角的“参数设置”按钮，在此页面进行参数阈值设置。手机移动端应用即向云服务端发送该继电器的定时开/关指令。

如图3所示，云服务端包括数据/指令接收模块、数据/指令处理模块、指令转发模块、继电器故障推送模块。

其中，数据/指令接收模块用于从各网关接收其下各配电柜的实时数据，即接收配电柜下各继电器的开/关/故障状态、电流、电压、功率、累计电量，以及从各手机移动端应用接收继电器控制指令。具体流程为：云服务端定时向已建立连接的所有网关发送数据索求指令，网关接到来自云服务端的数据索求指令后，向云服务端返回其下所有配电柜的实时数据，云服务器接收实时数据；同时，云服务端接收来自手机移动端应用的各类控制指令。

数据/指令处理模块用于在云服务端接收到最新配电柜数据时，将本地缓存中的数据存储至数据库，再将最近数据经解析后放在本地缓存供手机移动端应用查询。

指令转发模块用于向网关转发来自手机移动端应用的继电器控制指令(继电器即时开关控制指令、继电器定时开关指令、继电器数据阈值设置指令)；具体流程为：云服务端接收到来自手机移动端应用的指令，解析出指令中的目标继电器id，判断出该继电器所属的配电柜id，查询数据库中的配电柜信息表得出配电柜所属的网关ip，然后解析出指令内容，再将指令按照目标网关ip-指令内容的形式放入指令队列中，云服务端程序按照先进先出的顺序从指令队列中逐一取出指令发送给目标网关。

继电器故障推送模块用于向手机移动端应用推送正在监控的配电柜下继电器故障信息，是云服务端基于mqtt协议，向手机移动端应用主动推送其监控的配电柜下继电器故障信息的模块，包括mqtt代理、mqtt发布者，二者都是继电器故障推送模块的应用程序。当云服务端检测到来自网关的配电柜数据中有故障信息时，mqtt发布者将故障信息发布到mqtt代理，由mqtt代理将故障信息推送给mqtt订阅者，在这里是手机移动端应用程序；

网关主要用于数据和指令的转发及数据的存储，如图4所示，是网关工作流程图。网关基于如图4所示的两层网络在云服务端和配电柜之间转发数据。和云服务端通信使用以太网，和配电柜通信使用自组网(无线或者485总线)。网关每隔一段固定的时间依次向所负责区域的一个终端发送数据索求一个开关的指令，得到数据后保存在本地。当接收到云服务端的数据索求指令后，将本地存储的数据发送给云服务端；接收到云服务端的控制指令后，将控制指令转发给对应的终端。

配电柜由一个终端模块、若干开关模块和若干继电器组成；终端模块主要用于收集继电器状态数据，并在网关索求数据时将数据上传至网关，并暂存、向开关模块转发来自网关的指令；

其中，如图5所示，终端硬件电路采用stm32f103系列芯片作为mcu，通过串口usart外接max485将来自网关的指令转发至对应的开关，通过串口usart外接rsm485ht_ds接收来自开关的指令及数据索求，收到指令后由mcu判断是否是发给本终端的指令及指令类型。在没有收到来自终端的指令时，mcu不断向其下各路开关索求数据并保存在本地；若接收到开关指令、阈值指令，则通过max485接口将开关指令向下传送；若接收到开关指令数据，则将本地数据经rsm485ht_ds传送给网关；若接收到定时开关指令，则将指令保留在本地等待时间到达后再将其向开关传递。数据库用于储存各终端的数据，以供用户查询。

开关与继电器一一对应，主要用于实时监测当前数据，并在终端模块索求数据时将数据上传至终端模块，在终端模块下发指令时及时控制继电器动作并向终端模块作出回应；

其中，如图6所示，开关硬件电路采用stm32f103系列芯片作为mcu，通过串口usart外接bl6523gx传感器，用于采集当前回路的电流、电压；通过i/o接口外接继电器，用于控制当前回路的通断；通过串口usart外接max485接收来自终端转发的各种指令，收到指令后由mcu判断是否是发给本开关的指令及指令类型。在没有收到来自终端的指令时，mcu不断监测回路电压、电流等数据；若接收到开关指令，则通过i/o接口控制继电器以控制回路的通断；若收到阈值设定指令，则向相应的变量赋值，在监测回路数据的时候将回路数据与阈值进行对比，若回路数据超过阈值则将继电器关闭，回路关断。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。