面向高校电子电路实验室的智能电源监测系统的制作方法
【专利摘要】一种面向高校电子电路实验室的智能电源监测系统属于监测系统技术领域，由电源监测终端，网络协调平台，移动终端组成。由于高校电子电路实验室对大量教学电源的传统管理维护手段存在局限性，如滞后性和被动性，电源监测终端对实验室内所有教学电源进行工作状态的实时监测，通过无线局域网，将现场信息传输到网络协调平台，再由网络协调平台对信息进行统一调度并传输至移动终端。教师或实验室管理员通过移动终端就能获知所有教学电源的使用情况和工作状态，节省了人力资源和维护成本，实现了高校电子电路实验室的智能化，网络化监控，提高了管理效率。
【专利说明】
面向高校电子电路实验室的智能电源监测系统
技术领域
[0001]本发明涉及监测系统技术领域，尤其涉及面向高校电子电路实验室的智能电源监测系统。
【背景技术】
[0002]近年来，随着高校办学水平和质量的不断提升，电子电路实验室规模进一步扩大和教学电源设备的数量也不断增加，因此如何高效地管理和维护大量教学电源以保障教学质量和教学安全具有重要的现实意义和应用价值。
[0003]目前，高校电子电路实验室由于对电源占用空间，功耗不敏感和线性电源输出相对纯净等原因而采购大量可调线性电源作为教学电源，然而传统的人工排查管理方式具有滞后性和被动性，教师或管理员无法及时发现教学电源的异常，不仅影响整体教学质量，而且还可能损坏用电或供电设备，甚至导致安全事故的发生。但是，目前还没有专门针对教学电源管理维护的智能监测系统。
【发明内容】
[0004]本发明提供面向高校电子电路实验室的智能电源监测系统，旨在解决教学电源传统管理维护手段所存在的局限性，提供一种高效智能的电源管理维护方案，节省人力资源，降低维护成本，实现电子电路实验室的智能化，网络化监测，提高管理效率。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明通过如下措施来达到:
[0006]提供面向高校电子电路实验室的智能电源监测系统，其特征在于:包括电源监测终端，网络协调平台，移动终端；
[0007]所述智能电源监测系统根据高校电子电路实验室中教学电源的数量配置相应数量的电源监测终端，用于对每个教学电源的工作状态进行独立，实时的数据采集，状态分析后，将现场参数和状态信息传输到网络协调平台；所述网络协调平台负责对电子电路实验室部署的所有电源监测终端设备进行集中管理和消息转发，将来自电源监测终端的数据传输到移动终端;所述移动终端负责对反映教学电源工作状态的现场参数和报警信息进行接收和显示。
[0008]所述电源监测终端通过无线站点模式接入已经连接互联网的路由器，实现与网络协调平台，移动终端的通讯。
[0009]所述电源监测终端接入互联网的方法采用的是smartconfig技术，其具体步骤是:首先，所述移动终端连接上无线路由器，并通过软件进行配置模式，广播发送UDP包，配置集成WiFi芯片为无线站点模式，监听来自移动终端的UDP包，并由软件实现扫描无线信道，直至连接上所述无线路由器。
[0010]所述网络协调平台是一台网络服务器，包括中央处理器，存储器，I/O设备，系统总线，无线网卡等;所述无线网卡通过互联网从电源监测终端接收数据，由所述中央处理器对所有电源监测终端进行设备的集中管理和信息统一调度，然后由所述无线网卡把数据发送至移动终端，实现了电源监测终端和移动终端的数据交换，保证整个监测平台的信息流畅。
[0011]所述无线网卡与电源监测终端和移动终端通信所涉及协议包括TCP/IP，HTTP，MQTT0
[0012]所述网络协调平台对电源监测终端设备进行集中管理，包括设备注册，设备登录，设备绑定，设备接入。
[0013]所述移动终端通过软件查看每个已接入的电源监测终端设备的工作状态，一旦发现工作状态异常，马上由值班教师或实验室管理员进行介入和处理异常。
[0014]所述移动终端包括智能手机，平板电脑，PDA等。
[0015]所述电源监测终端包括传感器模块，微控制器，电可擦可编程只读存储器，集成Wifi芯片;传感器模块对被监测电源的工作参数进行数据采集和处理，并传输至微控制器；所述微控制器对来自传感器的模拟信号进行数/模转换，数字滤波，并将所得数据传输到所述电可擦可编程只读存储器;所述电可擦可编程只读存储器负责对来自微控制器的数据进行存储;所述集成WiFi芯片定时从电可擦可编程只读存储器中读取微控制器在只读存储器中所存的数据，以无线站点模式与网络协调平台建立互联网连接，并把数据传输至网络协调平台。
[0016]所述传感器包括霍尔电流传感器，霍尔电压传感器，数字温度湿度传感器;所述霍尔电流传感器I和2分别对被监测电源的输入通道交流电流和输出通道的直流电流进行采集和处理;所述霍尔电压传感器对被监测电源的输入通道交流电压和输出通道的直流电压进行采集和处理；所述数字温度湿度传感器对被监测电源内部的环境进行温度和湿度采集。
[0017]所述霍尔电流传感器I采用型号为WCS1800的半导体电流感测元件，包含一个有温度补偿设计的线性霍尔集成芯片和经高温烧成的C型环电流转换器；电流电线通道直径为9.0Omm;输出电压幅度与输入交流/直流电流幅度成线性关系，线性度为60mV/A;工作电压范围3.0V-12.0V;零电流输出电压为1/2工作电压；测量交流电流范围:rms 25A;反应频带宽度23KHz ；绝缘电压为4000V。
[0018]所述霍尔传感器2采用型号为ACS712ELCTR-05B-T的集成线性电流感测元件;输出电压幅度与输入交流/直流电流幅度成线性关系，线性度为60mV/A;工作电压范围3.0V-12.0V;零电流输出电压为1/2工作电压;测量直流电流范围-5A-5A;
[0019]所述霍尔电压传感器采用型号为CHV-25P的闭环霍尔磁补偿电压感测元件；隔离测量交流电压范围10V-500V;工作电压范围±12V-15V;
[0020]所述霍尔电流传感器I对采集信号进行的处理包括无源低通滤波，降低输出阻抗；无源低通滤波器采用RC低通地滤波器，阻抗匹配网络采用电压跟随器，所用集成运算放大器型号是LM358D;
[0021]所述霍尔电流传感器2对采集信号进行的处理包括滤波放大，降低输出阻抗;滤波放大器采用差分放大电路，所用集成运算放大器芯片是LM324D;阻抗匹配网络采用电压跟随器，所用集成运算放大器型号是LM358D;
[0022]所述数字温度湿度传感器的型号为DHTll;所述数字温度湿度传感器采用单线制串行接口，测湿精度± 5 % RH，测温精度± 2 °C。
[0023]所述微控制器采用型号为R5F100LEA的单片机作为主控芯片；所述集成WiFi芯片采用型号为ESP8266EX的SOC作为通信芯片。
[0024]所述电源监测终端包括传感器模块，微控制器，电可擦可编程只读存储器，集成WiFi芯片，电源模块;所述传感器模块，电可擦可编程只读存储器和集成WiFi芯片分别与微控制器相连接;所述电源模块统一给传感器模块，微控制器，电可擦可编程只读存储器，集成WiFi芯片进行配电。
[0025]所述微控制器与所述集成WiFi芯片，配合外部电可擦可编程只读存储器采用多主IIC通信结构。
【附图说明】
[0026]图1是本发明实施例提供的面向高校电子电路实验室的智能电源监测系统的结构框图；
[0027]附图标记说明:
[0028]1-电源监测终端101-霍尔电流传感器WCS1800 102-霍尔电流传感器ACS712
[0029]103-霍尔电压传感器CHV-25P 104-数字温度湿度传感器DHTl I
[0030]105-微控制器R5F100LEA 106-电可擦可编程只读存储器AT24C02
[0031]107-集成WiFi芯片ESP8266EX 108-线性电源I 109-线性电源II
[0032]2-网络协调平台201-中央处理器202-存储器203-1/0设备204-无线网卡
[0033]205-总线3-智能手机301-处理器302-无线模块303-显示屏
[0034]图2本发明应用的框图。
【具体实施方式】
[0035]为了使本发明的目的、用途、技术方案更加清晰明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
[0036]如图1所示，本实施例包括部署在高校电子电路实验室内监测电源设备工作状态的电源监测终端，用于接入设备集中管理和消息调度，数据转发的网络协调平台和与教师或管理员进行交互的移动智能手机。
[0037]根据图1配置本发明的实施例。本实施例中计算机为“清华同方微机，Intel(R)Celeron(R)CPU 3.20GHz，256M内存，80G硬盘”。采用VC++6.0编程实现。
[0038]本实施例中，所述电源监测终端I包括101霍尔电流传感器WCS1800，102霍尔电流传感器ACS712，103霍尔电压传感器CHV-25P，104数字温度湿度传感器DHTl I，105微控制器R5F100LEA，106电可擦可编程只读存储器AT24C02，107集成WiFi芯片ESP8266EX，108线性电源I，109线性电源2。
[0039]本实施例中，所述霍尔电流传感器WCS1800和ACS712分别用于对被监测电源设备的交流输入通道的交流电流和直流输入通道直流电流进行采集和滤波，并传输至微控制器的内置ADC输入通道I和2。所述霍尔电压传感器CHV-25P对被监测电源设备的交流输入通道的交流电压和直流输入通道直流电压及性能采集和滤波，并传输至微控制器的内置ADC输入通道3和4。所述数字温湿度传感器DHTll用于对被监测电源设备内部工作环境的温度和湿度进行采集，分析和处理后传输至微控制器的内置ADC输入通道5。
[0040]本实施例中，所述微控制器R5F100LEA负责完成来自传感器五路模拟信号的数字化，并进行数字滤波处理，包括中值滤波和卡尔曼滤波;微控制器完成模数转换和数据处理后将数据通过多主I2C通信协议传输至电可擦可编程只读存储器AT24C02中。
[0041 ] 本实施例中，所述集成WiFi芯片ESP8266EX负责读取电可擦可编程只读存储器AT24C02中的数据，并将数据通过已经联网的无线路由器传输至网络协调平台中。
[0042]本实施例中，所述网络协调平台2包括201中央处理器，202存储器，2031/0设备，204无线网卡，205总线。
[0043]本实施例中，所述智能手机3包括301处理器，302无线模块，303显示屏。
[0044]本实施例中，教师或实验室管理员可以通过已连接互联网的智能手机对教学电源设备的现场参数和警报信息进行远程，实时的监测，一旦发生任何故障或意外，能够第一时间介入并处理事故，提高了工作效率。
[0045]提供面向高校电子电路实验室的智能电源监测系统，其性能指标:
[0046]①输入通道交流电流测量范围为25Arms，测量精度为80mArms，测量灵敏度为60mV/A，测量响应速度为I OOus。
[0047]②输入通道交流电压测量范围为500Vrms，测量精度为5mVrms，测量灵敏度为22mV/V，测量响应速度为40us。
[0048]③输出通道直流电流测量范围为±5A，测量精度为80mA，测量灵敏度为610mV/A，测量响应速度为5us。
[0049]④输入通道直流电压测量范围为[0V，35V]，测量精度为30mV，测量灵敏度为140mV/Vo
[0050]⑤内部工作环境温度测量范围为[0°C，50°C]，测量精度为1°C，测量分辨率为1°C，测量响应时间为[6s，30s]。
[0051]⑥数字中值滤波器输出误差为5%，数字卡尔曼滤波器输出误差为3%，累计误差[0%,15%]0
[0052]⑦集成WiFi芯片ESP8266EX与网络协调平台通信周期为2s，网络协调平台与移动终端数据传输周期为2s，移动端数据更新周期为2s。
[0053]本发明能够很好地发现电源发生的各种故障，并在其后的2s内把故障信息发送到智能手机，使设备管理员能够第一时间发现并排查故障。
【主权项】
1.面向高校电子电路实验室的智能电源监测系统，其特征在于:包括电源监测终端，网络协调平台，移动终端;所述智能电源监测系统根据高校电子电路实验室中教学电源的数量配置相应数量的电源监测终端，所述电源监测终端负责对每个教学电源的工作状态进行独立，实时的数据采集，分析和处理后将现场参数和故障信息传输到网络协调平台；所述网络协调平台负责对电子电路实验室部署的所有电源监测终端设备进行集中管理和消息转发，将来自电源监测终端的数据传输到移动终端;所述移动终端负责对反映教学电源工作状态的现场参数和报警信息进行接收和显示;所述电源监测终端包括传感器模块，微控制器，电可擦可编程只读存储器，集成WiFi芯片，电源模块;所述传感器模块，电可擦可编程只读存储器和集成WiFi芯片分别与微控制器相连接;所述电源模块统一给传感器模块，微控制器，电可擦可编程只读存储器，集成WiFi芯片进行配电； 传感器模块对被监测电源的工作参数进行数据采集和处理，并传输至微控制器;所述微控制器对来自传感器的模拟信号进行数/模转换，数字滤波，并将所得数据传输到所述电可擦可编程只读存储器;所述电可擦可编程只读存储器负责对来自微控制器的数据进行存储;所述集成WiFi芯片定时从电可擦可编程只读存储器中读取微控制器在只读存储器中所存的数据，以无线站点模式与网络协调平台建立互联网连接，并把数据传输至网络协调平台。2.如权利要求1所述的面向高校电子电路实验室的智能电源监测系统，其特征在于:所述传感器包括两个霍尔电流传感器，霍尔电压传感器，数字温度湿度传感器;所述两个霍尔电流传感器分别对被监测电源的输入通道交流电流和输出通道的直流电流进行采集和处理;所述霍尔电压传感器对被监测电源的输入通道交流电压和输出通道的直流电压进行采集和处理;所述数字温度湿度传感器对被监测电源内部的环境进行温度和湿度采集。3.如权利要求1所述的面向高校电子电路实验室的智能电源监测系统，其特征在于:所述网络协调平台包括中央处理器，存储器，I/O设备，系统总线，无线网卡;所述无线网卡通过通用协议从电源监测终端接收数据，由所述中央处理器对所有电源监测终端进行设备的集中管理和信息统一调度，然后由所述无线网卡把数据发送至移动终端。4.如权利要求5所述的面向高校电子电路实验室的智能电源监测系统，其特征在于:所述网络协调平台对电源监测终端设备进行集中管理，包括设备注册，设备登录，设备与移动终端绑定或设备接入。5.如权利要求1所述的面向高校电子电路实验室的智能电源监测系统，其特征在于:所述移动终端包括处理器，无线模块和显示屏;所述无线模块向网络协调平台发送数据更新请求，从网络协调平台获取数据后对所有在线电源监测终端设备进行数据更新和显示。6.如权利要求2所述的面向高校电子电路实验室的智能电源监测系统，其特征在于:所述霍尔电流传感器I采用型号为WCS1800的半导体电流感测元件，包含一个有温度补偿设计的线性霍尔集成芯片和经高温烧成的C型环电流转换器;电流电线通道直径为9.0Omm;输出电压幅度与输入交流/直流电流幅度成线性关系，线性度为60mV/A;工作电压范围3.0V-12.0V;零电流输出电压为1/2工作电压;测量交流电流范围:rms 25A;反应频带宽度23KHz;绝缘电压为4000V。7.如权利要求2所述的面向高校电子电路实验室的智能电源监测系统，其特征在于:所述霍尔传感器2采用型号为ACS712ELCTR-05B-T的集成线性电流感测元件;输出电压幅度与输入交流/直流电流幅度成线性关系，线性度为60mV/A;工作电压范围3.0V-12.0V;零电流输出电压为1/2工作电压;测量直流电流范围-5A-5A。8.如权利要求2所述的面向高校电子电路实验室的智能电源监测系统，其特征在于:所述霍尔电压传感器采用型号为CHV-25P的闭环霍尔磁补偿电压感测元件；隔离测量交流电压范围10V-500V;工作电压范围±12V-15V。9.如权利要求2所述的面向高校电子电路实验室的智能电源监测系统，其特征在于:所述数字温度湿度传感器的型号为DHTl I;所述数字温度湿度传感器采用单线制串行接口，测湿精度± 5 % RH，测温精度± 2 °C。10.如权利要求1所述的面向高校电子电路实验室的智能电源监测系统，其特征在于:所述微控制器采用型号为R5F100LEA的单片机作为主控芯片；所述集成WiFi芯片采用型号为ESP8266EX的SOC作为通信芯片。
【文档编号】H04W4/12GK105933460SQ201610541852
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月10日
【发明人】赵宇, 邓炜峰, 于鹏
【申请人】中国传媒大学