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基于物联网技术的校园用电监控系统设计
资料介绍
针对目前校园用电智能化管理的需求,设计了一种基于物联网技术的校园用电监控系统.系统无线传感网络以电能监测芯片CS5460A和ZigBee模块CC2530为核心,监测用电数据,定时将采集的电流、电压和电功率发送至上位机.上位机软件采用C#语言在Visual studio 2012开发环境下设计而成,实现管理节点、处理数据以及根据监测结果向相应节点发送报警或通断电指令等功能.实践结果表明,该系统稳定可靠、精确度高、易于扩展和维护.
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Chinese Journal of Electron Devices
第 40 卷 第 5 期
2017 年 10 月
Vol. 40 No. 5
Octꢀ 2017
Design of Campus Electricity Monitoring System
Based on Internet of Things∗
QIAN Chengshan1∗,MAO Haiqiang2,ZHANG Yonghong2,ZHANG Jing1,
ZHANG Jian2,WANG Tingting2,LI Haifeng2
(1.School of Computer and Software,Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing 210044,China;
2.School of Information and Control,Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing 210044,China)
Abstract:According to the requirement of current campus electricity intelligent management,a campus electricity
monitoring system was designed based on internet of thingsꢀ Wireless sensor network of the system takes energy
measurement chip CS5460A and CC2530 ZigBee module as a core which monitors the electricity data and sends the
collected current,voltage and electric power to host computer regularlyꢀ The host computer software was designed
with C# language in Visual studio 2012,it can realize the fuctions of managing nodes,processing data,sending
alarms or power onꢁoff instructions to corresponding node according to the monitoring results and so onꢀ The experiꢁ
mental resualt shows that the system is stable and reliable,high precision,and easy to extend and maintainꢀ
Key words:ZigBee;CC2530;electricity monitoring;internet of things;C#
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doi:10.3969 / j.issn.1005 9490.2017.05.041
EEACC:6150P
基于物联网技术的校园用电监控系统设计∗
钱承山1∗,毛海强2,张永宏2,张 静1,张 建2,王廷廷2,李海峰2
(1ꢀ南京信息工程大学计算机与软件学院,南京 21004;2ꢀ南京信息工程大学信息与控制学院,南京 210044)
摘
要:
针对目前校园用电智能化管理的需求,设计了一种基于物联网技术的校园用电监控系统。 系统无线传感网络以电
能监测芯片 CS5460A 和 ZigBee 模块 CC2530 为核心,监测用电数据,定时将采集的电流、电压和电功率发送至上位机。 上位机
软件采用 C#语言在 Visual studio 2012 开发环境下设计而成,实现管理节点、处理数据以及根据监测结果向相应节点发送报警
或通断电指令等功能。 实践结果表明,该系统稳定可靠、精确度高、易于扩展和维护。
关键词:
ZigBee;CC2530;用电监控;物联网;C#
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中图分类号:TP274
文献标识码:A
文章编号:1005 9490(2017)05 1266 06
近年,频发的高校火灾事故无时无刻不在威胁
WIꢁFI 覆盖范围有限,功耗大;GPRS(General Packet
Radio Service)成本高,不利于推广[5] 。 考虑以上无
线通信方式的弊端,提出一种基于 ZigBee 无线通信
技术的校园用电监控系统。 该系统利用 ZigBee 功
耗低、组网灵活、性价比高、短时延等特点[6] ,通过
无线网络实现监控节点与上位机之间的数据通信。
监控节点以 CC2530 为主控单元实现电能监测和数
据传输,可对楼层内任意位置进行用电监控,具有低
成本、体积小、灵活性高等优点。
着在校师生的生命财产安全,在高校火灾事故案例
-
2]
中,学生宿舍发生火灾的情况占有很大比例[1
。
为了保障用电安全,许多高校在宿舍安装了用电管
理系统对用电情况进行监控。 然而,现有的用电监
控系统多采用 RS485 总线方式,挂接节点的数量受
线路电气特性限制,搭建包含大量节点的系统投入
成本过高,不利于扩展。 总线方式同时还存在布线
工程巨大,线路复杂,故障点查找与线路更换麻烦,
维护不便等缺陷[3]
随着物联网技术的飞速发展,无线通信技术已
经在数据采集和信息交互领域得到广泛应用[4]
。
1 系统总体设计
。
系统主要包括上位机和无线传感网络两部分,
整体设计结构如图 1 所示。 无线传感网络采用树状
现有的无线通信技术中,蓝牙组网规模小,距离近;
项目来源:国家自然科学基金面上项目(51575283)
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修改日期:2016 09 20
收稿日期:2016 07 27
万方数据
第 5 期
钱承山,毛海强等:基于物联网技术的校园用电监控系统设计
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拓扑结构,以一个协调器为核心辅以多个路由器和
监控节点。 以学生宿舍用电管理为例,系统工作时,
监控节点定时读取宿舍用电数据,经由路由器发送
到协调器,再通过串口传至上位机。 上位机实现管
理网络节点,处理、显示以及存储监测数据,向违规
用电宿舍发出报警,对于多次报警或严重违规宿舍
自动断电,断电宿舍可由管理员手动恢复,上位机还
可以存储宿舍用电数据以供查阅。
执行上位机指令 3 个功能,其总体结构如图 2 所示,以
CC2530 芯片为核心,附以继电器模块、报警器模块、电
能监测模块、外部存储器、天线以及一些外围电路。
图 2 监控节点结构框图
主控单元采用支持 ZigBee 协议的 SoC 芯 片
CC2530,该 芯 片 集 成 了 RF 收 发 模 块 和 增 强 型
8051CPU 内核[7] 。 通过 I/ O 端口与 CS5460A 片上
双向 SPI 接口相连,CC2530 可以实现对电能监测模
块的控制,包括初始化电路、设置其工作状态以及读
取监测结果。 电能监测部分具体硬件电路如图 3 所
示,选用 Cirrus Logic 公司生产的电能监测专用芯片
CS5460A 对采样信号进行处理。 CS5460A 内部包
图 1 系统总体设计结构图
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含两个 ΔΣ 模 数转换器、高通滤波器和低通滤波
2 系统硬件设计
器,具有相位补偿和数字校准功能,有等待和休眠两
种节能模式可供选择,以其为核心设计的电度表精
度可达 0ꢀ5 级[8] 。 考虑 CS5460A 差模输入电压不能
2.1 监控节点设计
监控节点实现监测宿舍用电情况、无线通信以及
图 3 电能监测部分电路图
万方数据
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