[发明专利]一种基于物联网的智能家居监测控制系统

摘要

本发明公开了一种基于物联网的智能家居监测控制系统，本发明包括包括两个CPU模块电路、四个电流互感器、网卡模块电路、十个继电器、线温传感器、485通信电路、ZigBee通信电路和PM2.5模块；本发明能够综合采集室内用电器类型、电弧故障等用电信息和线温、PM2.5、噪声等环境信息，实时监控室内安全状况并进行报警或自动作出应急处理。使用户在任何地方，只要有网络，就可以通过电脑浏览器或者手机APP实时查看室内的用电器信息、环境信息及故障电弧信息，并且可通过网页或手机APP对线路的通断实施控制，从而及时的控制火灾的发生。

主权项

1.一种基于物联网的智能家居监测控制系统，其特征在于：包括两个CPU模块电路、四个电流互感器、网卡模块电路、十个继电器、线温传感器、485通信电路、ZigBee通信电路和PM2.5模块；由电流互感器采集用电器的电流波形数据，第一CPU1模块电路采集到电流数据后进行AD转换，量化后进行运算识别；最终将识别结果与PM2.5模块、噪声传感器、线温传感器以及第二CPU2模块电路发来的数据汇集后通过网卡实时上传至服务器，以供用户通过电脑浏览器或手机APP随时查看，并且用于通过网页或手机APP对用电线路的控制，所述的第一CPU1模块电路包括第一单片机模块电路、第一单片机晶振电路和第一单片机SWD接口电路；第二CPU2模块电路包括第二单片机模块电路、第二单片机晶振电路和第二单片机的SWD接口电路；第一CPU1模块电路和第二CPU2模块电路还包括共有的单片机复位电路；第二单片机负责与485通信电路以及ZigBee通信电路进行数据交换；所述的第一单片机模块电路包括第一单片机U3、六个滤波电容、一个发光二极管和一个限流电阻；第一单片机U3的第10、19、20、27、37、49、74、94、99脚全部接地，第一单片机U3的第6、11、21、22、28、50、75、100脚全部3.3V电源，第四十一滤波电容C41一端接第一单片机U3的11脚，另一端接地，第四十滤波电容C40一端接第一单片机U3的21和22脚，另一端接地，第三十九滤波电容C39一端接单片机U3的28脚，另一端接地，第三十八滤波电容C38一端接第一单片机U3的50脚，另一端接地，第三十七滤波电容C37一端接第一单片机U3的75脚，另一端接地，第三十六滤波电容C36一端接第一单片机U3的100脚，另一端接地；第二限流电阻R2的一端接3.3V电源，另一端接第一发光二极管LED1的阳极，第一发光二极管LED1的阴极接第一单片机U3的5脚；第一单片机U3的7、8、9、15、16、38、39、40、41、42、43、44、45、46、58、59、60、62、67、70、71、73、80、91、92、93、95、96脚悬空；所述的第一单片机晶振电路包括一个8MHz的第一晶振Y1、一个电阻R14和2个负载电容；第一晶振Y1的一端与第一单片机U3的第12脚、第十七负载电容C17的一端、第十四电阻R14的一端连接，第一晶振Y1的另一端与第一单片机U3的第13脚、第二十二负载电容C22的一端、第十四电阻R14的另一端连接，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；所述的第一单片机SWD接口电路包括接插件SWIM；接插件SWIM的第1脚接3.3V电源，接插件SWIM的第4脚接地，接插件SWIM的第2脚与第一单片机U3的第76脚连接，接插件SWIM的第3脚与第一单片机U3的第72脚连接；所述的第一单片机U3的型号为STM32F103VCT6；所述的第二单片机模块电路包括第二单片机U9、三个滤波电容；第二单片机U9的第8、23、35、44、47脚全部接地，第二单片机U9的第1、9、24、36、48脚全部3.3V电源，第二十五滤波电容C25的另一端与第二单片机U9的第23脚连接，第二十六滤波电容C26的一端与第二单片机U9的第35脚连接，第二十七滤波电容C27的另一端与第二单片机U9的第47脚连接，第二单片机U9的第10、11、14、15、16、17、29、32、33、38、2、3、4、25、26、27、28、18、19、20、39、40、41、42、43、45、46脚悬空；所述的第二单片机晶振电路包括一个8MHz的第三晶振Y3和2个负载电容；第三晶振Y3的一端与第二单片机U9的第5脚、第四十三负载电容C43的一端连接，第三晶振Y3的另一端与第二单片机U9的第6脚、第四十四负载电容C44的一端连接，第四十三负载电容C43的另一端与第四十四负载电容C44的另一端接地；所述的第二单片机SWD接口电路包括接插件SWIM；接插件SWIM的第1脚接3.3V电源，接插件SWIM的第4脚接地，接插件SWIM的第2脚与第二单片机U9的第37脚连接，接插件SWIM的第3脚与第二单片机U9的第34脚连接；所述的第二单片机U9的型号为STM32F103VCT6；所述的第一CPU1模块电路和第二CPU2模块电路共用的复位电路包括一个电阻、一个滤波电容和一个按键；第九上拉电阻R9的一端接3.3V电源，第九上拉电阻R9的另一端与第二单片机U9的第7脚、第一单片机U3的第14脚、第十二滤波电容C12的一端、按键S2的一端连接，第十二滤波电容C12的另一端和按键RESET的另一端接地；所述的网卡模块电路包括网卡芯片、网络变压器HR911105A、一个25MHz晶振、两个负载电容、十二个滤波电容和八个限流电阻，八个上拉电阻，两个滤波电阻，两个耦合电容，一个耦合电感；网卡芯片型号为W5500，网络变压器型号为HR911105A；25MHz晶振的一端与网卡芯片U4的第30脚连接，25MHz晶振的另一端与网卡芯片U4的第31脚连接，25MHz晶振的一端与第十三负载电容C13的一端连接，25MHz晶振的另一端与第十四负载电容C14的一端连接，第十三负载电容C13的另一端与第十四负载电容C14的另一端接地，第十八滤波电容C18的一端与网卡芯片U4的第22脚连接，第十八滤波电容C18的另一端接地，第十九滤波电容C19的一端与网卡芯片U4的第20脚连接，第十九滤波电容C19的另一端接地，第十五滤波电容C15的一端接3.3V电源，第十五滤波电容C15的另一端接地，第十六滤波电容C16的一端接3.3V电源，第十六滤波电容C16的另一端接地，第六滤波电容C6的一端接3.3V电源，第六滤波电容C6的另一端接地，第七滤波电容C7的一端接3.3V电源，第七滤波电容C7的另一端接地，第八滤波电容C8的一端接3.3V电源，第八滤波电容C8的另一端接地，第九滤波电容C9的一端接3.3V电源，第九滤波电容C9的另一端接地，第十滤波电容C10的一端接3.3V电源，第十滤波电容C10的另一端接地，第十一滤波电容C11的一端接3.3V电源，第十一滤波电容C11的另一端接地，第二十一滤波电容C21一端接网络变压器JP的3脚，另一端接网卡芯片U4的6脚，第二十四滤波电容C24的一端接网络变压器JP的6脚，另一端接网卡芯片U4的5脚，网络变压器JP的第1脚与网卡芯片U4的第2脚连接，网络变压器JP的第2脚与网卡芯片U4的第1脚连接，网络变压器JP的第3脚与网卡芯片U4的第6脚连接，网络变压器JP的第9、12脚接3.3V电源，网络变压器JP的第6脚与网卡芯片U4的第5脚连接，网络变压器JP的第7、8脚悬空，第十二上拉电阻R12的一端与网络变压器JP的第1脚连接，第十二上拉电阻R12的另一端接3.3V电源，第十一上拉电阻R11的一端与网络变压器JP的第2脚连接，第十一上拉电阻R11的另一端接3.3V电源，第六上拉电阻R6一端接网卡芯片U4的37脚，另一端接3.3V电源，第七上拉电阻R7一端接网卡芯片U4的36脚，另一端接3.3V电源，第八上拉电阻R8一端接网卡芯片U4的32脚，另一端接3.3V电源，第二十六上拉电阻R26的一端接网卡芯片U4的45脚，另一端接3.3V电源，第二十七上拉电阻R27的一端接网卡芯片U4的44脚，另一端接3.3V电源，第二十八上拉电阻R28的一端接网卡芯片U4的43脚，另一端接3.3V电源，网络变压器JP的第10脚与网卡芯片U4的第27脚连接，网络变压器JP的第11脚与网卡芯片U4的第25脚连接，第十九滤波电阻R19的一端与网卡芯片U4的第1脚连接，第二十二滤波电阻R22的一端与网卡芯片U4的第5脚连接，第十九滤波电阻R19的另一端、第二十二滤波电阻R22的另一端与第二十三耦合电容C23的一端连接，第二十三耦合电容C23的另一端接地，网卡芯片U4的第3、9、14、16、19、29、48脚接地，网卡芯片U4的第32、33、34、35、36、37脚依次与第一单片机U3的第34、30、31、32、29、33连接，网卡芯片U4的第4、8、11、15、17、21接3.3V电源，网卡芯片U4的第7、12、13、18、24、46、47脚悬空；第十六限流电阻R16的一端接网络芯片U4的23脚，第十六限流电阻R16的另一端接地，第十八限流电阻R18的一端接网络芯片U4的38脚，第十八限流电阻R18的另一端接地，第二十限流电阻R20的一端接网络芯片U4的39脚，第二十限流电阻R20的另一端接地，第二十一限流电阻R21的一端接网络芯片U4的40脚，第二十一限流电阻R21的另一端接地，第二十三限流电阻R23的一端接网络芯片U4的41脚，第二十三限流电阻R23的另一端接地，第二十四限流电阻R24的一端接网络芯片U4的42脚，第二十四限流电阻R24的另一端接地，第十七限流电阻R17一端接网络变压器JP的10脚，另一端接网卡芯片U4的27脚，第二十五限流电阻R25一端接网络变压器JP的11脚，另一端接网卡芯片U4的25脚，第二十耦合电容C20一端接网络变压器JP的4脚，另一端接GND，第二耦合电感L2一端接网络变压器JP的4脚，另一端接3.3V电源；所述的线温传感器模块电路包括一个分压电阻，一个线温传感器；线温传感器P9的1脚与第一单片机U3的17脚、第七十八分压电阻R78的一端连接，线温传感器P9的2脚与地连接，第七十八分压电阻R78的另一端与3.3V电源连接；阻抗匹配电路包括两个LM358运算放大器芯片；其中运算放大器U7的1脚、2脚与第一单片机U3的35脚连接，4脚连接地，6脚、7脚与第一单片机U3的36脚连接，8脚与5V电源连接；运算放大器U8的1脚、2脚与第一单片机U3的25脚连接，4脚连接地，6脚、7脚与第一单片机U3的61脚连接，8脚与5V电源连接；5V和3.3V电源模块包括稳压芯片、一个微动开关、一个电源插座和两个滤波电容；稳压芯片U2的型号为AMS1117‑3.3；稳压芯片U2的第3脚与第四滤波电容C4的一端、第五滤波电容C5的一端连接并接地，稳压芯片U2的第2脚与第五滤波电容C5的另一端连接并作为3.3V电源输出端，稳压芯片U2的第3脚与第四滤波电容C4的另一端接5V电源，微动开关S1的第3脚与接插件的第1脚连接，微动开关S1的第2脚接5V电源，微动开关S1的第1脚悬空，电源插座J3的第2脚接地；所述的PM2.5模块包括一个上拉电阻和一个滤波电容；PM2.5模块的型号为夏普GP2Y1010AU0F；第三十一上拉电阻R31的一端接5V电源，另一端接PM2.5模块的1脚；第三十四滤波电容C34的正极接PM2.5模块的1脚，负极接GND，PM2.5模块的2脚接GND，PM2.5模块的3脚接PM2.5指示灯的一端，PM2.5模块的4脚接GND，PM2.5模块的5脚接第一单片机U3的23脚，PM2.5模块的6脚接5V电源；所述的按键电路包括四个上拉电阻，四个按键；第四十二上拉电阻R42的一端接3.3V电源，另一端与按键K4的一端、第一单片机U3的66脚连接，按键K4的另一端与地连接；第四十三上拉电阻R43的一端接3.3V电源，另一端与按键K3的一端、第一单片机U3的65脚连接，按键K3的另一端与地连接；第四十四上拉电阻R44的一端接3.3V电源，另一端与按键K2的一端、第一单片机U3的64脚连接，按键K2的另一端与地连接；第四十五上拉电阻R45的一端接3.3V电源，另一端与按键K1的一端、第一单片机U3的63脚连接，按键K1的另一端与地连接；所述的12V转5V电源模块包括1块电源管理芯片RT8272、3个滤波电阻、9个滤波电容一个上拉电阻、一个稳压二极管和一个滤波电感；第一电源管理芯片RT8272的第4脚接地，第八滤波电容C8的一端接第一电源管理芯片RT8272的1脚，另一端接稳压二极管DPW1的阴极，DPW1的阳极接地，第一电源管理芯片RT8272的2脚与第九滤波电容C9的一端、第五十三滤波电容CW3的一端连接并接12V电源，第九滤波电容C9的另一端、第五十三滤波电容CW3的另一端接地，第一电源管理芯片RT8272的3脚与稳压二极管DPW1的阴极、滤波电感LP1的一端连接，滤波电感LP1的另一端与第五十一滤波电容CW1的一端、第五十二滤波电容CW2的一端连接并作为5V电压输出端，第五十一滤波电容CW1的另一端、第五十二滤波电容CW2的另一端接地；第一电源管理芯片RT8272的第8脚与第七滤波电容C7的一端连接，第七滤波电容C7的另一端接地,第一电源管理芯片RT8272的第7脚与第二十上拉电阻R20的一端连接，第二十上拉电阻R20的另一端接12V电源；第五滤波电容C5的一端接第一电源管理芯片RT8272的第6脚，另一端接地，第六滤波电容C6的一端接第一电源管理芯片RT8272的第6脚，另一端接第十九滤波电阻R19的一端，第十九滤波电阻R19的另一端接地，第十七滤波电阻R17的一端接第一电源管理芯片RT8272的第5脚，另一端接5V电源，第四滤波电容的一端接第一电源管理芯片RT8272的第5脚，另一端接5V电源，第十八滤波电阻的一端接第一电源管理芯片RT8272的第5脚，另一端接地；所述的12V转3.3V电源模块包括1块电源管理芯片RT8272、3个滤波电阻、9个滤波电容一个上拉电阻、一个稳压二极管和一个滤波电感；第二电源管理芯片RT8272的第4脚接地，第十四滤波电容C14的一端接第二电源管理芯片RT8272的1脚，另一端接稳压二极管DPW2的阴极，DPW2的阳极接地，第二电源管理芯片RT8272的第2脚与第十五滤波电容C15的一端、第五十六滤波电容CW11的一端连接并接12V电源，第十五滤波电容C15的另一端、第五十六滤波电容CW11的另一端接地，第二电源管理芯片RT8272的第3脚与稳压二极管DPW2的阴极、滤波电感LP3的一端连接，滤波电感LP3的另一端与第五十四滤波电容CW9的一端、第五十五滤波电容CW10的一端连接并作为3.3V电源输出端，第五十四滤波电容CW9的另一端、第五十五滤波电容CW10的另一端接地；第二电源管理芯片RT8272的第8脚与第十三滤波电容C13的一端连接，第十三滤波电容C13的另一端接地,第二电源管理芯片RT8272的第8脚与第十三滤波电容C13的一端连接，第十三滤波电容C13的另一端接地，第二电源管理芯片RT8272的第7脚与第二十四上拉电阻R24的一端连接，第二十四上拉电阻R24的另一端接12V电源；第十一滤波电容C11的一端接第二电源管理芯片RT8272的第6脚，另一端接地，第十二滤波电容C12的一端接第二电源管理芯片RT8272的第6脚，另一端接第二十三滤波电阻R23的一端，第二十三滤波电阻R23的另一端接地，第二十一滤波电阻R21的一端接第二电源管理芯片RT8272的第5脚，另一端接5V电源，第十滤波电容C10的一端接第二电源管理芯片RT8272的第5脚，另一端接5V电源，第二十三滤波电阻R23的一端接第二电源管理芯片RT8272的第5脚，另一端接地；所述的四个电流互感器结构完全相同，每个电流互感器包括1个电流互感器、1个滤波电容；第零滤波电容C0的一端接3.3V直流电源，另一端接地，电流互感器U0的1脚接3.3V直流电源，电流互感器U0的2脚接地，电流互感器U0的3脚接运算放大器U8的3脚，电流互感器U0的4、5脚悬空；第一滤波电容C1的一端接3.3V直流电源，另一端接地，电流互感器U1的1脚接3.3V直流电源，电流互感器U1的2脚接地，电流互感器U1的3脚接运算放大器U7的3脚，电流互感器U1的4、5脚悬空；第二滤波电容C2的一端接3.3V直流电源，另一端接地，电流互感器U2的1脚接3.3V直流电源，电流互感器U2的2脚接地，电流互感器U2的3脚接运算放大器U7的5脚，电流互感器U2的4、5脚悬空；第三滤波电容C3的一端接3.3V直流电源，另一端接地，电流互感器U3的1脚接3.3V直流电源，电流互感器U3的2脚接地，电流互感器U3的3脚接运算放大器U8的5脚，电流互感器U3的4、5脚悬空；每个继电器包括继电器驱动电路和继电器控制模块；每个继电器结构完全相同；所述的继电器驱动电路包括一个三极管、一个限流电阻；第一限流电阻R1的一端接三极管Q1的1脚，另一端接单片机U3的98脚，三极管Q1的2脚接地，三极管Q1的3脚继电器M1的3脚；同理，第二限流电阻R2、第三限流电阻R3、第四限流电阻R4、第五限流电阻R5、第六限流电阻R6、第七限流电阻R7、第八限流电阻R8、第九限流电阻R9、第十限流电阻R10的另一端分别接单片机U3的97脚、90脚、89脚、88脚、87脚、86脚、85脚、85脚、83脚、82脚、81脚；每个继电器控制模块包括一个继电器、一个续流二极管；由于电路结构相同，因此仅叙述一种电路结构；继电器M1的1脚接火线的入线端，继电器M1的2脚接12V直流电源，第一续流二极管D1的阴极接12V直流电源，另一端接继电器M1的3脚，继电器M1的4脚接火线的出线端；同理，继电器M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10的1脚，分别接三极管Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10的3脚。