一种实训室电源管理系统

1.本实用新型属于电源管理系统技术领域，具体涉及一种实训室电源管理系统。


背景技术：

2.实训是培养学生动手实践能力的一个重要环节，因此大多高效都会配备有实训室，现有的实训室由于规模较大、人次较多、用电设备分类繁杂和学生的安全意识较差等因素造成实训室电源的管理疏忽，存在安全隐患，同时增加了实训室管理人员的工作量以及造成不必要的能源浪费，此为现有技术的不足之处。
3.有鉴于此，本实用新型提供一种实训室电源管理系统；以解决现有技术中存在的上述缺陷，是非常有必要的。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于，针对现有技术中存在实训室电源管理自动化程度低的缺陷，提供设计一种实训室电源管理系统，以解决现有技术中存在的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型给出以下技术方案：
6.一种实训室电源管理系统，包括rfid卡、rfid读取模块、微控制器、电源控制模块、电能检测模块和用于向整个系统提供电能的电源模块；所述rfid卡和rfid读取模块感应连接，所述rfid读取模块还连接到微控制器，所述微控制器通过电能检测模块连接到电源控制模块的第一端，电源控制模块的第二端连接到用电设备，电源控制模块的第三端直接连接到微控制器。
7.作为优选，还包括通讯模块，所述微控制器还通过通讯模块连接到监控主机，所述监控主机还连接有数据库，便于实训室管理人员能够通过监测主机监测和管理多个固定区域内或固定工位上的电源，实现实训室电源的自动化管理。
8.作为优选，还包括定时模块，所述定时模块连接到微控制器，通过定时模块设定每次刷卡后用电设备的通电时间，通电时间到达预设值后，用电设备自动断电，避免因学生在用电设备使用完毕后忘记对用电设备进行断电而造成资源浪费。
9.作为优选，还包括存储模块，所述存储模块连接到微控制器，用于存储读取到的rfid卡的信息。
10.作为优选，还包括显示模块，所述显示模块连接到微控制器，便于直观的向实训室管理人员展示读取到的rfid卡的信息以及用电设备的电压信息、电流信息和功率信息。
11.作为优选，所述rfid读取模块包括读卡单元和天线单元，通过设置天线单元能够抑制高次谐波，减少干扰。
12.本实用新型的有益效果在于，通过设置rfid卡和rfid读取模块能够对用电设备进行权限认证，提高管理效率，通过设置微控制器、电源控制模块、电源模块和电能检测模块能够实现电源的自动化管理，通过设置定时模块能够在通电时间到达预设值后，用电设备自动断电，避免因学生在用电设备使用完毕后忘记对用电设备进行断电而造成资源浪费，
减少了实训室管理人员的巡视工作量，提高了管理效率。
13.此外，本实用新型设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
14.由此可见，本实用新型与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
15.图1为系统的关系示意图。
16.图2为微控制器的电路原理图。
17.图3为rfid读取模块中读卡单元的电路原理图。
18.图4为rfid读取模块中天线单元的电路原理图。
19.图5为电流采集电路的电路原理图。
20.图6为电压采集电路的电路原理图。
21.图7和图8为电能检测电路的电路原理图。
22.图9为外部晶振电路的电路原理图。
23.图10为电源控制模块的电路原理图。
24.图11为电源模块的电路原理图。
25.图12为电源变换单元的电路原理图。
26.图13为通讯模块的电路原理图。
27.图14为定时模块的电路原理图。
28.图15为存储模块的电路原理图。
29.图16为显示模块的电路原理图。
30.图17为usb转串口下载器单元的电路原理图。
31.11为rfid卡，12为rfid读取模块，u1为微控制器，2为电源控制模块，21为保护单元，3为电源模块，41为电能检测模块，42为市电，5为通讯模块，6为定时模块，7为存储模块，8为显示模块，9为usb转串口下载器单元，100为用电设备，200为监测主机，201为数据库，202为查询单元。
具体实施方式
32.下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型进行详细阐述，以下实施例是对本实用新型的解释，而本实用新型并不局限于以下实施方式。
33.如图1所示，本实用新型提供一种实训室电源管理系统，该系统包括rfid卡11、rfid读取模块12、微控制器u1、电源控制模块2、电源模块3、电能检测模块41、通讯模块5、定时模块6、存储模块7和显示模块8；其中，rfid卡11和rfid读取模块12感应连接，rfid读取模块12还连接到微控制器u1，所述微控制器u1通过电能检测模块41连接到电源控制模块2的第一端，电源控制模块2的第二端连接到用电设备100，电源控制模块2的第三端直接连接到微控制器u1。
34.如图2所示，微控制器u1采用型号为stc8a8k64s4a12的单片机，其中，该单片机的外围还连接有复位按钮rest、电阻r1和发光二极管led1。
35.如图3和图4所示，所述rfid读取模块12包括读卡单元和天线单元，通过设置天线
单元能够抑制高次谐波，减少干扰；具体地，读卡单元包括射频芯片u2和第一外围时钟电路，射频芯片u2采用型号为mf-rc500的射频芯片，该射频芯片u2通过通信管脚连接到微控制器u1，其中通信管脚包括地址锁存使能端ale、用于选择和激活读写器的接口的片选信号端ncs、读写器写入数据选通端wr、读写器读出数据选通端rd、8位双向数据地址总线ad0～ad7、复位掉电端rst以及中断请求端irq，第一外围时钟电路包括晶振y1、电容c1和电容c2，天线单元包括电阻r2、电容c3、电阻r3、电容c4、电感l1、电容c5、电感l2、电容c6和第一外部接口j1，其中，电阻r2、电容c3、电阻r3和电容c4组成一个分压器，电感l1、电容c5、电感l2和电容c6组成一个低通滤波电路，抑制晶振y1中的三次谐波、五次谐波和高次谐波，减少信号干扰。
36.如图5、图6、图7、图8和图9所示，电能检测模块41包括电流采集电路、电压采集电路和电能检测电路，其中，电流采集电路和电压采集电路分别用于采集用电设备100的实时电流和实时电压，并将采集到的实时电流和实时电压传送给电能检测电路，电能检测电路通过接收到的实时电流和实时电压计算出用电设备100的功率，当计算出的用电设备100功率大于设定功率值时，电能检测模块41将对用电设备100进行断电保护，其中，采集用电设备100的实时电流和实时电压实际上是采集向该用电设备100供电的市电42的实时电流和实时电压，电能检测电路与微控制器u1之间采用spi通讯方式；本实用新型以a相为例，具体地，电流采集电路包括电阻r4、采集电阻r5、采集电阻r6、电阻r7、电容c7和电容c8，其中，电阻r4和电容c7构成第一低通滤波器，电阻r7和电容c8构成第二低通滤波器，第一低通滤波器和第二低通滤波器构成双低通滤波器以消除高频信号干扰；电压采集电路包括分压电阻r8、电阻r9、采集电阻r10、采集电阻r11、电阻r12、电容c9和电容c10，其中，电阻r9、电阻r12、电容c9和电容c10同样也组成一个双低通滤波器；电能检测电路包括计量芯片u3、电阻r13、电容c11、电阻r14、电容c12、电阻r15、电容c13、电阻r16、电容c14、电阻r17、电容c15、电阻r18和电容c16，其中，计量芯片u3采用型号为rn8302的三相多功能高精度计量芯片，且计量芯片u3通过使用cs、sclk、sdo和sdi四根通信线来实现与微控制器之间的信息传输，另外，计量芯片u3的信号输出引脚处设置有低通滤波器，该低通滤波器由电阻和去耦电容串联组成，已消除高频信号的干扰；另外，计量芯片u3还连接有外部晶振电路，该外围晶振电路包括电阻r19、晶振y2、电容c17和电容c18，其中，电阻r19的两端分别连接到计量芯片u3的外部晶振输入端和外部晶振输出端。
37.如图10所示，电源控制模块2包括电阻r20、光电耦合器u4、电阻r21、续流二极管d1、电容c19、三极管q1、继电器jdq1、第二外部接口j2，其中，电源控制模块2的输入端连接到微控制器u1的一个输出引脚，电源控制模块2的输出端通过第二外部接口j2连接到用电设备100，当微控制器u1中与电源控制模块2相连接的输出引脚输出高电平时，光电耦合器u4和三极管q1依次导通，进而使得继电器jdq1的线圈通电，常开触点闭合，给工位上的用电设备100通电，反之，给工位上的用电设备100断电；同时，电源控制模块2还连接有保护单元21，该保护单元21用于实时监测电源控制模块2，当电源控制模块2出现短时大电流短路时或电流超过设定值时，保护单元21会立即对电源控制模块2进行断电保护。
38.如图11和图12所示，电源模块3包括电源接口j3、选择开关j4、熔断器f1、电容c20、稳压二极管d2、电源开关k1、电容c21、电阻r22、发光二极管led2，其中，电阻r22和发光二极管led2构成电源指示单元；另外，电源模块3还包括电源变换单元，该电源变换单元包括低
压差转换稳压器u5、电容c22，其中，低压差转换稳压器u5采用型号为reg-1117的低压差dc-dc转换三端稳压器，输入5v，输出3.3v。
39.如图13所示，通讯模块5包括wifi芯片u6、肖特基二极管d3、电阻r23、电阻r24、电阻r25、发光二极管led3、电阻r26、电阻r27、电阻r28、电阻r29，其中，wifi芯片u6采用型号为esp8266的wifi芯片，同时，wifi芯片通过肖特基二极管d3连接到微控制器u1，所述微控制器u1还通过通讯模块5连接到监控主机200，所述监控主机200还连接有数据库201和查询单元202，便于实训室管理人员能够通过监测主机200监测和管理多个固定区域内或固定工位上的电源，实现实训室电源的自动化管理。
40.如图14所示，定时模块6包括时钟芯片u7、晶振y3和时钟电源接口j5，其中，时钟芯片u7采用型号为ds1302的时钟芯片，所述定时模块6连接到微控制器u1，通过定时模块6设定每次刷卡后用电设备的通电时间，通电时间到达预设值后，用电设备100自动断电，避免因学生在用电设备100使用完毕后忘记对用电设备100进行断电而造成资源浪费。
41.如图15所示，存储模块7包括flash芯片u8和电容c23，其中，flash芯片u8采用型号为w25q32的flash芯片，所述存储模块7连接到微控制器u1，用于存储读取到的rfid卡11的信息，同时微控制器u1还通过通讯模块5将读取到的rfid卡11的信息备注到监测主机200连接的数据库201中，便于后续管理人员通过查询单元202进行历史查询。
42.如图16所示，显示模块8包括液晶显示器接口j6，液晶显示器接口j6内部通过线路连接到微控制器u1，液晶显示器接口j6的外部连接型号为12864的液晶显示器，便于直观的向实训室管理人员展示读取到的rfid卡11的信息以及用电设备100的电压信息、电流信息和功率信息。
43.如图17所示，本系统还包括usb转串口下载器单元9，该usb转串口下载器单元9包括usb转串口芯片u9、电阻r30、电阻r31、退耦电容c24、晶振y4、电容c25、电容c26和电容c27，其中，usb转串口芯片u9采用型号为ch340的usb转串口芯片，usb转串口芯片u9的txd引脚通过电阻r30连接到微控制器u1的rxd引脚，usb转串口芯片u9的rxd引脚通过电阻r31连接到微控制器u1的txd引脚,连接时均使用串口交叉线。
44.在学生进入实训室进行实训时，需学生在特定的工位或指定区域内刷带有特定权限的rfid卡11，系统的rfid读取模块12读取该rfid卡11的信息，并将读取到的rfid卡11的信息传送到微控制器u1，微控制器u1对接收到的rfid卡11的信息进行处理，并判断该rfid卡11的权限，若该rfid卡11具备该工位上用电设备100的使用权，则微控制器u1控制电源控制模块2向用电设备100通电，反之不通电；其中，系统通过定时模块6设定一次刷卡后用电设备100的通电时间，例如，刷一次有权限的rfid卡11，用电设备100最多通电4小时，4小时后用电设备100自动断电，若学生需要用电设备100更长时间的通电，则需要学生在断电前再一次刷具有该用电设备100使用权限的rfid卡11，使得该用电设备100顺延4小时的通电时间。
45.以上公开的仅为本实用新型的优选实施方式，但本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本实用新型原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本实用新型的保护范围内。