無線網(wǎng)控供電插座及能耗智能分析系統(tǒng)

一 項(xiàng)目主要內(nèi)容簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目研究無線網(wǎng)控供電插座及能耗智能分析系統(tǒng)，解決家庭及辦公室所用電器能耗分析的問題。使用多路傳感器實(shí)時(shí)連續(xù)采集電源插座的耗電參數(shù)，通過無線傳感Wi-Fi接口，將數(shù)據(jù)傳輸至internet網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，進(jìn)行功率波形分析、頻譜分析、報(bào)表分析等，用戶可使用手機(jī)或者PC機(jī)通過瀏覽web頁即時(shí)查看電器功率消耗及諧波視在功率，切斷無用設(shè)備或存在隱患設(shè)備供電，幫助消費(fèi)者達(dá)到節(jié)能、安全的目的;也可通過波形特征識(shí)別與電源連接的電器。本項(xiàng)目可為用戶提供詳細(xì)的供電指導(dǎo)，也可為家電廠家降低家用電器的能耗提供參考。

主要有幾下創(chuàng)新之處：

實(shí)時(shí)連續(xù)進(jìn)行多路低功耗耗電測(cè)量;

使用WiFi以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)并網(wǎng);

通過Internet實(shí)現(xiàn)耗電監(jiān)控;

在服務(wù)器端對(duì)能耗進(jìn)行智能分析，并通過能耗波形識(shí)別不同電器。

二、項(xiàng)目的研究目的及意義

2.1申請(qǐng)項(xiàng)目的必要性、目的及意義

1> 項(xiàng)目的必要性

隨著美國“智慧地球”概念的提出，物聯(lián)網(wǎng)作為智慧型基礎(chǔ)設(shè)施中間的一個(gè)概念，在全球掀起了技術(shù)狂潮。物聯(lián)網(wǎng)的英文名字叫“The Internet of things”，就是物物相聯(lián)的互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，通過無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，按照約定，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)。

電源插座為各種家用電器提供電源，是日常生活必不可少的設(shè)備。傳統(tǒng)家用電源插座只具有提供電源接口的功能，不能隨時(shí)顯示電器用電量，給消費(fèi)者帶來了不便。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)可以顯示電器功耗的插座，對(duì)傳統(tǒng)電源插座做了很大改進(jìn)，但是這種插座只有消費(fèi)者靠近插座時(shí)才能夠看到電器功耗，如果消費(fèi)者外出，仍然不能及時(shí)了解電器的耗電情況。

針對(duì)上述問題，本項(xiàng)目擬設(shè)計(jì)一種無線網(wǎng)控供電插座，可以通過手機(jī)上網(wǎng)隨時(shí)隨地了解家用電器的耗電量，切斷無用電器或者存在隱患的設(shè)備。并且通過智能分析，可以識(shí)別出插座正在給哪種電器供電。這種智能插座，不僅能夠滿足用戶及時(shí)了解電器耗電量的需求，而且能夠?yàn)殡娖髦圃焐讨贫ǖ凸姆桨柑峁┮罁?jù)。

2> 項(xiàng)目目的

1. 使消費(fèi)者隨時(shí)隨地了解家用電器的耗電情況，及時(shí)關(guān)閉不需要的電器，節(jié)約用電量。

2. 幫助電器生產(chǎn)商了解電器的耗電量，以便控制電器的能耗。

3> 項(xiàng)目意義

本項(xiàng)目以無線互聯(lián)傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，消費(fèi)者可以隨時(shí)隨地利用internet網(wǎng)查看家中耗電情況，并控制電器電源的通斷，大大減少不必要的能耗浪費(fèi)。而且，本項(xiàng)目能夠?yàn)殡娖鲝S商提供準(zhǔn)確的能耗分析，為降低電器能耗提供幫助?？傊?，本項(xiàng)目對(duì)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)和節(jié)能環(huán)保具有重要意義。

2.2項(xiàng)目的背景、主要內(nèi)容、技術(shù)水平及應(yīng)用范圍

1> 研究背景

背景一：今年11月3日，溫家寶總理發(fā)表了《讓科技引領(lǐng)中國可持續(xù)發(fā)展》講話，其中首次提出了五大新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，就包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在“物聯(lián)網(wǎng)”這個(gè)全新產(chǎn)業(yè)中，我國的技術(shù)研發(fā)水平處于世界前列，具有重大的影響力。目前已擁有從材料、技術(shù)、器件、系統(tǒng)到網(wǎng)絡(luò)的完整產(chǎn)業(yè)鏈。在世界傳感網(wǎng)領(lǐng)域，中國與德國、美國、韓國一起，成為國際標(biāo)準(zhǔn)制定的主導(dǎo)國之一。

背景二：2007年9月8日，中國國家主席胡錦濤在亞太經(jīng)合組織(APEC)第15次領(lǐng)導(dǎo)人會(huì)議上，本著對(duì)人類、對(duì)未來的高度負(fù)責(zé)態(tài)度，對(duì)事關(guān)中國人民、亞太地區(qū)人民乃至全世界人民福祉的大事，鄭重提出了四項(xiàng)建議，明確主張“發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)”，令世人矚目。他在這次重要講話中，一共說了4回“碳”：“發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)”、研發(fā)和推廣“低碳能源技術(shù)”、“增加碳匯”、“促進(jìn)碳吸收技術(shù)發(fā)展”。他還提出：“開展全民氣候變化宣傳教育，提高公眾節(jié)能減排意識(shí)，讓每個(gè)公民自覺為減緩和適應(yīng)氣候變化做出努力。”這表明中國政府對(duì)環(huán)保的高度關(guān)注，不再單純的追求GDP，擯棄20世紀(jì)的傳統(tǒng)增長(zhǎng)模式，直接應(yīng)用新世紀(jì)的創(chuàng)新技術(shù)與創(chuàng)新機(jī)制，通過低碳經(jīng)濟(jì)模式與低碳生活方式，實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

2> 研究?jī)?nèi)容

本項(xiàng)目正是在這樣的大背景下應(yīng)運(yùn)而生，研究無線網(wǎng)控供電裝置及能耗智能分析系統(tǒng)，實(shí)時(shí)使用多路傳感器采集電源功耗信息，通過Wi-Fi無線接口發(fā)送至服務(wù)器，用戶可使用手機(jī)或者PC機(jī)瀏覽網(wǎng)頁，控制家用電器設(shè)備電源通斷，減少無用電器耗電，切斷存在潛在危險(xiǎn)的電器，以達(dá)到節(jié)能、安全的目的。服務(wù)器端將采集的功耗信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，通過判斷頻譜波形特征識(shí)別出接入電源的電器種類。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)主要由四個(gè)模塊組成，數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理及控制模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和用戶瀏覽及控制模塊。系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集每一路電源電器的功率參數(shù)，將數(shù)據(jù)通過無線傳輸接口傳到服務(wù)器，用戶通過手機(jī)或者PC機(jī)使用指定網(wǎng)頁可以觀察電器的功率及頻譜波形，控制電器電源的通斷，并判斷出與電源連接的是哪種電器。

圖2 數(shù)據(jù)采集模塊結(jié)構(gòu)圖[!--empirenews.page--]

其中數(shù)據(jù)采集模塊主要通過傳感器采集每一路電源的功耗參數(shù)，并將采集的數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)處理模塊，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

數(shù)據(jù)處理及控制模塊主要是對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，并可以響應(yīng)在用戶通過網(wǎng)頁所做出的操作，結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)處理及控制模塊結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)傳輸模塊主要是將采集的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街付ǖ姆?wù)器，使網(wǎng)頁的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)更新，結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)傳輸模塊

用戶瀏覽及控制模塊是在網(wǎng)頁上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、顯示，方便用戶瀏覽，了解每一路插座上電器的用電量，并能夠根據(jù)功耗頻譜波形判斷出當(dāng)前與電源相連的是哪種電器，結(jié)構(gòu)如圖5所示。

2.3實(shí)施該項(xiàng)目所具備的基礎(chǔ)、優(yōu)勢(shì)和風(fēng)險(xiǎn)

1〉實(shí)施該項(xiàng)目所具備的基礎(chǔ)

杭電-microchip科技創(chuàng)新孵化器實(shí)驗(yàn)室是杭州電子科技大學(xué)與美國Microchip公司聯(lián)合建立的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，孵化器的同學(xué)均有參加電子競(jìng)賽的經(jīng)驗(yàn)，動(dòng)手能力較強(qiáng)，學(xué)習(xí)成績(jī)優(yōu)異，具有嚴(yán)格的自律精神和濃厚的創(chuàng)新實(shí)踐的積極性。

(1)實(shí)驗(yàn)硬件條件：杭電-Microchip創(chuàng)新孵化器實(shí)驗(yàn)室擁有示波器、電源、信號(hào)發(fā)生器、PC機(jī)等常規(guī)電路設(shè)計(jì)儀器設(shè)備，并擁有PIC單片機(jī)開發(fā)板，滿足本項(xiàng)目的硬件研發(fā)條件。

(2)實(shí)驗(yàn)軟件條件：杭電-Microchip創(chuàng)新孵化器實(shí)驗(yàn)室擁有MPLAB 、Altium Designer Summer 08、protel等電路設(shè)計(jì)軟件，為本項(xiàng)目開發(fā)提供了充分的軟件開發(fā)環(huán)境。

2〉實(shí)施該項(xiàng)目所具備優(yōu)勢(shì)

該項(xiàng)目結(jié)合最新電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的目的，具有一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展?jié)摿ΑＥc傳統(tǒng)電源插座相比，更能滿足用戶方便、快捷、節(jié)能的消費(fèi)要求。

2.4項(xiàng)目計(jì)劃目標(biāo)

本項(xiàng)目擬采用多路傳感器實(shí)時(shí)采集功耗參數(shù)，通過MCU對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行處理及傳輸，使用Wi-Fi和以太網(wǎng)互聯(lián)的形式，將數(shù)據(jù)輸出到服務(wù)器，用戶訪問web頁即可完成實(shí)時(shí)監(jiān)控電器的耗電情況，并能根據(jù)波形分辨出當(dāng)前電源為哪種電器供電。

完成無線網(wǎng)控供電裝置及能耗智能分析系統(tǒng)實(shí)物設(shè)計(jì)、調(diào)試，做出整個(gè)系統(tǒng)實(shí)物，為消費(fèi)者及家電廠商提供詳細(xì)的供電指導(dǎo)。