無線網(wǎng)控供電插座及能耗智能分析系統(tǒng)

一 項目主要內(nèi)容簡介

本項目研究無線網(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。使用多路傳感器實時連續(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)絡服務器，進行功率波形分析、頻譜分析、報表分析等，用戶可使用手機或者PC機通過瀏覽web頁即時查看電器功率消耗及諧波視在功率，切斷無用設備或存在隱患設備供電，幫助消費者達到節(jié)能、安全的目的;也可通過波形特征識別與電源連接的電器。本項目可為用戶提供詳細的供電指導，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：

實時連續(xù)進行多路低功耗耗電測量;

使用WiFi以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)并網(wǎng);

通過Internet實現(xiàn)耗電監(jiān)控;

在服務器端對能耗進行智能分析，并通過能耗波形識別不同電器。

二、項目的研究目的及意義

2.1申請項目的必要性、目的及意義

1> 項目的必要性

隨著美國“智慧地球”概念的提出，物聯(lián)網(wǎng)作為智慧型基礎設施中間的一個概念，在全球掀起了技術狂潮。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)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，通過無線數(shù)據(jù)傳輸技術，按照約定，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡。

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，不能隨時顯示電器用電量，給消費者帶來了不便。目前市場上出現(xiàn)可以顯示電器功耗的插座，對傳統(tǒng)電源插座做了很大改進，但是這種插座只有消費者靠近插座時才能夠看到電器功耗，如果消費者外出，仍然不能及時了解電器的耗電情況。

針對上述問題，本項目擬設計一種無線網(wǎng)控供電插座，可以通過手機上網(wǎng)隨時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備。并且通過智能分析，可以識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了解電器耗電量的需求，而且能夠為電器制造商制定低功耗方案提供依據(jù)。

2> 項目目的

1. 使消費者隨時隨地了解家用電器的耗電情況，及時關閉不需要的電器，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> 項目意義

本項目以無線互聯(lián)傳感器網(wǎng)絡為基礎，消費者可以隨時隨地利用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。而且，本項目能夠為電器廠商提供準確的能耗分析，為降低電器能耗提供幫助?？傊?，本項目對推動物聯(lián)網(wǎng)和節(jié)能環(huán)保具有重要意義。

2.2項目的背景、主要內(nèi)容、技術水平及應用范圍

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)領域，就包括物聯(lián)網(wǎng)技術。在“物聯(lián)網(wǎng)”這個全新產(chǎn)業(yè)中，我國的技術研發(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、器件、系統(tǒng)到網(wǎng)絡的完整產(chǎn)業(yè)鏈。在世界傳感網(wǎng)領域，中國與德國、美國、韓國一起，成為國際標準制定的主導國之一。

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次領導人會議上，本著對人類、對未來的高度負責態(tài)度，對事關中國人民、亞太地區(qū)人民乃至全世界人民福祉的大事，鄭重提出了四項建議，明確主張“發(fā)展低碳經(jīng)濟”，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”、研發(fā)和推廣“低碳能源技術”、“增加碳匯”、“促進碳吸收技術發(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，讓每個公民自覺為減緩和適應氣候變化做出努力。”這表明中國政府對環(huán)保的高度關注，不再單純的追求GDP，擯棄20世紀的傳統(tǒng)增長模式，直接應用新世紀的創(chuàng)新技術與創(chuàng)新機制，通過低碳經(jīng)濟模式與低碳生活方式，實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展。

2> 研究內(nèi)容

本項目正是在這樣的大背景下應運而生，研究無線網(wǎng)控供電裝置及能耗智能分析系統(tǒng)，實時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)送至服務器，用戶可使用手機或者PC機瀏覽網(wǎng)頁，控制家用電器設備電源通斷，減少無用電器耗電，切斷存在潛在危險的電器，以達到節(jié)能、安全的目的。服務器端將采集的功耗信號進行頻譜分析，通過判斷頻譜波形特征識別出接入電源的電器種類。系統(tǒng)整體結構圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)整體結構圖

系統(tǒng)主要由四個模塊組成，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器，用戶通過手機或者PC機使用指定網(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)采集模塊結構圖[!--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，結構如圖2所示。

數(shù)據(jù)處理及控制模塊主要是對采集到的數(shù)據(jù)進行相應的處理，并可以響應在用戶通過網(wǎng)頁所做出的操作，結構圖如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)處理及控制模塊結構圖

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)絡傳輸?shù)街付ǖ姆掌?，使網(wǎng)頁的數(shù)據(jù)進行及時更新，結構如圖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)頁上對數(shù)據(jù)進行匯總統(tǒng)計、計算、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前與電源相連的是哪種電器，結構如圖5所示。

2.3實施該項目所具備的基礎、優(yōu)勢和風險

1〉實施該項目所具備的基礎

杭電-microchip科技創(chuàng)新孵化器實驗室是杭州電子科技大學與美國Microchip公司聯(lián)合建立的大學生創(chuàng)新實驗室，孵化器的同學均有參加電子競賽的經(jīng)驗，動手能力較強，學習成績優(yōu)異，具有嚴格的自律精神和濃厚的創(chuàng)新實踐的積極性。

(1)實驗硬件條件：杭電-Microchip創(chuàng)新孵化器實驗室擁有示波器、電源、信號發(fā)生器、PC機等常規(guī)電路設計儀器設備，并擁有PIC單片機開發(fā)板，滿足本項目的硬件研發(fā)條件。

(2)實驗軟件條件：杭電-Microchip創(chuàng)新孵化器實驗室擁有MPLAB 、Altium Designer Summer 08、protel等電路設計軟件，為本項目開發(fā)提供了充分的軟件開發(fā)環(huán)境。

2〉實施該項目所具備優(yōu)勢

該項目結合最新電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展動態(tài)，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎達到節(jié)能、環(huán)保的目的，具有一定的市場競爭力和發(fā)展?jié)摿?。與傳統(tǒng)電源插座相比，更能滿足用戶方便、快捷、節(jié)能的消費要求。

2.4項目計劃目標

本項目擬采用多路傳感器實時采集功耗參數(shù)，通過MCU對采集信號進行處理及傳輸，使用Wi-Fi和以太網(wǎng)互聯(lián)的形式，將數(shù)據(jù)輸出到服務器，用戶訪問web頁即可完成實時監(jiān)控電器的耗電情況，并能根據(jù)波形分辨出當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)實物設計、調(diào)試，做出整個系統(tǒng)實物，為消費者及家電廠商提供詳細的供電指導。