一种无线网控供电插座及能耗智能分析系统设计

一 项目主要内容简介

本项目研究无线网控供电插座及能耗智能分析系统，解决家庭及办公室所用电器能耗分析的问题。使用多路传感器实时连续采集电源插座的耗电参数，通过无线传感Wi-Fi接口，将数据传输至internet网络服务器，进行功率波形分析、频谱分析、报表分析等，用户可使用手机或者PC机通过浏览web页即时查看电器功率消耗及谐波视在功率，切断无用设备或存在隐患设备供电，帮助消费者达到节能、安全的目的;也可通过波形特征识别与电源连接的电器。本项目可为用户提供详细的供电指导，也可为家电厂家降低家用电器的能耗提供参考。

主要有几下创新之处：

实时连续进行多路低功耗耗电测量;

使用WiFi以太网实现数据并网;

通过Internet实现耗电监控;

在服务器端对能耗进行智能分析，并通过能耗波形识别不同电器。

二、项目的研究目的及意义

2.1申请项目的必要性、目的及意义

1> 项目的必要性

随着美国“智慧地球”概念的提出，物联网作为智慧型基础设施中间的一个概念，在全球掀起了技术狂潮。物联网的英文名字叫“The Internet of things”，就是物物相联的互联网，物联网的核心和基础仍然是互联网，通过无线数据传输技术，按照约定，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络。

电源插座为各种家用电器提供电源，是日常生活必不可少的设备。传统家用电源插座只具有提供电源接口的功能，不能随时显示电器用电量，给消费者带来了不便。目前市场上出现可以显示电器功耗的插座，对传统电源插座做了很大改进，但是这种插座只有消费者靠近插座时才能够看到电器功耗，如果消费者外出，仍然不能及时了解电器的耗电情况。

针对上述问题，本项目拟设计一种无线网控供电插座，可以通过手机上网随时随地了解家用电器的耗电量，切断无用电器或者存在隐患的设备。并且通过智能分析，可以识别出插座正在给哪种电器供电。这种智能插座，不仅能够满足用户及时了解电器耗电量的需求，而且能够为电器制造商制定低功耗方案提供依据。

2> 项目目的

1. 使消费者随时随地了解家用电器的耗电情况，及时关闭不需要的电器，节约用电量。

2. 帮助电器生产商了解电器的耗电量，以便控制电器的能耗。

3> 项目意义

本项目以无线互联传感器网络为基础，消费者可以随时随地利用internet网查看家中耗电情况，并控制电器电源的通断，大大减少不必要的能耗浪费。而且，本项目能够为电器厂商提供准确的能耗分析，为降低电器能耗提供帮助。总之，本项目对推动物联网和节能环保具有重要意义。

2.2项目的背景、主要内容、技术水平及应用范围

1> 研究背景

背景一：今年11月3日，温家宝总理发表了《让科技引领中国可持续发展》讲话，其中首次提出了五大新兴产业领域，就包括物联网技术。在“物联网”这个全新产业中，我国的技术研发水平处于世界前列，具有重大的影响力。目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。在世界传感网领域，中国与德国、美国、韩国一起，成为国际标准制定的主导国之一。

背景二：2007年9月8日，中国国家主席胡锦涛在亚太经合组织(APEC)第15次领导人会议上，本着对人类、对未来的高度负责态度，对事关中国人民、亚太地区人民乃至全世界人民福祉的大事，郑重提出了四项建议，明确主张“发展低碳经济”，令世人瞩目。他在这次重要讲话中，一共说了4回“碳”：“发展低碳经济”、研发和推广“低碳能源技术”、“增加碳汇”、“促进碳吸收技术发展”。他还提出：“开展全民气候变化宣传教育，提高公众节能减排意识，让每个公民自觉为减缓和适应气候变化做出努力。”这表明中国政府对环保的高度关注，不再单纯的追求GDP，摈弃20世纪的传统增长模式，直接应用新世纪的创新技术与创新机制，通过低碳经济模式与低碳生活方式，实现社会可持续发展。

2> 研究内容

本项目正是在这样的大背景下应运而生，研究无线网控供电装置及能耗智能分析系统，实时使用多路传感器采集电源功耗信息，通过Wi-Fi无线接口发送至服务器，用户可使用手机或者PC机浏览网页，控制家用电器设备电源通断，减少无用电器耗电，切断存在潜在危险的电器，以达到节能、安全的目的。服务器端将采集的功耗信号进行频谱分析，通过判断频谱波形特征识别出接入电源的电器种类。系统整体结构图如图1所示：

图1 系统整体结构图

系统主要由四个模块组成，数据采集模块、数据处理及控制模块、数据传输模块和用户浏览及控制模块。系统能够实时采集每一路电源电器的功率参数，将数据通过无线传输接口传到服务器，用户通过手机或者PC机使用指定网页可以观察电器的功率及频谱波形，控制电器电源的通断，并判断出与电源连接的是哪种电器。

图2 数据采集模块结构图

其中数据采集模块主要通过传感器采集每一路电源的功耗参数，并将采集的数据传递给数据处理模块，结构如图2所示。

数据处理及控制模块主要是对采集到的数据进行相应的处理，并可以响应在用户通过网页所做出的操作，结构图如图3所示。

图3 数据处理及控制模块结构图

数据传输模块主要是将采集的数据通过无线网络传输到指定的服务器，使网页的数据进行及时更新，结构如图4所示。

图4 数据传输模块

用户浏览及控制模块是在网页上对数据进行汇总统计、计算、显示，方便用户浏览，了解每一路插座上电器的用电量，并能够根据功耗频谱波形判断出当前与电源相连的是哪种电器，结构如图5所示。

2.3实施该项目所具备的基础、优势和风险

1〉实施该项目所具备的基础

杭电-microchip科技创新孵化器实验室是杭州电子科技大学与美国Microchip公司联合建立的大学生创新实验室，孵化器的同学均有参加电子竞赛的经验，动手能力较强，学习成绩优异，具有严格的自律精神和浓厚的创新实践的积极性。

(1)实验硬件条件：杭电-Microchip创新孵化器实验室拥有示波器、电源、信号发生器、PC机等常规电路设计仪器设备，并拥有PIC单片机开发板，满足本项目的硬件研发条件。

(2)实验软件条件：杭电-Microchip创新孵化器实验室拥有MPLAB 、Altium Designer Summer 08、protel等电路设计软件，为本项目开发提供了充分的软件开发环境。

2〉实施该项目所具备优势

该项目结合最新电子信息产业发展动态，以物联网为基础达到节能、环保的目的，具有一定的市场竞争力和发展潜力。与传统电源插座相比，更能满足用户方便、快捷、节能的消费要求。

2.4项目计划目标

本项目拟采用多路传感器实时采集功耗参数，通过MCU对采集信号进行处理及传输，使用Wi-Fi和以太网互联的形式，将数据输出到服务器，用户访问web页即可完成实时监控电器的耗电情况，并能根据波形分辨出当前电源为哪种电器供电。

完成无线网控供电装置及能耗智能分析系统实物设计、调试，做出整个系统实物，为消费者及家电厂商提供详细的供电指导。