用電設備節能省電遠程控制系統

用電設備節能省電遠程控制系統

針對用電設備無人在場時仍處于開機狀態或待機狀態下的電能浪費現象，基于GSM和單片機研發一種能自動監測用電設備工作狀態并通過手機短信方式及時切斷電源的遠程控制系統。

電能是現代社會穩步持續發展的重要能源，然而，近年來“電荒”現象頻頻發生，究其原因縱然是多方面的，但主要的原因是我國電力發展整體上無法滿足當前國民經濟增長的需求。而且，隨著社會的進步，制造業、重化工業等各類產業的快速發展，電力消費將處于不斷上升的趨勢。各種各樣的電器為人們帶來方便的同時，也極大增加了家庭、集體單位乃至國家的用電量。所以，節能省電勢在必行，要珍惜每一度電，養成節約用電的好習慣，尤其要杜絕一些不必要的浪費。然而，諸如學校等公共場所，時常在無人的情況下，空調、電燈、電扇、多媒體等電器仍處于開機狀態，或者雖然關機了，但是很多時候也是處于待機狀態，幾乎所有的電器都存在待機功耗，所謂待機功耗是指在電器插頭插上插座（電器沒有使用）的情況下電器所消耗的電量，雖然只有幾瓦到幾十瓦，但是時間久了耗電量卻相當驚人。

針對上述電能的浪費現象，目前也有不少從節能省電角度出發，通過監測用電設備工作狀態并手動切斷電源等方式達到避免電能浪費的相關研究成果。但現有成果通常采用專用電量監測芯片和51單片機共同實現預期功能，這些技術雖然都能監測用電設備待機電流或電壓值，專用電量檢測芯片成本相對也較低，但是檢測精度和換算速度略顯不夠，同時，采用手動檢查手動切斷電源的方式在智能化與操作便捷程度上還不夠，對于無人在場時用電設備依然處于工作狀態，或者人離開之前忘記啟動監測系統檢查電器時，上述研發成果便顯得有些變束手無策了。

當前遠程控制常用的有電話控制，手機控制或者計算機網絡控制?，F在固定電話使用者越來越少，計算機網絡控制雖然功能強大但是成本代價高，而手機短消息的應用越來越普及，無論是在家電控制還是在工程控制上都發揮其成本低、控制距離遠和容易開發等優勢。因此，基于手機短信發送命令遠程操控硬件電路實現預期功能的遠程控制系統不斷涌現。

1）基于電容、電感、電阻、集成芯片等基礎電子元器件和手機SIM卡等設計一款用電設備工作狀態監測并遠程啟動切換開關的控制電路系統，借助漏電保護器里的互感器進行信息采樣，以電容降壓模式進行供電，以手機短信進行遠程控制。與現有方案相比，本方案不僅能現場啟動監測系統當場監測用電設備工作狀態并手工切斷電源以避免不必要的電能浪費，而且還可以通過手機短信的方式，遠程啟動監測系統并遠程切斷用電設備電源，整套系統操作方便、簡單，非常人性化，容易被大眾接受。

2）本電路產品主要用到以下元器件和部件：

如附圖1所示，整個系統以單片機為基礎，主要由手機短信控制模塊和自動監測模塊構成，以M0516LAN微控制器作為用電設備自動監測控制的核心模塊，其他電路組成它們的外圍作為獲取微控制器所需數據的插件，當監測是否有電器處于用電狀態時，微控制器通過電流互感器的接口采樣電流數據，并用運放組成的精密全波整流電路對采樣到的微小信號進行換算。以GSM手機短信作為系統遠程控制的核心模塊，當監測是否有用電設備處于工作狀態時，只需啟動控制系統，系統會自動監測并自動向控制端的手機發送對應信息，由控制者回發對應含義的代碼對用電設備的工作狀態進行控制。其中自動監測模塊主要包括：信號采樣、信號轉換、自動監測等電路模塊構成，手機短信遠程控制模塊主要由：短信驅動模塊開機檢測模塊、短信反饋模塊和短信遠程控制等模塊組成。

（1）信號采樣單元：

采樣的方法有很多，有電壓、電流、磁感應等等，該設

硬件電路設計

計采用電流互感器進行電流采樣，這種方法安裝簡單，測量的精度高，易于檢測和顯示小功率負載，如圖2所示，該電路中用的是JRCT102傳感器，這種傳感器安裝簡單，只需讓負載線單芯穿過即可。

該單元的關鍵部分是傳感器和單片機的匹配單元，傳感器得到的信號是毫伏級的交流信號，需要交流轉直流后再進行放大，這樣單片機才能得到適配的信號。

交流轉直流最簡單的方法是用二極管組成半波、全波和橋式整流，但這種方法在此不行，常見的二極管要導通兩端電壓必須高于它的自身壓降，通常整流二極管的壓降不低于0.4V，肖特基二極管也有0.2V以上。本發明作品中互感器通過小電流時輸出的電壓是毫伏級的，上述方法轉換時會屏蔽小電流的信號，因此，上述方法在本作品中行不通。第2種方法是先把傳感器得到的電流信號轉換成單極性的電壓信號，如圖3，這種方法電路簡單。在該電路中，首先互感器的采樣電流和負載電流是線性的固定比值。通過D1整流后得到的比值是同相的比例，在R12端就得到了直流的脈沖電壓。再通過后級的濾波和放大就可以得到線性的直流信號。該電路在實際運行測試中存在著它的缺點，電流電壓轉換后損耗較大。這樣對測量精度有很大的影響。

經過幾種方式的實驗，最后選擇用2個運放組成的經典精密整流電路。優點是可以在電阻R5上并聯濾波電容，電阻的匹配關系為R1=R2，R4=R5=2R3；可以通過R5來調節增益。后面再加了一個射級跟隨器用來阻抗匹配，如圖4。

（2）信號切換單元

該單元采用由CD4052組成的開關選擇電路組成，這樣可以使單片機通過少量的IO口檢測數量多的采樣通道。如圖5，在圖中采用2組4選1的方式切換通道，通過改變圖中A/B組成的地址線切換通道通過XH1，XH2采樣信號。

圖1 技術路線結構框圖

圖2

圖3

圖4

圖5

遠程控制單元

該單元是用手機或者電腦通過網絡傳輸，實現遠程查詢和控制。遠程控制分3個部分：外部手機或者電腦、室內通訊轉換中繼、室內終端分機。核心控制單元M0516LAN微控制器流程圖如圖6所示。

a）外部手機或者電腦：該單元是利用手機或者電腦通過網絡實現對家中的室內終端的使用和控制室內電器的運行，使用時只需打開一個專用的程序就可以實時顯示室內電器的工作狀態。

b）室內控制轉換中繼：該單元是通過上網模塊進行網絡連接，把外部手機和電腦的信號轉換成特殊數據輸送到控制中心，該單元還有一部分是控制中心和室內終端分機的數據轉換。

c）室內終端分機：該分機是根據室內的不同電器配套設計的，比如空調，用電流采樣檢測空調是否開啟，用室溫檢測檢測空調開啟模式，用模擬遙控器的控制方式控制空調。安裝方式采用類似充電器的小塑殼實現安裝方便。紅外傳輸的模式采用4個不同角度安裝的紅外發射管，通過直射不能直射的位置通過不同的角度利用墻面的反射傳輸到空調，實現可以的室內只要前面近距離沒有遮擋物體就可以安裝。按照空調的傳輸模式，對于可以遙控的電器均可以實現遠程控制。對于只需開和關的電器可以通過可控硅或者繼電器的開關關實現遠程控制

d）室內數據傳輸模式：對于室內，控制方式相對簡單、安裝也方便不會影響室內的環境。但傳輸是最難的，布線會嚴重影響室內的環境、通過無線傳輸功率小會受房間大小和房門和其他因數的影響，功率大會使整體耗電量增大。經對比，采用一種簡單又安裝方便的方式。用電力線載波的通訊方式。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.21.007