家电电能消耗监控设备及系统

chengts95

参赛项目：家电电能消耗监控设备及系统   

参赛组员： 1人
chengts95-东南大学电气工程学院大二学生-硬件设计、单片机程序设计、焊接组装、监控软件、数据库系统以及web前端开发
            
作品简介：

　　在大力倡导“低碳生活”的时代，越来越多的人关心他们的电力消耗状况。在这个背景下，智能家居概念被提出。近年来，在这个领域很多专业公司、团体都以极大的热情投入研究和开发工作。如: eclipse基金会的smarthouse,苹果的HomeKit平台。

家电电力消耗监控是智能家居基础环节。我们取这个基本环节为智能家居研究的开始点设计-家电电能消耗监控设备。用户只要将我们的测量设备插入墙上的插座和家电之间，就可以测量出被测家电的电力使用情况。我们的设备实时计算输出下列数据:

•         电压有效值（V）、电流有效值（A）
• 有功功率（W）、视在功率（VA）、功率因数、能源消耗(kWh)
  
  

     在测量的基础上,我们的设备中还配置了继电器，可以本地或远程控制电源的开关，实现对设备的控制。我们的设备可以集成家庭电力消耗监控网络，构成智能家居。

测量原理：交流电基本概念

在正弦交流电路中，电压、电流和功率定义如下：

    u(t)=Ucos(wt)

　  i(t)=Icos(wt)

     p(t)=u(t)i(t)=UIcos(wt)cos(wt-θ)

有功功率P，是负载实际消耗的能量。它是电力公司向家庭用户收费的部分。它可以表示为：

　　 P=Urms*Irms*cos(θ)

无功功率Q，是在电感和电容负载中来回流动的能量。总体上说，无功功率不被消耗。它可以表示为：

　　 Q=Urms*Irms*sin(θ)

两者合在一起，有功功率和无功功率构成复功率，是复数。它是电力公司提供的实际功率。可以表示成：

　　S=P+jQ

复功率的幅值称为视在功率|S|，单位为伏安(VA)。

功率因数PF，是效率的量度，定义为：

       PF=P/|S|          

      

测量电路：

　　监视家电电力消耗情况的关键测量参数是：电压和电流。交流电的电压和电流测量方法很多，其中，基于霍尔电流传感的测量方法是被使用广泛的一类方法。但是霍尔元件的精度并不高。所以，我们不使用基于霍尔电流传感器测量方法，而根据欧姆定律，使用以简单电子元件-电阻为基础的测量方法：

　　1）电压测量：用一组非常大电阻（如1MΩ）和一个相对很小的电阻（如1kΩ）串联接在在火线和零线之间，通过测量小电阻上的压降推算零线与火线间电压，实现安全可靠的间接测量大电压的目标。

　　2）电流测量：在零线中插入一个非常小电阻值的感应电阻。流经小电阻的电流在起两端产生很小的电压差.通过测量小电压，应用欧姆定律计算测量电流。

　　所有测量信号经光耦光电隔离后进入单片机计算交流电参数。接在火线上的继电器，用来控制电源的接通和断开。

图１ 测量原理图

监控系统软件：

                  

  PC监控程序采用C#实现。和单片机串口通讯有关的数据和操作由一个C#程序集完成。ＰＣ端程序通过调用这个程序集和单片机的进行数据交换等操作，然后，将数据结果通过软件界面上的表格，图形等方式展示给用户。

  除此之外，还开发了一套简单的实时数据库系统可实现海量历史数据存储并提供web实时监控以及历史数据查询的功能。

  当然也可以通过python开发的采集程序向yeelink发送数据,并通过yeelink控制继电器开关。

联系方式：

chengts95@163.com

预计完成时间：
已完成（2014年8月中旬）。

wsy0315

坐等开源