電器安全監測及管理系統的設計

王璞 林潔 陶玉梅 涂翠蓉 楊松 王橋

【摘 要】在日常生活中，電器不僅給我們的生活帶來便捷，也給我們的生活產生了許多困擾。因為不規范、不安全的使用電器造成的人員傷亡和財產損失不可估量，因此設計了一款能夠實時分析檢測用電器的裝置—電器安全監測及管理系統。此系統通過自動檢測光照、聲音和溫度，若檢測到無光無聲時且持續一段時間，判斷為無人，則自動斷開用電器開關，保障用電器的安全;同時還可以通過檢測插座溫度，若溫度過高時，則自動斷開電源，并及時通知該用電器的用戶。以此達到節能安全用電的目的。

【關鍵詞】電器;節能;管理系統

隨著物聯網技術的快速發展，用電器的智能化、多樣化程度越來越高，在電能大數據背景下，我們更多考慮是怎么節能并且安全的使用電器。根據2020年國家消防統計，在2020年全國消防共出火警25.2萬起，共有1183余人死亡，傷775人，經濟損失達40.09億元，因電器引起的火災占比高達33.6%，所以安全的使用電器已經變得尤為重要。在平時的生活中，常常會出現很多忘關用電器電源的情況，從而會造成電能浪費，且當用電器電源長時間不關閉，用電器和插座的溫度過高，便會引發火災等一系列危險情況發生，對人身安全和財產也造成一定的損失。因此，為了避免這些不良情況的發生，我們對該系統有了進一步的研究，開發出更完善的系統。

一、系統構成

系統主要由光強檢測模塊、聲音檢測模塊、溫度檢測模塊、短信語音模塊和主控器等五大模塊構成，如圖1所示。光強檢測模塊、聲音檢測模塊、以及溫度檢測模塊主要負責實時檢測并控制電器用電;短信通訊模塊負責在用戶忘記關閉用電器、插座處于高溫狀態時通過發送短信的方式提醒用戶，并及時斷電;主控器模塊負責輸出控制和數據的處理。

就目前電器用電的現狀，該系統以Arduino單片機作為主要智能控制部件，利用光強檢測模塊以及聲控傳感器對室內信號進行識別判斷室內有無人員活動，當監測到為無人狀態時，自動斷開用電器電源，達到節約能源的目的;而在用電器長時間使用后溫度會升高，溫度檢測模塊監測到溫度達到一定值后自動斷開電源并發送信息給用戶，從而判斷室內的環境，限制電器的使用。

二、硬件設計

單片機是典型的嵌入式微控制器，由運算器，控制器。輸入輸出設備等構成，相當于一個微型的計算機。作為整個系統的主控模塊。穩壓器模塊是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，主要構件是初級線圈、次級線圈和鐵芯（磁芯）。主要功能有：電壓轉換、穩壓等。繼電器，就是“開關”，是由單片機控制的“自動開關”，數字信號控制它的閉與開。制作材料具在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使GY-39光強檢測模塊的阻值迅速下降。通過實時檢測系統環境的噪音大小，并將數據傳給主控分析、處理。LM35溫度檢測模塊，其輸出電壓為攝氏溫標。由于它采用內部補償，所以輸出可以從0℃開始。LM35有多種不同封裝型式。在常溫下，LM35 不需要額外的校準處理，就擁有較高的準確度。LM35和ARDUION的連接電路如圖2所示。

三、軟件設計

當用電器開啟一段時間后，溫度傳感模塊將采集當前總開關的溫度并傳給主控，主控判斷溫度是否達到最高耐溫溫度，如果達到最高耐溫溫度，則自動斷開開關并發送信息給用戶，若沒有達到最高耐溫溫度，則過一段時間再次檢測;同時光強度檢測模塊和聲控傳感模塊分別采集室內光線強度并和室內聲音分貝并將其傳給主控，主控判斷光照和聲音強度是否達到室內沒有人的范圍，如果達到沒有人的范圍，則自動斷開電源并發送信息給用戶，若檢測結果為有人狀態，則過一段時間再次檢測，以此達到節能、安全的目的。主流程由圖3所示。

四、系統測試

本設計的主要目的就是能實時檢測到用電器在光照、聲音、溫度環境等參數，讓人們能夠有一個安全的用電環境，實物如圖4所示。焊接好電路經檢查無誤后開始進行測試。

表1系統測試：

五、結語

系統通過各傳感器傳回的數據實時判斷室內有無人員活動，判斷因素主要有：光照、聲音。室內若為一個黑暗環境，且聲音強度低于一定閥值并持續一段時間，系統則判斷當前為無人狀態;反之，則有人。讓人們能夠在繁忙而無聊的生活和工作中，減少了用電浪費，同時也大大的提高了用戶的用電安全系數。系統通過短信語音模塊可實現在用戶忘記關閉用電器、插座處于高溫狀態時通過發送短信的方式提醒用戶，并及時斷電。從而達到節能、安全的效果;該系統使用簡單、成本低、易推廣。

家用電器產品安全標準，是為了保證人身安全和使用環境不受任何危害而制定的，是家用電器產品在設計、制造時必須遵照執行的標準文件，嚴格執行標準中的各項規定，家用電器的安全就有了可靠的保證。貫徹實施這一系列國家標準，對提高產品質量及其安全性能將產生極大影響，在電力系統領域，家用電設備的安全運行，不僅關系到電器設備本身使用壽命，更關系到使用人員的生命、財產安全。家用電器長時間處于運行狀態，其內部線路很容易發生老化或損壞，甚至長時間高溫狀態下家用電器發生自燃，如果不能及時進行處理，很容易易發火災，嚴重威脅人們的生命財產安全，用電設備的正確使用及運行過程中的安全可靠，一直是人們普遍關注的內容。

隨著用電設備自我故障保護功能的不斷完善，人們使用設備的安全防護意識也不斷提高，各方面的規范也在完善，用電安全事故確實得到一定程度的減少，但并沒有從根本上得到遏制。本文分析了當前用電安全現狀，用電設備的穩定可靠對國民經濟的重要性，明確了用電設備使用過程中的安全性要求，提出了基于多形式網絡聯接方式的用電設備安全監控策略，實現了用電設備的實時在線監測，故障報警及事故原因分析，安全隱患的事前預警，從根本上解決了設備用電安全性問題。減少設備或線路事故發生，提高設備或線路的安全運行能力。減少材料損耗，節約維護成本。減少人員用電事故發生，保證用電人員人身安全。結果表明此系統理論的研究與應用對電器設備的用電安全及電力系統的穩定具有重要意義。

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