電器安全監(jiān)測及管理系統(tǒng)的設(shè)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(chǎn)生了許多困擾。因為不規(guī)范、不安全的使用電器造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失不可估量，因此設(shè)計了一款能夠?qū)崟r分析檢測用電器的裝置—電器安全監(jiān)測及管理系統(tǒng)。此系統(tǒng)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(xù)一段時間，判斷為無人，則自動斷開用電器開關(guān)，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(dá)到節(jié)能安全用電的目的。

【關(guān)鍵詞】電器;節(jié)能;管理系統(tǒng)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，用電器的智能化、多樣化程度越來越高，在電能大數(shù)據(jù)背景下，我們更多考慮是怎么節(jié)能并且安全的使用電器。根據(jù)2020年國家消防統(tǒng)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(jīng)濟損失達(dá)40.09億元，因電器引起的火災(zāi)占比高達(dá)33.6%，所以安全的使用電器已經(jīng)變得尤為重要。在平時的生活中，常常會出現(xiàn)很多忘關(guān)用電器電源的情況，從而會造成電能浪費，且當(dāng)用電器電源長時間不關(guān)閉，用電器和插座的溫度過高，便會引發(fā)火災(zāi)等一系列危險情況發(fā)生，對人身安全和財產(chǎn)也造成一定的損失。因此，為了避免這些不良情況的發(fā)生，我們對該系統(tǒng)有了進(jìn)一步的研究，開發(fā)出更完善的系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)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(gòu)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(fù)責(zé)實時檢測并控制電器用電;短信通訊模塊負(fù)責(zé)在用戶忘記關(guān)閉用電器、插座處于高溫狀態(tài)時通過發(fā)送短信的方式提醒用戶，并及時斷電;主控器模塊負(fù)責(zé)輸出控制和數(shù)據(jù)的處理。

就目前電器用電的現(xiàn)狀，該系統(tǒng)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(nèi)信號進(jìn)行識別判斷室內(nèi)有無人員活動，當(dāng)監(jiān)測到為無人狀態(tài)時，自動斷開用電器電源，達(dá)到節(jié)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(jiān)測到溫度達(dá)到一定值后自動斷開電源并發(fā)送信息給用戶，從而判斷室內(nèi)的環(huán)境，限制電器的使用。

二、硬件設(shè)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(shè)備等構(gòu)成，相當(dāng)于一個微型的計算機。作為整個系統(tǒng)的主控模塊。穩(wěn)壓器模塊是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵芯（磁芯）。主要功能有：電壓轉(zhuǎn)換、穩(wěn)壓等。繼電器，就是“開關(guān)”，是由單片機控制的“自動開關(guān)”，數(shù)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(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)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(fù)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(tǒng)環(huán)境的噪音大小，并將數(shù)據(jù)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(biāo)。由于它采用內(nèi)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(zhǔn)處理，就擁有較高的準(zhǔn)確度。LM35和ARDUION的連接電路如圖2所示。

三、軟件設(shè)計

當(dāng)用電器開啟一段時間后，溫度傳感模塊將采集當(dāng)前總開關(guān)的溫度并傳給主控，主控判斷溫度是否達(dá)到最高耐溫溫度，如果達(dá)到最高耐溫溫度，則自動斷開開關(guān)并發(fā)送信息給用戶，若沒有達(dá)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(nèi)光線強度并和室內(nèi)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(dá)到室內(nèi)沒有人的范圍，如果達(dá)到?jīng)]有人的范圍，則自動斷開電源并發(fā)送信息給用戶，若檢測結(jié)果為有人狀態(tài)，則過一段時間再次檢測，以此達(dá)到節(jié)能、安全的目的。主流程由圖3所示。

四、系統(tǒng)測試

本設(shè)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(huán)境等參數(shù)，讓人們能夠有一個安全的用電環(huán)境，實物如圖4所示。焊接好電路經(jīng)檢查無誤后開始進(jìn)行測試。

表1系統(tǒng)測試：

五、結(jié)語

系統(tǒng)通過各傳感器傳回的數(shù)據(jù)實時判斷室內(nèi)有無人員活動，判斷因素主要有：光照、聲音。室內(nèi)若為一個黑暗環(huán)境，且聲音強度低于一定閥值并持續(xù)一段時間，系統(tǒng)則判斷當(dāng)前為無人狀態(tài);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(shù)。系統(tǒng)通過短信語音模塊可實現(xiàn)在用戶忘記關(guān)閉用電器、插座處于高溫狀態(tài)時通過發(fā)送短信的方式提醒用戶，并及時斷電。從而達(dá)到節(jié)能、安全的效果;該系統(tǒng)使用簡單、成本低、易推廣。

家用電器產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)，是為了保證人身安全和使用環(huán)境不受任何危害而制定的，是家用電器產(chǎn)品在設(shè)計、制造時必須遵照執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)文件，嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)中的各項規(guī)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(biāo)準(zhǔn)，對提高產(chǎn)品質(zhì)量及其安全性能將產(chǎn)生極大影響，在電力系統(tǒng)領(lǐng)域，家用電設(shè)備的安全運行，不僅關(guān)系到電器設(shè)備本身使用壽命，更關(guān)系到使用人員的生命、財產(chǎn)安全。家用電器長時間處于運行狀態(tài)，其內(nèi)部線路很容易發(fā)生老化或損壞，甚至長時間高溫狀態(tài)下家用電器發(fā)生自燃，如果不能及時進(jìn)行處理，很容易易發(fā)火災(zāi)，嚴(yán)重威脅人們的生命財產(chǎn)安全，用電設(shè)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(guān)注的內(nèi)容。

隨著用電設(shè)備自我故障保護(hù)功能的不斷完善，人們使用設(shè)備的安全防護(hù)意識也不斷提高，各方面的規(guī)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(dāng)前用電安全現(xiàn)狀，用電設(shè)備的穩(wěn)定可靠對國民經(jīng)濟的重要性，明確了用電設(shè)備使用過程中的安全性要求，提出了基于多形式網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接方式的用電設(shè)備安全監(jiān)控策略，實現(xiàn)了用電設(shè)備的實時在線監(jiān)測，故障報警及事故原因分析，安全隱患的事前預(yù)警，從根本上解決了設(shè)備用電安全性問題。減少設(shè)備或線路事故發(fā)生，提高設(shè)備或線路的安全運行能力。減少材料損耗，節(jié)約維護(hù)成本。減少人員用電事故發(fā)生，保證用電人員人身安全。結(jié)果表明此系統(tǒng)理論的研究與應(yīng)用對電器設(shè)備的用電安全及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要意義。

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