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物联网环境下智能插座的设计

更新时间：2019-12-11 15:54:47 大小：338K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：在线智能调度 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

实时反馈机制被普遍认为是一种有效的节能方式,同时物联网技术使这种方式变得更为舒适便捷.提出在物联网环境下使用智能插座来实现电能的实时反馈.详细介绍了构成智能插座的电源模块、电能传感模块、电器通断模块、存储模块、处理器和无线通信模块的设计.此外还对电源模块、无线通信模块、电能传感模块、以及实际的节能效果方面进行了测试验证.

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ISSN

计算机研究与发展

1000—12391CN 1I-1777[TP

and

Research

Journal

Computer

Development

47(Suppl．)：321—326。2010

物联网环境下智能插座的设计

金逸超1

孙力娟1’2

王汝传h2

黄海平1’2

1(南京邮电大学计算机学院南京210003)

2(南京邮电大学计算机技术研究所南京210003)

(．corn)

of Smart Power _StripBased on Internet of

Design

Things

Yicha01，Sun

Ruchuanl”。and

Posts and

Jin

Lijuanl～，Wang

Huang Haipin91t2

210003)

1(Collegeof Computer，Nanjing University of

2(Institute

Telecommunications，Nanjing

Posts and

210003)

Telecommunications，Nanjing

of Computer Technology，Nanjing University of

Abstract

Real—time feedback is

considered as aD efficient

to achieve

way

generally

energy

conservation，while Internet of

makes it more comfortable and convenient．This

things

proposes

paper

smart

detailed

switch

to realize real—time feedback of

based on Internet of

things．The

power strip

electricity usage

of the smart

design

power strip，including power module，energy sensing module，appliance

all

module，

module， microcontroller and wireless communication module，

storage

demonstrated．Besides，this

also

the verification of

module，wireless

power

paper

investigates

communication

Key

module，and the actual effect on

module，energy sensing

usage．

reducing energy

words real—time

conservation；internet of

feedback；energy

things；smart power strip

摘要实时反馈机制被普遍认为是一种有效的节能方式，同时物联网技术使这种方式变得更为舒适便

捷．提出在物联网环境下使用智能插座来实现电能的实时反馈．详细介绍了构成智能插座的电源模块、

电能传感模块、电器通断模块、存储模块、处理器和无线通信模块的设计．此外还对电源模块、无线通信

模决、电能传感模块、以及实际的节能效果方面进行了测试验证．

关键词实时反馈；节能；物联网；智能插座

中图法分类号TP2

要性[1]．美国奥柏林大学的研究人员通过实验发现

能耗的实时反馈机制，能够使整个学校的学生宿舍

在两周内减少32％的电能消耗【2]．德国学者在肯定

家用电器耗电量实时反馈机制对节能产生积极作用

的同时，也指出如何将这些实时信息更方便、集中地

展示给用户，并提供有效、便利的方式为用户进行节

能操作，才能形成更好的节电效果L3]．欧盟环境信息

电气革命的飞速发展不仅极大便利了人们的日

常生活，也对社会的供电能力提出了越来越高的要

求．一方面，如何满足Et益增长的电能需求量已经成

为当今世界公认的最棘手的问题之一；另一方面，仍

有大量的电能由于不良用电习惯而被浪费掉．

英国牛津大学环境学院在2006年的一份报告

中阐述了实时监控各个家用电器耗电量的意义和必

收稿日期：2010-09～08

基金项目：国家自然科学基金项目(60973139，60903181，60773041)；江苏省自然科学基金项目(BK2008451)；省级现代服务业发展专项基金

项目；国家和江苏省博士后基金项目(0801019C，20090451240，20090451241)；江苏高校科技创新计划基金项目(CX09B一153Z，

CX08B-086z)；江苏省六大高峰人才基金项目(2008118)；江苏省计算机信息处理技术重点实验室基金项目(2010)

万方数据

322

计算机研究与发展2010，47(增刊)

科学特别小组n1认为，信息与通信技术(ICT)将实

现这些功能，并在未来的环境与能源应用中发挥重

大作用．

电脑或手机等远程终端，通过Internet，在身份验证

后，获取其所关心区域各种电器的实时以及历史耗

电情况．此外，用户也可以通过这些远程终端，命令

智能插座进行通断操作，或设定智能插座的开关阈

值．理论上，只要服务器的功能足够强大，该系统可

以同时对数万甚至更多的区域进行电器的电能监控

与此同时，物联网概念的提出被视为信息通信

技术发展的重要里程碑哺]．欧洲智能系统集成技术

组织(EPoSS)认为物联网将在未来生活的多个方面

包括节能应用上发挥巨大作用[6]．如何将物联网与

能耗的实时反馈结合起来将成为节能减排的一个新

的切入点．

000

和实时反馈．而每个区域可以同时监控多达65

个智能插座．

本文将着重介绍智能插座的设计与实现，而面

向Internet的无线传感器网络网关的研究、设计与

实现在文献[7]中我们已经作了详细的阐述．

在此基础上，本文提出一种物联网环境下的无

线智能插座设计方案，使其拥有传统电源插座功能

外，同时具有无线通信能力、耗电量感知能力以及自

动通断能力．在物联网环境下，智能插座将各个电器

的耗电量信息实时反馈给用户，用户也能随时开关

插座，实现插座与用户的对话，从而达到节能的目

的．此外，智能插座具有的网络自组织特性，使其对

用户完全透明，用户在实际使用中，无论是在外观还

是操作上，都完全无需改变原有的使用习惯．

2详细设计

2．1

总体框架

智能插座的设计主要涉及到电源模块、电能传

感模块、电器通断模块、存储模块、处理器及无线通

信模块5大模块．图2在给出这些功能模块的同时，

也指出了这些模块间的相互关系．

系统总览

处理器及

电器通断模块

无线通信模块

在图1系统中各个电器分别将各自的电源连接

到智能插座上以获得供电．智能插座上电后即可自

主形成小区域内基于ZigBee的无线网络；同样地，

任何智能插座断电后，它也会自动退出该网络．同时

智能插座通过电能传感器实时感知对应电器消耗的

电能，并将该信息发送至网关，再由网关通过Internet

上传到网络服务器．用户无论在何时何地都能使用

—[

电能传感模块

存储模块

电源模块

图2智能插座功能模块框图

其中电源模块主要负责将交流市电转化为稳定

的直流电压为其余4个模块供电；电能传感模块感

知实时耗电量，并将其转化为相应的电信号传送给

处理器识别；电器通断模块在处理器的控制下，完成

对目标电器供电的通断功能；处理器可以通过存储

模块读写总耗电量、电器标识、开关阈值等信息；处

理器及无线通信模块作为整个系统的核心，负责协

调各模块间正常运作，并完成无线通信和无线组网

功能．

2．2

电源模块

在电源模块的设计上，由于智能插座的总耗电

量不超过100 mA(电能传感模块<10mA，电器通

断模块<30 mA，存储器模块<5 mA，处理器及无线

通信模块<30 mA，余量<25 mA)．因此我们选取具

有转换效率高、体积小等优点的小功率开关电源．

本方案以AC／DC电源控制芯片AP3706为核

心，图3给出电源模块电路设计方案．这是一个反激

式开关电源．交流市电首先通过一个用于抑制突人

图1 物联网环境下电能监控系统总体框架

万方数据

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