基于Wi-Fi的節(jié)能型電源轉(zhuǎn)換器在住宅建筑中的應(yīng)用研究

紀(jì)祥和 / 張 強

(山東同圓設(shè)計集團有限公司，山東 濟南 250101)

基于Wi-Fi的節(jié)能型電源轉(zhuǎn)換器在住宅建筑中的應(yīng)用研究

紀(jì)祥和 / 張 強

(山東同圓設(shè)計集團有限公司，山東 濟南 250101)

針對目前的科技形勢以及存在的電能浪費問題，提出一種在線式遠(yuǎn)程控制電源轉(zhuǎn)換器的設(shè)計方法。在保持住宅原有電氣線路設(shè)計的前提下，增加一個節(jié)能型電源轉(zhuǎn)換器，可通過手機APP實現(xiàn)遠(yuǎn)程通斷轉(zhuǎn)換器電源，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制電源切斷功能，以達(dá)到節(jié)能的目的。

Wi-Fi 節(jié)能 電源轉(zhuǎn)換器

0 引言

由于人們主觀上認(rèn)為家用電器在待機時不耗電，養(yǎng)成了在使用完電器后不關(guān)閉電源的不良使用習(xí)慣。事實上，大部分家用電器在待機時仍然具有待機功耗[1]，且功耗非常大。再聯(lián)想到目前存在的另一個問題——電氣設(shè)備遺漏關(guān)閉，尤其是臺燈、電氣炊具等。所以，如何節(jié)省這一部分電能是當(dāng)前的一個難題。

當(dāng)今社會，依托于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)正如火如荼地發(fā)展，智能化手機應(yīng)用的普及率也屢創(chuàng)新高，因此，如何使智能化手機和物聯(lián)網(wǎng)[2]技術(shù)有效結(jié)合，實現(xiàn)各領(lǐng)域的節(jié)能[3]也是一個新興的科技趨勢。

針對目前的科技形勢以及存在的電能浪費問題，本文提出一種在線式遠(yuǎn)程控制電源轉(zhuǎn)換器的設(shè)計方法。在保持住宅原有電氣線路設(shè)計的前提下，增加一個節(jié)能型電源轉(zhuǎn)換器，通過手機APP遠(yuǎn)程通/斷轉(zhuǎn)換器電源，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制電源切斷功能，以達(dá)到節(jié)能目的。本節(jié)能型電源轉(zhuǎn)換器控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 節(jié)能型電源轉(zhuǎn)換器控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖1中，1為主控制板，2為 Wi-Fi終端模塊，3為電源指示燈，4為電源轉(zhuǎn)換器受控相線。

1 技術(shù)分析

1.1 單片機應(yīng)用技術(shù)

單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，其應(yīng)用已經(jīng)滲透到生活的各個領(lǐng)域。本研究采用單片機作為主控芯片，結(jié)合不同的傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，同時利用相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)對目標(biāo)設(shè)備的控制。

1.2 建筑電氣技術(shù)

本研究以《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》為基礎(chǔ)，在保留了原有電氣設(shè)計方案的前提下，對現(xiàn)有電源轉(zhuǎn)換器進行改造，通過其與家庭無線路由器的結(jié)合使用，達(dá)到家庭用電節(jié)能的目的。

1.3 Wi-Fi技術(shù)

Wi-Fi[4-5]是一種可以將個人電腦、手持設(shè)備(如PAD、手機等)等終端以無線方式互相連接的技術(shù)。簡單來說就是IEEE802.11b的別稱，它是一種短程無線傳輸技術(shù)，能夠在數(shù)百英尺范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無線電信號。隨著技術(shù)的發(fā)展以及IEEE802.11a、IEEE802.11g等標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)， IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)已被統(tǒng)稱為Wi-Fi，是由AP(無線網(wǎng)絡(luò)接入點)和無線網(wǎng)卡組成的無線網(wǎng)絡(luò)。在開放區(qū)域，通訊距離可達(dá)305m；在封閉區(qū)域，通訊距離為76～122m，方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)整合，組網(wǎng)成本低。本研究應(yīng)用Wi-Fi終端模塊與家庭無線路由器組網(wǎng)，通過APP無線遠(yuǎn)程訪問，向Wi-Fi終端模塊發(fā)送指令，通過控制電路切換輸出的開關(guān)信號。

2 節(jié)能型電源轉(zhuǎn)換器方案設(shè)計

本設(shè)計研究為解決家庭用電設(shè)備的待機耗電和遺漏關(guān)閉問題，提出了一種基于Wi-Fi對電源轉(zhuǎn)換器進行遠(yuǎn)程操作的控制方法，通過與之配套的手機APP，在連入互聯(lián)網(wǎng)的前提下，可隨時隨地對電源轉(zhuǎn)換器的電源進行通斷控制，以切斷電源轉(zhuǎn)換器上設(shè)備的電源，從而實現(xiàn)節(jié)能。

2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

本控制系統(tǒng)包括終端APP、云端服務(wù)器、家庭無線路由器和嵌入到電源轉(zhuǎn)換器中的Wi-Fi信號處理與控制器。在接入互聯(lián)網(wǎng)的前提下，本系統(tǒng)配套的終端APP發(fā)出開關(guān)信號，該信號通過云端服務(wù)器經(jīng)家庭無線路由器傳至Wi-Fi信號處理與控制器，經(jīng)過信號采集與識別，控制器發(fā)出開/關(guān)指令以控制電源轉(zhuǎn)換器。

電源轉(zhuǎn)換器相線進線端接控制電路繼電器J1的受控線路進線端子，相線受控出線端接繼電器的常開觸點；主控芯片CPU控制信號輸出端DO0經(jīng)光耦隔離器接繼電器J1的控制端子。Wi-Fi終端模塊集成到主控板上，其輸出信號線接主控CPU的輸入端。

主控制板包括微處理器(微處理器可以是單片機)，分別與Wi-Fi終端模塊、電源轉(zhuǎn)換器受控相線連接；微處理器根據(jù)Wi-Fi終端模塊所傳輸?shù)男盘柾ㄟ^繼電器控制回路對繼電器的線圈進行控制，從而控制受控相線的通/斷；主控制板由受控相線進線端供電，可保持其供電連續(xù)性，其上設(shè)有電源指示燈。

如圖2所示，為繼電器輸出控制電路，該電路利用繼電器作為系統(tǒng)輸出到輸出驅(qū)動級之間的第一級執(zhí)行機構(gòu)，通過繼電器輸出可完成從低壓直流到高壓交流的過渡，繼電器通過光耦可實現(xiàn)對交流接觸器線圈的控制。

圖2 繼電器輸出控制電路

2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

本設(shè)計的操作步驟為1)開始，初始化；2)CPU讀取數(shù)組中的ON/OFF標(biāo)志位信號；3)執(zhí)行開關(guān)指令；4)重定義數(shù)組中ON/OFF標(biāo)志位，反饋當(dāng)前狀態(tài)至APP；5)返回2)。

其軟件操作流程如圖3～4所示：1)主控制板1獲取遠(yuǎn)程APP經(jīng)Wi-Fi終端模塊傳輸來的開關(guān)信號；2)CPU將上傳的信息進行分析處理，對數(shù)組中的開關(guān)標(biāo)志位進行賦值； 3)CPU發(fā)出的指令通過繼電器控制回路控制受控相線的通/斷；4)控制指令完成后，CPU將當(dāng)前受控相線的通/斷狀態(tài)發(fā)送至Wi-Fi終端模塊，通過已接入以太網(wǎng)的無線路由器將該狀態(tài)信息反饋至遠(yuǎn)程APP，以實現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換器的當(dāng)前狀態(tài)和APP所顯示的狀態(tài)一致。

圖3 節(jié)能型電源轉(zhuǎn)換器主控程序

圖4 節(jié)能型電源轉(zhuǎn)換器中斷處理程序

3 結(jié)束語

本設(shè)計研究成果在不影響用戶正常生活的前提下解決了因用戶遺漏關(guān)閉或電器待機造成的電能浪費。特別是在家用電器的種類和數(shù)量越來越多的情況下，應(yīng)用本研究的控制策略，既為用戶提供了方便，豐富了智能化體驗，又避免了不必要的能源浪費，實現(xiàn)了節(jié)能。

[1] 陳利君. 關(guān)于設(shè)計待機功耗測試能力驗證樣品的探討[J]. 信息通信，2014(9)：9-10.

[2] 紀(jì)祥和. 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下家庭節(jié)能控制裝置研究與實現(xiàn)[D].山東建筑大學(xué)，2014.

[3] 劉耀華. 電氣節(jié)能技術(shù)與電力新能源的發(fā)展應(yīng)用[J]. 低碳世界，2016(7)：38-39.

[4] 張?zhí)毂? WIFI技術(shù)的應(yīng)用與展望[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2014(3)：98-99.

[5] 宋璐璐. WIFI技術(shù)的優(yōu)勢及發(fā)展分析[J]. 電子世界，2015(2)：91-92.

紀(jì)祥和

現(xiàn)就職于山東同圓設(shè)計集團有限公司。

張 強

現(xiàn)就職于山東同圓設(shè)計集團有限公司。

充電模塊組的輸出端是否可以只用一個熔斷器? 是否可以只用一個直流接觸器?

國標(biāo)NB/T 18487.1-2015給出的充電系統(tǒng)原理圖上有兩個直流接觸器。

第一 ,如果只有一個直流接觸器,比如只有正極有接觸器,那么正極接觸器靠近樁體一側(cè)的絕緣強度下降,出現(xiàn)正極接地的情況,而負(fù)極一直沒有斷開,負(fù)極對地就有一個直流高壓,如果人體接觸負(fù)極時就會出現(xiàn)安全事故;在充電槍的使用中負(fù)極也出現(xiàn)接地,此刻就會出現(xiàn)對地短路。

第二,在充電自檢時直流接觸器正常,但是在斷開時未能斷開,而且此時模塊也沒有及時關(guān)機,在只有一個接觸器情況下,槍口就有高壓直流了。

因此,使用兩個接觸器能夠降低出現(xiàn)安全事故的概率,減少形成短路回路和充電槍口帶高壓直流電的機率。設(shè)計時應(yīng)使用一個直流接觸器，做好其他的絕緣、短路、接觸器的保護邏輯,也能達(dá)到同樣的效果。

熔斷器在國標(biāo)中沒有明確規(guī)定,因為在距離主回路不遠(yuǎn)處有一個熔斷點即可,在發(fā)生不可控的大電流情況下,能夠把熔斷器燒斷。

來源：電動汽車資源網(wǎng)

Application Research of the Energy-saving Power Converter based on Wi-Fi in the Residential Building

Ji Xianghe / Zhang Qiang

In view of the present situation of science and technology and the waste of electric energy, a design method of on-line remote control the power converter is proposed. In the premise of main taining the original electrical circuit design, adding a energy-efficient power converter, which realizing the remote control of the power cut off through the mobile phone APP, achieving the purpose of energy saving.

Wi-Fi, energy saving, power converter