電器安全監(jiān)測(cè)及管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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(lái)便捷，也給我們的生活產(chǎn)生了許多困擾。因?yàn)椴灰?guī)范、不安全的使用電器造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失不可估量，因此設(shè)計(jì)了一款能夠?qū)崟r(shí)分析檢測(cè)用電器的裝置—電器安全監(jiān)測(cè)及管理系統(tǒng)。此系統(tǒng)通過自動(dòng)檢測(cè)光照、聲音和溫度，若檢測(cè)到無(wú)光無(wú)聲時(shí)且持續(xù)一段時(shí)間，判斷為無(wú)人，則自動(dòng)斷開用電器開關(guān)，保障用電器的安全;同時(shí)還可以通過檢測(cè)插座溫度，若溫度過高時(shí)，則自動(dòng)斷開電源，并及時(shí)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(lái)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(guó)家消防統(tǒng)計(jì)，在2020年全國(guó)消防共出火警25.2萬(wàn)起，共有1183余人死亡，傷775人，經(jīng)濟(jì)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(shí)的生活中，常常會(huì)出現(xiàn)很多忘關(guān)用電器電源的情況，從而會(huì)造成電能浪費(fèi)，且當(dāng)用電器電源長(zhǎng)時(shí)間不關(guān)閉，用電器和插座的溫度過高，便會(huì)引發(fā)火災(zāi)等一系列危險(xiǎn)情況發(fā)生，對(duì)人身安全和財(cái)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(duì)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(qiáng)檢測(cè)模塊、聲音檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊、短信語(yǔ)音模塊和主控器等五大模塊構(gòu)成，如圖1所示。光強(qiáng)檢測(cè)模塊、聲音檢測(cè)模塊、以及溫度檢測(cè)模塊主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)檢測(cè)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(shí)通過發(fā)送短信的方式提醒用戶，并及時(shí)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(jī)作為主要智能控制部件，利用光強(qiáng)檢測(cè)模塊以及聲控傳感器對(duì)室內(nèi)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別判斷室內(nèi)有無(wú)人員活動(dòng)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到為無(wú)人狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)斷開用電器電源，達(dá)到節(jié)約能源的目的;而在用電器長(zhǎng)時(shí)間使用后溫度會(huì)升高，溫度檢測(cè)模塊監(jiān)測(cè)到溫度達(dá)到一定值后自動(dòng)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(jì)

單片機(jī)是典型的嵌入式微控制器，由運(yùn)算器，控制器。輸入輸出設(shè)備等構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)。作為整個(gè)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(lái)改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)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(jī)控制的“自動(dòng)開關(guān)”，數(shù)字信號(hào)控制它的閉與開。制作材料具在特定波長(zhǎng)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(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，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(qiáng)檢測(cè)模塊的阻值迅速下降。通過實(shí)時(shí)檢測(cè)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(cè)模塊，其輸出電壓為攝氏溫標(biāo)。由于它采用內(nèi)部補(bǔ)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(jì)

當(dāng)用電器開啟一段時(shí)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(dòng)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(shí)間再次檢測(cè);同時(shí)光強(qiáng)度檢測(cè)模塊和聲控傳感模塊分別采集室內(nèi)光線強(qiáng)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(qiáng)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(dòng)斷開電源并發(fā)送信息給用戶，若檢測(cè)結(jié)果為有人狀態(tài)，則過一段時(shí)間再次檢測(cè)，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(cè)試

本設(shè)計(jì)的主要目的就是能實(shí)時(shí)檢測(cè)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(gè)安全的用電環(huán)境，實(shí)物如圖4所示。焊接好電路經(jīng)檢查無(wú)誤后開始進(jìn)行測(cè)試。

表1系統(tǒng)測(cè)試：

五、結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)通過各傳感器傳回的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)判斷室內(nèi)有無(wú)人員活動(dòng)，判斷因素主要有：光照、聲音。室內(nèi)若為一個(gè)黑暗環(huán)境，且聲音強(qiáng)度低于一定閥值并持續(xù)一段時(shí)間，系統(tǒng)則判斷當(dāng)前為無(wú)人狀態(tài);反之，則有人。讓人們能夠在繁忙而無(wú)聊的生活和工作中，減少了用電浪費(fèi)，同時(shí)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(yǔ)音模塊可實(shí)現(xiàn)在用戶忘記關(guān)閉用電器、插座處于高溫狀態(tài)時(shí)通過發(fā)送短信的方式提醒用戶，并及時(shí)斷電。從而達(dá)到節(jié)能、安全的效果;該系統(tǒng)使用簡(jiǎn)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(jì)、制造時(shí)必須遵照?qǐng)?zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)文件，嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)中的各項(xiàng)規(guī)定，家用電器的安全就有了可靠的保證。貫徹實(shí)施這一系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)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(yùn)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(cái)產(chǎn)安全。家用電器長(zhǎng)時(shí)間處于運(yùn)行狀態(tài)，其內(nèi)部線路很容易發(fā)生老化或損壞，甚至長(zhǎng)時(shí)間高溫狀態(tài)下家用電器發(fā)生自燃，如果不能及時(shí)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(cái)產(chǎn)安全，用電設(shè)備的正確使用及運(yùn)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(shí)也不斷提高，各方面的規(guī)范也在完善，用電安全事故確實(shí)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(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)了用電設(shè)備的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，故障報(bào)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(yùn)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(duì)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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