當(dāng)前位置:首頁 > 物聯(lián)網(wǎng) > 《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》雜志
[導(dǎo)讀]摘 要:隨著家用電器逐漸增多,節(jié)約用電、家庭能耗管控顯得愈發(fā)重要??紤]到市面上現(xiàn)有插座的固定性和單一性,文中提出一種基于創(chuàng)新型、結(jié)構(gòu)化理念設(shè)計的智能插座,將物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算等技術(shù)進(jìn)行融合,使其具有能耗計量、AI 學(xué)習(xí)、智能控制、數(shù)據(jù)分析、安全預(yù)警、社交娛樂等功能。設(shè)計采用STM32F107作為主控芯片,利用WiFi,Bluetooth等技術(shù)搭建無線傳感器網(wǎng)絡(luò),用戶可通過個人電腦和手機(jī)實現(xiàn)用電設(shè)備的能耗管理和安全控制。

引 言

由于人們生活水平的不斷提高,越來越多的普通民眾購買了各式各樣的家用電器,但隨著家用電器的過度涌現(xiàn),致使生活矛盾凸顯。比如由于電視機(jī)和空調(diào)遙控器的紅外編碼不同,導(dǎo)致遙控器之間無法通用 [1-2] ;由于通信組件較為單一,一旦發(fā)生故障,就會令整個通信部分出現(xiàn)故障,遙控器無法使用。因此,終端通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一已成為人們的迫切愿望,但在諸多廠商利益沖突和節(jié)約成本的前提下,很難在現(xiàn)有技術(shù)水平下實現(xiàn)傳統(tǒng)家電的智能化和統(tǒng)一控制。

近幾年,由于智能家居的大力推廣,市場上涌現(xiàn)出了大量智能設(shè)備,新技術(shù)的出現(xiàn)未考慮舊家電的接口,導(dǎo)致新舊家電通信協(xié)議不匹配。因此人們迫切需要一種智能設(shè)備來實現(xiàn)對所有或絕大多數(shù)家用電器的智能化和統(tǒng)一控制。

本文設(shè)計的智能插座安裝便捷、使用方便、配置靈活, 可快速通過互聯(lián)網(wǎng)接入云服務(wù)平臺,為用戶推送各項能耗數(shù)據(jù),提供用能控制策略,分享和交流節(jié)能經(jīng)驗。同時,為政府和管理部門提供數(shù)據(jù)接口,從而改善諸多行業(yè)的節(jié)能管理水平?!靶〔遄竽芰俊?,物聯(lián)網(wǎng) WiFi插座將為“全民節(jié)能”事業(yè)添磚加瓦。

1 硬件設(shè)計

能耗管控型物聯(lián)網(wǎng)WiFi 插座的硬件架構(gòu)如圖 1 所示。物聯(lián)網(wǎng) WiFi 插座設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)由傳感器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、主控芯片、服務(wù)器、個人手機(jī)和 PC 端組成。其工作原理是將傳感器系統(tǒng)所采集的能耗數(shù)據(jù)和用戶操作數(shù)據(jù)通過無線通信模塊將信息傳輸至主控芯片STM32F107,然后將接收到的數(shù)據(jù)與原數(shù)據(jù)庫做對比[3],分析能源消耗是否正常,之后再將比對結(jié)果上傳至云平臺或服務(wù)器中。用戶可通過個人手機(jī)或 PC 端登錄服務(wù)器和云平臺進(jìn)行實時查詢。還可通過服務(wù)器對控制系統(tǒng)發(fā)送命令,實現(xiàn)開關(guān)插座、電源保護(hù)等功能。主控芯片由控制模塊、通信模塊和傳感器組成,控制模塊主要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)存儲、信息處理和用戶操作的管理,通過數(shù)據(jù)平臺為用戶提供能耗管理的方案和處理建議,用戶可利用現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施,在任何時間、地點通過手機(jī)或 PC 實現(xiàn)實時查詢和控制。

基于STM32F107的能耗管控型物聯(lián)網(wǎng)WiFi插座的設(shè)計

1.1 傳感系統(tǒng)

無線通信模塊(WiFi 模塊,藍(lán)牙模塊)和無線模塊(RF 無線模塊)是指由 DSP 技術(shù)和無線電技術(shù)實現(xiàn)的高性能專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸無線電模塊。無線模塊可擴(kuò)展到諸多系統(tǒng),工業(yè)控制開關(guān)容量 I/O 設(shè)備,模擬數(shù)量獲取和控制設(shè)備。從最早使用的關(guān)鍵代碼、電報、模擬無線電模塊和無線調(diào)制解調(diào)器,到目前的數(shù)字無線電模塊和 DSP 軟件無線電,傳輸信號也從代碼、低速數(shù)據(jù)(300 ~1 200 bps)發(fā)展到高速數(shù)據(jù)(N*64K ~ N*E1)[4]。

紅外模塊是指兩種驅(qū)動模式,即電平和脈沖。一個獨立的光電傳感器由紅外線電子管陣列組成,該傳感器能夠承受來自外界強烈的光干擾。太陽射線含有紅外線,會干擾紅外線, 將紅外線傳輸至二極管,導(dǎo)致系統(tǒng)誤判甚至癱瘓。該傳感器的優(yōu)勢在于可設(shè)置多點采集,數(shù)組間距和數(shù)量可根據(jù)需求選擇。

1.2 控制系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng) WiFi 插座設(shè)備的控制系統(tǒng)如圖 2 所示??刂葡到y(tǒng)主要包括電能計量系統(tǒng)、人工智能自學(xué)系統(tǒng)、節(jié)電系統(tǒng)、連接傳感器和智能設(shè)備的控制系統(tǒng)。主控芯片接收個人手機(jī)或 PC 端發(fā)送的信號,實現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。主要使用控制節(jié)點、繼電器擴(kuò)展模塊和相應(yīng)的系統(tǒng)執(zhí)行器實現(xiàn)對節(jié)能和用戶的個性化操作。

基于STM32F107的能耗管控型物聯(lián)網(wǎng)WiFi插座的設(shè)計

                                                                                                               圖 2 控制結(jié)構(gòu)圖

1.3 主控模塊

主控制模塊選用 STM32F107 芯片,其含有 10 個定時器,24 個 1 m/s 的 A/D 采樣(模數(shù)轉(zhuǎn)換器, 快速交替模式采樣m/s),24個 D/A(dac),兩個 I2C接口,5個 USART接口,個 SPI端口和高質(zhì)量的數(shù)字接口。此外,STM32F107還擁有全速度 USB(OTG)接口、2個 CAN2.0B接口和以太網(wǎng)10/100MAC模塊。芯片可滿足工業(yè)需要與醫(yī)療、建筑自動化、家庭音響、家電市場等場景 [5]。

基于 STM32F107 以上特性,將其作為主要控制芯片,對無線通信數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較, 然后處理數(shù)據(jù)并上傳。數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器或云,芯片負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲、信息處理和命令控制。通過數(shù)據(jù)平臺控制系統(tǒng),為用戶提供管理建議和社交娛樂服務(wù)。用戶可在任何時間、地點, 利用個人手機(jī)和 PC 對能耗進(jìn)行實時查詢和控制。

1.4 用戶控制系統(tǒng)模塊

使用用戶的個人手機(jī)或者 PC 機(jī)來實現(xiàn)用戶的控制操作。通過手機(jī)或者PC 機(jī),用戶可登錄服務(wù)器或云平臺以查詢或修改服務(wù)器,使用 MQTT 協(xié)議、TC/IP 協(xié)議實現(xiàn) Socket 通信。

2 軟件設(shè)計

能耗管控型物聯(lián)網(wǎng) WiFi 插座軟件系統(tǒng)架構(gòu)如圖 3 所示。主要通過傳感器采集數(shù)據(jù),經(jīng)由WiFi 或 Bluetooth 傳輸,使得 STM32F107 收到數(shù)據(jù)并根據(jù)相應(yīng)的操作命令執(zhí)行動作。

2.1 現(xiàn)有采集的耗電數(shù)據(jù)

(1) 繪制能耗曲線圖,可通過手機(jī)或電腦查看;

(2) 形成日、周、月用電報告 ;

(3) 監(jiān)測用電是否出現(xiàn)異常,實時通過 APP向用戶發(fā)出預(yù)警,以便用戶操作 ;

(4)長期過載或負(fù)載,自動斷電 ;

(5)用戶排名,形成獎勵機(jī)制。

基于STM32F107的能耗管控型物聯(lián)網(wǎng)WiFi插座的設(shè)計

2.2 現(xiàn)有采集的操作數(shù)據(jù)

(1) 長期采集用電數(shù)據(jù)、用戶操作數(shù)據(jù),并上傳至云,進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析;

(2) AI模塊記錄用戶常用操作后可自操作 ;

(3) 形成社交平臺,用于分享。

2.3 現(xiàn)有采集的溫度值

具有安全預(yù)警(火災(zāi)等)功能,可通過 APP,PC 端顯示, 方便用戶實時操作。

能耗管控型物聯(lián)網(wǎng) WiFi 插座的軟件流程如圖 4 所示。檢測的 AD 值主要包括 AD 溫度值,AD 能源消耗值以及 AD 操作值。當(dāng)系統(tǒng)接收到相關(guān) AD 值時,就會將其與云平臺中的值進(jìn)行比較,一旦高于或低于標(biāo)準(zhǔn)值均會發(fā)出警告指令。

基于STM32F107的能耗管控型物聯(lián)網(wǎng)WiFi插座的設(shè)計

3 結(jié) 語

隨著傳統(tǒng)能源的消耗和不斷減少,未來用電成本必將逐年提升,電力能源是一種有限資源,節(jié)約能源必將成為未來的主流需求。中國是一個人口大國,更是一個能源消耗大國,因 此,對于新興節(jié)能設(shè)備的研發(fā),進(jìn)行全面普及與低成本投入使用將是未來的發(fā)展研究趨勢 [6]。如何把握技術(shù)發(fā)展趨式,整合應(yīng)用方式也是我國在這方面的首要任務(wù)。在當(dāng)今全球智能化發(fā)展趨勢中,中國的大城市一直緊跟世界潮流開始了節(jié)能減排行動和綠色能源的使用 [7]。“小插座,大能量”,希望我們的能耗采集和管理方案能夠為社會節(jié)約能源貢獻(xiàn)力量。


本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險,如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點: 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉