節(jié)能智能插座專項(xiàng)方案

節(jié)能智能插座方案“芯”動(dòng)向摘要：電器使用越來(lái)越多，能源消耗越來(lái)越大，尤其是因?yàn)槿藶榱?xí)慣造成待機(jī)功耗浪費(fèi)更大。面對(duì)生活愈加便利，電器愈加智能，電器愈加節(jié)能要求，節(jié)能智能插座成為現(xiàn)在最有效提升大家生活品質(zhì)、處理節(jié)能問(wèn)題方法之一。關(guān)鍵詞：電能計(jì)量芯片、節(jié)能智能插座、計(jì)量插座、主副孔插座、無(wú)線智能插座、待機(jī)功耗、智能家居一、節(jié)能背景伴隨科技進(jìn)步，越來(lái)越多數(shù)碼產(chǎn)品、電器已進(jìn)入家庭，如電視機(jī)、空調(diào)、冰箱、熱水器等高能耗電器，為人類生活發(fā)明了很多便利，但同時(shí)也造成家庭能源消耗急劇增加，尤其是待機(jī)功耗浪費(fèi)，和全球范圍開始提倡低碳地球背道而馳。依據(jù)國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作組織一項(xiàng)調(diào)查稱，各國(guó)因待機(jī)而消耗能量約占能耗總數(shù)3％～13％。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為：澳大利12％左右，韓國(guó)11％左右，德國(guó)10％左右，英國(guó)8％左右，日本7％左右，美國(guó)5％左右，芬蘭5％左右?，F(xiàn)在中國(guó)城市家庭平均待機(jī)能耗已經(jīng)占到了家庭總能耗10%左右，相當(dāng)于每個(gè)家庭使用著一盞15~30W“長(zhǎng)明燈”。待機(jī)能耗像一只隱形吸血蟲，在浪費(fèi)能源同時(shí)形成了巨大環(huán)境保護(hù)壓力?！按龣C(jī)能耗”是指含有待機(jī)功效電器設(shè)備在不使用時(shí)候，沒有斷開電源所發(fā)生電能消耗。含有待機(jī)能耗電器設(shè)備關(guān)鍵有空調(diào)、電腦和通訊系統(tǒng)（包含電腦主機(jī)、顯示器、電腦音響、打印機(jī)、掃描儀、充電器、路由器等）、家庭視頻和音頻系統(tǒng)（包含電視機(jī)、DVD、VCD、音響、功放、機(jī)頂盒、衛(wèi)星接收器等）。為了避免頻繁插拔電器插頭麻煩，很多用戶很習(xí)慣地采取不停開電源，使電器長(zhǎng)久處于待機(jī)狀態(tài)。待機(jī)功效在為居民用戶提供便利同時(shí)，也造成了大量能源浪費(fèi)。同時(shí)不停開電器電源，電器長(zhǎng)久處于待機(jī)或工作狀態(tài)，還可能會(huì)引發(fā)災(zāi)難性事件。下面是常見電器待機(jī)功耗：如上表，一個(gè)家庭中電器齊全，若用戶整年不關(guān)閉電器，電器處于待機(jī)狀態(tài)，待機(jī)功耗浪費(fèi)956.1度電。若一個(gè)城市有50萬(wàn)戶家庭，十二個(gè)月能源浪費(fèi)可達(dá)成4.8億度電。這不單關(guān)系到居民利益浪費(fèi)，還造成國(guó)家能源極大浪費(fèi)，所以降低電器功耗、處理電器待機(jī)功耗勢(shì)在必行；面對(duì)強(qiáng)烈低能耗需求，家電企業(yè)不停改善產(chǎn)品，降低工作功耗，尤其是待機(jī)功耗，即使已經(jīng)有顯著效果，但電器更新?lián)Q代卻是一個(gè)漫長(zhǎng)時(shí)間。伴隨物聯(lián)網(wǎng)興起，多種節(jié)能方案提出，使家庭節(jié)能需求看到了處理期望，家電企業(yè)或智能家居企業(yè)推出各類智能家居系統(tǒng)，在為生活提供便利同時(shí)，也節(jié)省能耗，不過(guò)今下，一整套智能家居系統(tǒng)價(jià)格居高不下，極難得到普及，所以現(xiàn)在家庭電器節(jié)能仍是一大難題，于是很多企業(yè)在配件方面尋求處理方案，針對(duì)現(xiàn)有家用電器普及情況推出配件產(chǎn)品，在不改變用戶使用習(xí)慣或提升體驗(yàn)性前提下，對(duì)家用電器進(jìn)行節(jié)能。節(jié)能智能插座——現(xiàn)在最有效節(jié)能產(chǎn)品之一，是一個(gè)轉(zhuǎn)接裝置，經(jīng)過(guò)此插座轉(zhuǎn)接，再將家用電器接到此插座上，此產(chǎn)品能夠主動(dòng)切斷電器電源以節(jié)省大量用戶，用戶也不需要時(shí)刻記得關(guān)閉電器。節(jié)能智能插座工作功耗基礎(chǔ)<0.2W，相當(dāng)于家電有待機(jī)功耗二十分之一，甚至百分之一。二、節(jié)能智能插座實(shí)現(xiàn)方法現(xiàn)在市場(chǎng)上大多數(shù)節(jié)能智能插座結(jié)構(gòu)關(guān)鍵包含多個(gè)部分：電能采集模塊、控制器、繼電器、人機(jī)界面或無(wú)線通訊模塊。用戶經(jīng)過(guò)人機(jī)界面或無(wú)線通訊模塊設(shè)置斷開電源條件，能夠設(shè)置定時(shí)斷開電器電源，在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)斷開電源；設(shè)置家用電器耗電閾值，在電器用電低于閾值時(shí)，斷開電源。控制器經(jīng)過(guò)電能采集模塊對(duì)電器電能及功率進(jìn)行采集，判定電器用電情況，對(duì)繼電器進(jìn)行操作以控制電源開關(guān)。此產(chǎn)品能夠統(tǒng)計(jì)電器總用電量，顯示目前用前功耗等功效，方便用戶了解各電器耗電情況。電能及功率采集模塊是節(jié)能智能插座關(guān)鍵部分，若采集到數(shù)據(jù)不正確可能會(huì)造成誤操作，影響平時(shí)正常使用。電能采集模塊實(shí)現(xiàn)方法關(guān)鍵有3種：1、采取比較器采取這種方法通常只檢測(cè)電器電流信號(hào)，電壓為固定值，將切斷功率閾值折算為電流有效值。經(jīng)過(guò)采樣電路將電器電流信號(hào)進(jìn)行采樣，和硬件設(shè)定切斷閾值進(jìn)行比較，MCU依據(jù)比較器輸出，判定電流和切斷閾值大小關(guān)系，控制電器電源開關(guān)。比較器通常使用LM358進(jìn)行設(shè)計(jì)。電流信號(hào)為交流信號(hào)，比較器參考電壓值為固定正向值，電流信號(hào)必需使用互感器進(jìn)行傳輸，經(jīng)過(guò)整流、濾波，才能連接到比較器輸入端。若電網(wǎng)中存在較大容性或感性諧波，功率因數(shù)（PF）<1，采樣到電流信號(hào)有效值誤差大，可能造成誤操作。因?yàn)檫@種插座內(nèi)部比較器參考電壓為固定值，切斷功率閾值不能改變，所以通常只適適用于特定電器；有些產(chǎn)品能夠經(jīng)過(guò)手動(dòng)調(diào)整功率旋鈕，改變切斷功率閾值，但手動(dòng)調(diào)整正確度低，用戶使用不方便。所以這種實(shí)現(xiàn)方法通常只適適用于特定電器，且電網(wǎng)質(zhì)量很好場(chǎng)所。2、采取控制器集成ADC經(jīng)過(guò)采樣電路，配合集成ADCMCU進(jìn)行測(cè)量。采取這種方法通常只測(cè)量電器電流信號(hào)，電壓為固定值，依據(jù)電流信號(hào)大小折算成功率。電流信號(hào)為交流信號(hào)，而MCUADC通常只能單端輸入，電流采樣電路中必需使用互感器進(jìn)行傳輸，經(jīng)過(guò)整流再進(jìn)行積分，才能被MCUADC較正確測(cè)量。MCU集成ADC通常是10bit，電流測(cè)量范圍小，有效動(dòng)態(tài)范圍通常只有256:1。若電網(wǎng)中存在較大容性或感性諧波，功率因數(shù)（PF）<1，測(cè)量電流誤差越大，所以這種方法通常只適適用于功耗改變范圍小，且電網(wǎng)質(zhì)量很好場(chǎng)所。采取這種方法能夠經(jīng)過(guò)人機(jī)界面設(shè)置切斷電源功率閾值，內(nèi)部將功率值轉(zhuǎn)化為電流值，將測(cè)量到電流值和閾值比較，若小于閾值，則插座切斷電器電源。3、采取專用電能計(jì)量芯片關(guān)鍵有CirrusLogicCS5460、CS5463，ADIADE7755。專業(yè)電能計(jì)量芯片內(nèi)部最少集成2路ADC（內(nèi)部帶運(yùn)放），可同時(shí)對(duì)電流、電壓信號(hào)進(jìn)行采樣；模擬輸入端信號(hào)可為交流信號(hào)，不影響信號(hào)失真；集成50Hz/60Hz陷波；集成DSP，對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行高速計(jì)算，濾除功率因數(shù)影響，得到真實(shí)有功功率值。電能計(jì)量芯片動(dòng)態(tài)范圍>=500:1，測(cè)量精度達(dá)成0.1%。MCU和電能計(jì)量芯片進(jìn)行通訊，讀取目前功率、電能值，或經(jīng)過(guò)光耦對(duì)計(jì)量芯片輸出功率脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)算電能及功率。使用電能計(jì)量芯片，采樣電路能夠不需要互感器、整流，外圍電路簡(jiǎn)單，MCU和計(jì)量芯片通訊或連接資源較少，使用資源較少M(fèi)CU能夠?qū)崿F(xiàn)。若芯片動(dòng)態(tài)范圍足夠大，能夠正確測(cè)量到更低功率值，能夠適用更多電器。上述幾款電能計(jì)量芯片功率測(cè)量正確性高，不過(guò)價(jià)格高，而且引腳較多，還需要外置晶振，后續(xù)產(chǎn)品不能做到體積很小?，F(xiàn)在中國(guó)也有電能計(jì)量芯片，電能采集部分也能夠考慮選擇中國(guó)芯片，比如專門用于節(jié)能智能插座芯片HLW8012，除了基礎(chǔ)電能計(jì)量芯片特點(diǎn)之外，還能夠測(cè)量電壓、電流有效值，SOP8封裝，內(nèi)置晶振，動(dòng)態(tài)范圍1000:1，外圍電路比較簡(jiǎn)單，采集主板面積能夠做得很小。以下表格是對(duì)3種節(jié)能智能插座實(shí)現(xiàn)方法比較：三、節(jié)能智能插座種類一般節(jié)能智能插座存在部分不足點(diǎn)：插座體積較大；只能控制一個(gè)電器。插座制造企業(yè)不停對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行更新?lián)Q代，延伸出很多不一樣產(chǎn)品，關(guān)鍵有以下多個(gè)：1、主副孔插座。主機(jī)關(guān)閉或待機(jī)以后，周圍設(shè)備電源同時(shí)被切斷。電腦通常全部會(huì)和周圍設(shè)備一起使用，如顯示器、打印機(jī)、音箱等。只有在主機(jī)使用，這些周圍設(shè)備才會(huì)使用，主機(jī)關(guān)閉或待機(jī)以后，周圍設(shè)備就被閑置。若用戶忘記關(guān)閉周圍設(shè)備，電器一直會(huì)處于待機(jī)模式，造成電量浪費(fèi)。主副孔插座是一個(gè)創(chuàng)新型排插，孔位通常分為主機(jī)孔、受控孔、常見孔。使用時(shí)主機(jī)（電腦或其它設(shè)備）連接到主機(jī)孔，周圍設(shè)備連接在受控孔。主機(jī)開啟以后，采集主板檢測(cè)到主機(jī)功率變大，采集主板會(huì)延時(shí)打開周圍設(shè)備；主機(jī)關(guān)閉或待機(jī)以后，采集主板檢測(cè)到主機(jī)功率下降到閾值，則會(huì)延時(shí)關(guān)閉周圍設(shè)備。使用這種插座，只要關(guān)閉主機(jī)，就不用擔(dān)心忘記關(guān)閉周圍設(shè)備，打開主機(jī)時(shí)，也不用一一打開周圍設(shè)備，能夠智能、有效地節(jié)省家庭或辦公用電?，F(xiàn)已經(jīng)有較多企業(yè)量產(chǎn)這類產(chǎn)品，公牛在這方面產(chǎn)品挺出色。當(dāng)主副孔插座使用于不一樣電器系統(tǒng)時(shí)，主機(jī)待機(jī)功率不一樣，則關(guān)閉周圍設(shè)備閾值不一樣，于是能夠增加切斷閾值學(xué)習(xí)功效，針對(duì)不一樣主機(jī)能夠?qū)W習(xí)不一樣關(guān)閉閾值。2、紅外主副孔插座。在主副孔插座基礎(chǔ)上增加紅外接收功效，當(dāng)紅外遙控控制主機(jī)開關(guān)時(shí)，插座采集主機(jī)功率，再控制主機(jī)及周圍設(shè)備電源開關(guān)?，F(xiàn)在很多家庭使用電視機(jī)時(shí)，基礎(chǔ)全部配周圍設(shè)備，如機(jī)頂盒、音箱等設(shè)備。用戶習(xí)慣使用遙控關(guān)閉電視機(jī)，沒有去斷開電視機(jī)、周圍設(shè)備電源，此時(shí)周圍設(shè)備處于正常運(yùn)行或待機(jī)狀態(tài)，功率很大。若將電視機(jī)及周圍設(shè)備連接到紅外主副孔插座，電視機(jī)連接主機(jī)孔，周圍設(shè)備連接收控孔，使用遙控關(guān)閉電視機(jī)時(shí)，電視機(jī)接收到紅外信號(hào)，電視機(jī)進(jìn)入待機(jī)，插座會(huì)檢測(cè)到電視機(jī)功率降低，達(dá)成閾值時(shí)，插座切斷電視機(jī)及周圍設(shè)備電源，不需要人為逐一關(guān)閉電源；使用遙控打開電視機(jī)時(shí)，插座接收到遙控信號(hào)，測(cè)量電視機(jī)目前功率后，判定電視機(jī)工作狀態(tài)，打開電視機(jī)電源，此時(shí)電視機(jī)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，在一定時(shí)間內(nèi)，若遙控器再次按下“開關(guān)”鍵，電視機(jī)就會(huì)進(jìn)入正常播放，同時(shí)插座檢測(cè)到電視機(jī)功率上升，再打開周圍設(shè)備電源。使用這種插座能夠在不改變用戶使用習(xí)慣前提下，節(jié)省電視機(jī)及周圍設(shè)備用電?？紤]到不一樣電視機(jī)遙控開關(guān)鍵鍵值不一樣，有些紅外主副孔插座還帶有紅外學(xué)習(xí)功效，能夠適適用于不一樣類型遙控器。3、無(wú)線智能插座。在一般節(jié)能智能插座基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，增加無(wú)線通訊模塊（WIFI/藍(lán)牙/Zegbee），配合移動(dòng)設(shè)備上APP軟件，遠(yuǎn)程或室內(nèi)無(wú)線控制電器關(guān)閉和打開。無(wú)線智能插座能夠分為2種：室內(nèi)無(wú)線控制、室外無(wú)線控制。室內(nèi)無(wú)線控制型基礎(chǔ)上是使用WIFI或藍(lán)牙，使用移動(dòng)設(shè)備或?qū)Ｓ眠b控進(jìn)行控制。室外無(wú)線控制型基礎(chǔ)上是使用WIFI或Zegbee，經(jīng)過(guò)家庭路由器或?qū)Ｓ寐酚善鳎B接到服務(wù)器，用戶在室外，移動(dòng)設(shè)備只要能夠上網(wǎng)，就能夠直接查看或控制家庭各個(gè)電器。配合無(wú)線智能插座，移動(dòng)設(shè)備上安裝APP，使用手機(jī)配置好各個(gè)插座無(wú)線設(shè)置，設(shè)置各個(gè)電器名稱，在移動(dòng)設(shè)備上能夠進(jìn)行分類管理：廚房、大廳、主室、臥室等，配置好以后就能夠查看到家庭各個(gè)電器運(yùn)行情況：總用電量、目前功率、目前電壓、目前電流；能夠控制各個(gè)電器電源開或關(guān)；若電器運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)不正常情況，無(wú)線智能插座會(huì)經(jīng)過(guò)APP反應(yīng)到移動(dòng)設(shè)備上。經(jīng)過(guò)無(wú)線智能插座，晚上回家前打開燈光；出門時(shí)不用擔(dān)心飲水機(jī)忘記關(guān)閉，回家前能夠提前打開飲水機(jī)；出門時(shí)不用擔(dān)心熱水器沒相關(guān)，回家前能夠提前打開熱水器；出門時(shí)不用擔(dān)心空調(diào)沒相關(guān)，還能夠在回家前打開空調(diào)等等。不僅節(jié)能用電、安全用電，還能夠提升用戶生活體驗(yàn)?，F(xiàn)在了解到無(wú)線智能插座，Belkin（貝爾金）名氣較大，伴隨用戶生活品質(zhì)提升，這類產(chǎn)品需求將會(huì)越來(lái)越大，現(xiàn)在中國(guó)也越來(lái)越多廠家涉入此產(chǎn)品。無(wú)線智能插座，還能夠做深入創(chuàng)新，Zuli企業(yè)開發(fā)出一個(gè)產(chǎn)品，在房間內(nèi)裝置多個(gè)插座，用戶攜帶移動(dòng)設(shè)備，人走到哪里，插座就會(huì)定位出人位置，對(duì)電器進(jìn)行智能控制，如用戶離開家以后，自動(dòng)關(guān)閉家里電器，用戶回到家門口，自動(dòng)打開燈或其它電器。四、節(jié)能智能插座