节能智能插座专项方案

节能智能插座方案“芯”动向摘要：电器使用越来越多，能源消耗越来越大，尤其是因为人为习惯造成待机功耗浪费更大。面对生活愈加便利，电器愈加智能，电器愈加节能要求，节能智能插座成为现在最有效提升大家生活品质、处理节能问题方法之一。关键词：电能计量芯片、节能智能插座、计量插座、主副孔插座、无线智能插座、待机功耗、智能家居一、节能背景伴随科技进步，越来越多数码产品、电器已进入家庭，如电视机、空调、冰箱、热水器等高能耗电器，为人类生活发明了很多便利，但同时也造成家庭能源消耗急剧增加，尤其是待机功耗浪费，和全球范围开始提倡低碳地球背道而驰。依据国际经济合作组织一项调查称，各国因待机而消耗能量约占能耗总数3％～13％。统计数据为：澳大利12％左右，韩国11％左右，德国10％左右，英国8％左右，日本7％左右，美国5％左右，芬兰5％左右。现在中国城市家庭平均待机能耗已经占到了家庭总能耗10%左右，相当于每个家庭使用着一盏15~30W“长明灯”。待机能耗像一只隐形吸血虫，在浪费能源同时形成了巨大环境保护压力。“待机能耗”是指含有待机功效电器设备在不使用时候，没有断开电源所发生电能消耗。含有待机能耗电器设备关键有空调、电脑和通讯系统（包含电脑主机、显示器、电脑音响、打印机、扫描仪、充电器、路由器等）、家庭视频和音频系统（包含电视机、DVD、VCD、音响、功放、机顶盒、卫星接收器等）。为了避免频繁插拔电器插头麻烦，很多用户很习惯地采取不停开电源，使电器长久处于待机状态。待机功效在为居民用户提供便利同时，也造成了大量能源浪费。同时不停开电器电源，电器长久处于待机或工作状态，还可能会引发灾难性事件。下面是常见电器待机功耗：如上表，一个家庭中电器齐全，若用户整年不关闭电器，电器处于待机状态，待机功耗浪费956.1度电。若一个城市有50万户家庭，十二个月能源浪费可达成4.8亿度电。这不单关系到居民利益浪费，还造成国家能源极大浪费，所以降低电器功耗、处理电器待机功耗势在必行；面对强烈低能耗需求，家电企业不停改善产品，降低工作功耗，尤其是待机功耗，即使已经有显著效果，但电器更新换代却是一个漫长时间。伴随物联网兴起，多种节能方案提出，使家庭节能需求看到了处理期望，家电企业或智能家居企业推出各类智能家居系统，在为生活提供便利同时，也节省能耗，不过今下，一整套智能家居系统价格居高不下，极难得到普及，所以现在家庭电器节能仍是一大难题，于是很多企业在配件方面寻求处理方案，针对现有家用电器普及情况推出配件产品，在不改变用户使用习惯或提升体验性前提下，对家用电器进行节能。节能智能插座——现在最有效节能产品之一，是一个转接装置，经过此插座转接，再将家用电器接到此插座上，此产品能够主动切断电器电源以节省大量用户，用户也不需要时刻记得关闭电器。节能智能插座工作功耗基础<0.2W，相当于家电有待机功耗二十分之一，甚至百分之一。二、节能智能插座实现方法现在市场上大多数节能智能插座结构关键包含多个部分：电能采集模块、控制器、继电器、人机界面或无线通讯模块。用户经过人机界面或无线通讯模块设置断开电源条件，能够设置定时断开电器电源，在设定时间段内断开电源；设置家用电器耗电阈值，在电器用电低于阈值时，断开电源。控制器经过电能采集模块对电器电能及功率进行采集，判定电器用电情况，对继电器进行操作以控制电源开关。此产品能够统计电器总用电量，显示目前用前功耗等功效，方便用户了解各电器耗电情况。电能及功率采集模块是节能智能插座关键部分，若采集到数据不正确可能会造成误操作，影响平时正常使用。电能采集模块实现方法关键有3种：1、采取比较器采取这种方法通常只检测电器电流信号，电压为固定值，将切断功率阈值折算为电流有效值。经过采样电路将电器电流信号进行采样，和硬件设定切断阈值进行比较，MCU依据比较器输出，判定电流和切断阈值大小关系，控制电器电源开关。比较器通常使用LM358进行设计。电流信号为交流信号，比较器参考电压值为固定正向值，电流信号必需使用互感器进行传输，经过整流、滤波，才能连接到比较器输入端。若电网中存在较大容性或感性谐波，功率因数（PF）<1，采样到电流信号有效值误差大，可能造成误操作。因为这种插座内部比较器参考电压为固定值，切断功率阈值不能改变，所以通常只适适用于特定电器；有些产品能够经过手动调整功率旋钮，改变切断功率阈值，但手动调整正确度低，用户使用不方便。所以这种实现方法通常只适适用于特定电器，且电网质量很好场所。2、采取控制器集成ADC经过采样电路，配合集成ADCMCU进行测量。采取这种方法通常只测量电器电流信号，电压为固定值，依据电流信号大小折算成功率。电流信号为交流信号，而MCUADC通常只能单端输入，电流采样电路中必需使用互感器进行传输，经过整流再进行积分，才能被MCUADC较正确测量。MCU集成ADC通常是10bit，电流测量范围小，有效动态范围通常只有256:1。若电网中存在较大容性或感性谐波，功率因数（PF）<1，测量电流误差越大，所以这种方法通常只适适用于功耗改变范围小，且电网质量很好场所。采取这种方法能够经过人机界面设置切断电源功率阈值，内部将功率值转化为电流值，将测量到电流值和阈值比较，若小于阈值，则插座切断电器电源。3、采取专用电能计量芯片关键有CirrusLogicCS5460、CS5463，ADIADE7755。专业电能计量芯片内部最少集成2路ADC（内部带运放），可同时对电流、电压信号进行采样；模拟输入端信号可为交流信号，不影响信号失真；集成50Hz/60Hz陷波；集成DSP，对电压、电流信号进行高速计算，滤除功率因数影响，得到真实有功功率值。电能计量芯片动态范围>=500:1，测量精度达成0.1%。MCU和电能计量芯片进行通讯，读取目前功率、电能值，或经过光耦对计量芯片输出功率脉冲进行计数，计算电能及功率。使用电能计量芯片，采样电路能够不需要互感器、整流，外围电路简单，MCU和计量芯片通讯或连接资源较少，使用资源较少MCU能够实现。若芯片动态范围足够大，能够正确测量到更低功率值，能够适用更多电器。上述几款电能计量芯片功率测量正确性高，不过价格高，而且引脚较多，还需要外置晶振，后续产品不能做到体积很小。现在中国也有电能计量芯片，电能采集部分也能够考虑选择中国芯片，比如专门用于节能智能插座芯片HLW8012，除了基础电能计量芯片特点之外，还能够测量电压、电流有效值，SOP8封装，内置晶振，动态范围1000:1，外围电路比较简单，采集主板面积能够做得很小。以下表格是对3种节能智能插座实现方法比较：三、节能智能插座种类一般节能智能插座存在部分不足点：插座体积较大；只能控制一个电器。插座制造企业不停对产品进行更新换代，延伸出很多不一样产品，关键有以下多个：1、主副孔插座。主机关闭或待机以后，周围设备电源同时被切断。电脑通常全部会和周围设备一起使用，如显示器、打印机、音箱等。只有在主机使用，这些周围设备才会使用，主机关闭或待机以后，周围设备就被闲置。若用户忘记关闭周围设备，电器一直会处于待机模式，造成电量浪费。主副孔插座是一个创新型排插，孔位通常分为主机孔、受控孔、常见孔。使用时主机（电脑或其它设备）连接到主机孔，周围设备连接在受控孔。主机开启以后，采集主板检测到主机功率变大，采集主板会延时打开周围设备；主机关闭或待机以后，采集主板检测到主机功率下降到阈值，则会延时关闭周围设备。使用这种插座，只要关闭主机，就不用担心忘记关闭周围设备，打开主机时，也不用一一打开周围设备，能够智能、有效地节省家庭或办公用电。现已经有较多企业量产这类产品，公牛在这方面产品挺出色。当主副孔插座使用于不一样电器系统时，主机待机功率不一样，则关闭周围设备阈值不一样，于是能够增加切断阈值学习功效，针对不一样主机能够学习不一样关闭阈值。2、红外主副孔插座。在主副孔插座基础上增加红外接收功效，当红外遥控控制主机开关时，插座采集主机功率，再控制主机及周围设备电源开关。现在很多家庭使用电视机时，基础全部配周围设备，如机顶盒、音箱等设备。用户习惯使用遥控关闭电视机，没有去断开电视机、周围设备电源，此时周围设备处于正常运行或待机状态，功率很大。若将电视机及周围设备连接到红外主副孔插座，电视机连接主机孔，周围设备连接收控孔，使用遥控关闭电视机时，电视机接收到红外信号，电视机进入待机，插座会检测到电视机功率降低，达成阈值时，插座切断电视机及周围设备电源，不需要人为逐一关闭电源；使用遥控打开电视机时，插座接收到遥控信号，测量电视机目前功率后，判定电视机工作状态，打开电视机电源，此时电视机进入待机状态，在一定时间内，若遥控器再次按下“开关”键，电视机就会进入正常播放，同时插座检测到电视机功率上升，再打开周围设备电源。使用这种插座能够在不改变用户使用习惯前提下，节省电视机及周围设备用电。考虑到不一样电视机遥控开关键键值不一样，有些红外主副孔插座还带有红外学习功效，能够适适用于不一样类型遥控器。3、无线智能插座。在一般节能智能插座基础上进行创新，增加无线通讯模块（WIFI/蓝牙/Zegbee），配合移动设备上APP软件，远程或室内无线控制电器关闭和打开。无线智能插座能够分为2种：室内无线控制、室外无线控制。室内无线控制型基础上是使用WIFI或蓝牙，使用移动设备或专用遥控进行控制。室外无线控制型基础上是使用WIFI或Zegbee，经过家庭路由器或专用路由器，连接到服务器，用户在室外，移动设备只要能够上网，就能够直接查看或控制家庭各个电器。配合无线智能插座，移动设备上安装APP，使用手机配置好各个插座无线设置，设置各个电器名称，在移动设备上能够进行分类管理：厨房、大厅、主室、卧室等，配置好以后就能够查看到家庭各个电器运行情况：总用电量、目前功率、目前电压、目前电流；能够控制各个电器电源开或关；若电器运行状态出现不正常情况，无线智能插座会经过APP反应到移动设备上。经过无线智能插座，晚上回家前打开灯光；出门时不用担心饮水机忘记关闭，回家前能够提前打开饮水机；出门时不用担心热水器没相关，回家前能够提前打开热水器；出门时不用担心空调没相关，还能够在回家前打开空调等等。不仅节能用电、安全用电，还能够提升用户生活体验。现在了解到无线智能插座，Belkin（贝尔金）名气较大，伴随用户生活品质提升，这类产品需求将会越来越大，现在中国也越来越多厂家涉入此产品。无线智能插座，还能够做深入创新，Zuli企业开发出一个产品，在房间内装置多个插座，用户携带移动设备，人走到哪里，插座就会定位出人位置，对电器进行智能控制，如用户离开家以后，自动关闭家里电器，用户回到家门口，自动打开灯或其它电器。四、节能智能插座