安全电管家-家用电器检测报警仪-课件

平安电管家一一家用电器检测

报警仪

目录

目录...............................2

1前言..................................3

1.1问题的提出.......................3

2平安电管家的设计.......................5

整体设计思想........................5

22家用电器的分类与常见家电功率调查.5

2.3平安电管家的设计路线............8

2.4提出两种设计方案................8

基于电流测量的检测方案..........8

基于智能功率表的检测方案........9

平安电管家的电路设计...............13

电源电路的设计.................14

比拟电路的仿真设计.............16

253焊接与组装................17

3实验测试结果.........................18

4研究总结与创新.......................19

5展望.................................19

致谢...................................20

参考文献...............................20

平安电管家

家用电器检测报警仪

1前言

家庭中常用的家用电器有电灯、冰箱、洗衣机、电视机、电热水壶、电热

毯等，这些家用电器由于种类繁多，且散布放置在家庭中，所以往往在家人有

事出门的时候，依然会有个别用电器开着，空耗电能，形成浪费。甚至会有一

些用电器忘记关闭会形成灾难性的后果，比方电热毯、电熨斗等。如果存在一

种装置可以在家人出门的时候提醒是否还有耗电的家用电器开着，这样就会防

止电能的浪费和一些灾难。

问题的提出

背景：据统计每年冬季因忘记关闭家用电热器而引起火灾的案件不下三四

十余起，给人们的财产和健康带来巨大的损失。

案例一：出门前忘记关电褥子引发火灾

2021年10年12月28日21时22分，吉林省延边州延吉市河南消防接到

“H9”指挥中心调度：位于延吉市婚礼大厦对面一住宅楼二楼一住户家冒烟，

家里无人，请快速出警救援。火情就是命令，河南消防迅速山动2台水罐消防

车9名指战员火速赶往现场。21时28分到达现场，只见住宅楼前来了很多围

观的群众，并不时的用手指向冒烟住户家。中队指挥员顺着指的方向一看：此

住宅楼共10层，浓烟不时的从二楼一住户家窗户冒出，楼内的人员正急匆匆的

往外跑。经了解此住户家没有人，房门紧锁着。见此情景，河南消防指挥员首

先想到从窗户进入，于是命令战斗员张连超佩戴好空气呼吸器，从隔壁住户家

窗户进入二楼外缓台，将窗户翻开进入室内。此时，满屋子里已充满了浓烟，

经过寻找发现床上的电褥子和棉被己经着了起来，张连超立即用水盆端水将火

浇灭，而后，将电褥子和棉被转移到了空旷的地方。经侦察发现火灾原因是由

于住户家用电樨子，人走后没有及时关掉，长时间供热，引燃电褥子和被子所

至。

案例二：忘关电暖气车库起火无人伤亡

2021年18日22时35分许，红旗路H1号院内一车库起火。市消防支队一

中队接到报警后，出动5车20人赶赴现场，火灾于23时许被扑灭，无人伤亡。

记者赶到现场时，消防官兵正准备检查完火灾现场后撤离。在漆黑的车库里借

助微弱的灯光，依稀可看到地面上被烧黑的门帘子，还有饭碗和一些炊具散落

在车库内，里面还躺着一个煤气罐。住在车库旁边的张先生说，当时，他家里

的灯突然灭了，跑出来一看隔壁的车库冒起了浓烟，他赶紧通知了旁边花店的

人。花店老板张女士说：“这个车库是我租的，没人住，一般用来做饭，我走的

时候忘记关闭电暖气，暖气把门帘子烤着了，幸好没有什么损失。"

案例三：忘关电饭煲引发火灾

温州市区下吕浦一住宅发生火灾，温州支队下吕浦中队接到报警后迅速出

动3辆车，18名关闭不过火速赶往现场，到现场后经群众指引和现场侦察发现,

在居民楼二楼一窗口有大量浓烟冒出，没有人员被困，户主有不在家。现场指

挥员通过观察后立即下令，有破拆窗户进入室内再将防盗门翻开施救。由于起

火部位在二楼，房门被锁。消防员只能架设6米拉梯至二楼，然后由一名战士

利用绝缘剪速断器将窗户外的防盗网剪开进入房内将门翻开。通过侦查员发现

烟雾来源屋内放在桌子上的电饭锅因没关掉电源而起火，索性周围无可燃物，

没有引起其他灾害性燃烧。由于消防人员处置及时，是灾害消灭在萌芽之中。

反思：

一那么那么真实的案例给了我很深的触动与思考，我在日常生活中也有忘

记关闭家用电器的时候，遗忘使之存在重大的平安隐患。我想能不能创造一种

简单的家用电器平安检测报警装置，将这种平安隐患最大程度的去防止？我紧

接着就在网络上查询有关这反面的技术以及有关的装置，但没有找到这中我所

设想的平安“电管家〃，于是我开始了我的科技创新。

2平安电管家的设计

设计思想

针对前面提到的令人伤心故事，我想应该从监测家用电器的总用电量为切

入口，来检测是否存在忘记关闭的家用电器，特别是发热的家用电器，比方电

褊子、电水壶等，从而提醒人们关闭忘记关闭的家用电器。为了实现这个目标,

我们需要知道常用的家用电器的用电情况，还要区分不同家用电器使用特点，

然后依据这些情况来分析出当出门时最低的家用电器功率即根本功率。举个例

子来说，比方家庭中冰箱作为家庭必备的家用电器，在日常生活中是时刻开着

的，因此，我们可以将冰箱的功率作为检测的根本功率。当出门时通过一个检

测装置来测试家庭中的总用电功率是不是超过根本功率，从而判断出是否存在

忘记关闭的家用电器。这样一来，通过这个小小的装置，我们不仅可以检测家

庭中是否存在用电的平安隐患，还可以让人们养成节约用电的好习惯。另外，

这个装置一定要价格低廉，方便实用，平安可靠，

2.2家用电器的分类与常见家电功率调查

因为家用电器种类繁多，功能各异，所以我们需要从平安和节约用电的角

度出发给家用电器分类并且还要查出常用家用电器的耗电功率的大小。通过网

络查找相关内容，我们搜集到了一些常用家用电器的分类及耗电功率情况，如

表1、表2所示。

表1常用家用电器的分类

大家体积大，价格高的电器，如电冰箱、空

电调等

小家体积小的家电，如豆浆机、食品加工机、

电榨汁机等

黑电视频娱乐性的电器，如电视机、电脑等

白电减轻家务劳动和提高舒适性的电器，如

洗衣机、空调等

表2常用家用电器的耗电功率

电器名称一般电功率估计用电量（千

（瓦）瓦时）

窗式空调机800-1300

家用电冰箱65-130

家用洗衣机单230

缸

双缸380

微波炉950每10分钟0.16

1500

电热淋浴器1200

2000每小时2

电水壶1200每小时L2

电饭煲500

电熨斗750

电吹风450

吸尘器400

850

吊扇（大）150

（小）75

台扇16寸66

14寸52

电视机21寸70

25寸100每小时0.01

录象机80

大型音响器材100

电暖气1600-2000

台式电脑300-400

从上面的两个表中，我们可以看出从平安和节约用电的角度出发，家庭中

可以每天24小时开着的也就只剩冰箱了。所以，当人们离开家的时候将除了冰

箱之外的所有用电设备都关闭才是最平安最节约能源的状况，但是往往人们在

离开家门的时候，由于种种原因忘记关闭局部家用电器，这就给家庭的平安带

来了莫大的隐患而且也不节能环保。比方我原先的房子供暖不好，于是便在夜

晚睡觉时使用了电褥子取暖。每天早上，爸爸都会特意提醒我关掉电褥子，拔

掉插头，但有一次，爸爸走的匆忙，忘记了提醒我关掉电褥子，而我因为起床

晚了，匆忙离家忘记了关闭。晚上回到家，我往床上一坐，哗！好热，我这才

想起来忘记了关电源的事，好险，幸亏用的是低功率档，要不然还真不知道会

发生什么样的事故。

2.3平安电管家的设计路线

从前面的分析可以看出，当人们出门的时候除了冰箱之外的所有家用

电器都关闭了才是最好的情况，所以我就以这个理想状况作为本次创新的出发

点。

2.4提出两种设计方案

2.4.1基于电流测量的检测方案

我在初中的时候学过根本的电路知识，知道家用电器工作的时候电路中会

有电流流过，如图1所示。

图1家用电器工作示意图

所以只要能检测出家庭里总的用电电流就可以计算出家用电器的总功率，

再根据总功率来判断家里面是否还有未关的电器，方案设计图如图2所示。这

里利用电阻分压得到检测电压，然后和设定的根本功率对应的电压做比拟，这

样就可以适时的给出告警信号。

图2电流检测方案设计图

但是，通过查询网络，并咨询我的指导老师后我发现这个方案存在两个问

题。

第一，家用电器中有些家用电器的功率很大，比方热水器、电水壶、空调

等，这就使得流过电阻的电流非常大，这么大的电流在电阻上会产生很大的热

功率，形成一个很强的发热点，无疑这又形成了一个不平安的因素。

第二，由于家庭用电是交流电，所以对于有电动机的电器，在正常工作时应

该属于电感性负载，除非机器本身设置了功率因数校正电路，否那么机器的功

率因数都不会很高。这会导致对用电功率测量产生偏差。

因此，这个方案是行不通的。

2.4.2基于智能功率表的检测方案

如何才能真正的测量真实的用电功率呢？我查找了很多的资料。最后我咨

询了我的指导老师，让他来帮我分析，我才明白，交流电的功率测量还是很复

杂的事情。市面上有现成的功率表出售，而且还有信号输出功能，这样就可以

直接利用功率表的输出信号来判断家用电器总功率是否超过根本功率。

我选用的功率表的型号是HB404智能功率表,其主要参数如表3。

表3HB404智能功率表主要性能参数

HB404功率表主要功能输入电压范围为。〜

400(AC)

输入电流分四档：，

1A,,5A(电流可长时

间过载四倍)

计量单位(W,KW)

小数点自动转换

具有数字滤波功能，有

效滤除干扰

可实现报警输出，变送

输出。

HB404功率表主要技术测量精度：0.5级；变送

参数输出精度0.5级

响应频率：30〜400Hz

显示范围：-1999W〜

9999KW

超限显示：“EEEE〃

工作电源：AC20〜

260V/DC20-360V/3W

工作温度：0〜+50℃,

相对湿度W85%RH

继电器触点容量：

AC250V/3A

继电器触点寿命：105

次

数码显示尺寸：

型号说明HB404P(B)……有B

为变送输出

HB404P(T)……有T

为报警输出

HB404P⑵……有Z

为无报警输出

图3HB404智能功率表外观

由于HB404智能电压表具有4~20mA电流变送功能，所以根据输出电流信

号的大小，我就可以通过简单电路实现对家庭总用电功率进行检测了。

方案设计图如图4所示。

图4智能功率表的检测方案设计图

但是，冰箱的运行是时断时续的，如何解决这个问题呢？

冰箱运行时功率大约是150W左右，而待机状态那么功率约为0W,所以，

这里采用4个比拟器电路形成报警区段，那么可以有效的排除冰箱运行与否的

干扰。

原理如图5所示。

图5报警功率的控制

a、b、c、d四点分别由LM324的四个放大器构成的比拟器控制。可以将家

用电器笼统的分成两局部，冰箱与其它电器。当家中用电总功率低于a点时，

代表冰箱处于待机，且其它电器也没有翻开，此时蜂鸣器不发声。因为局部电

器存在待机状态，比方电视微波炉等，所以这里设置了一个最小的功率，以免

误报警。当总功率超过a点小于b点时，代表冰箱处于待机，却有其他应当关

闭的用电器依然开着，此时蜂鸣器发声，提醒人们家中关闭某些用电器。当总

功率超过b点小于c点时，代表冰箱运转中消耗150W左右的电功率，却没有

其他用电器工作，此时蜂鸣器不发声。当总功率超过d点时，代表着冰箱和其

他用电器同时在工作，此时不产生警报，当然d点的电压通常对应着取样电阻

能得到的最大电压。

2.5平安电管家的电路设计

在对电路进行设计的时候，我的指导老师建议我利用Proteus仿真软件进行

仿真，等仿真不出现错误的时候再进行实际的电路制作。

ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运

行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SP1CE)各种模拟器件和集成电路,

该软件的特点是：①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电

路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态

仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪

器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。②支持主流单片机系统的仿真。

目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、

PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HCU系列以及各种外围芯片。③提供软

件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时

可以观察各个变量、存放器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须

具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilC51uVision!

等软件。④具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE

分析于一身的仿真软件，功能极其强大。

图6是Proteus的运行界面。

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图6Proteus的运行界面

2.5.1电源电路的设计

电源作为整个电路的动力之源，要求具有比拟高的稳定性，因此通用

的集成芯片稳压模块是不错的选择。这里我选用了通用的LM7912芯片，电路

如图7所示。

U1

7812

=C1-1-C2

1ssic11701F~1~D.IlF

AD4AD3

DUDEOODE

图7电源电路设计图

电路中采用集成稳压芯片LM7812作为稳压核心元件，其主要参数为：最

大输入电压35V,最大输出电流L5A,最大耗散功率，20W最高结温150C。

本文中电路功耗较小，所以的电流足以满足需求。另外电路中使用的变压器是

220V变压至15V,低于LM7812的最大输入电压，并且存在3V的电压差，

LM7812可以正常工作。LM7812的典型电路和管脚标号如图8所示。

D-PAKTO-220

2

甩压输入।3电压输出GND外壳接地

MC78XX/LM78XX

nput"-o

Output

D-PAK

1.Input输入

2.GND接地

3.Output输出

图8LM7812典型电路和管脚图

2.5.2比拟电路的仿真设计

VCC

A

U1：B

v=o.«oa5

LM324

GND

图9比拟电路设计图

前面已经分析了，需要四个比拟器来构成报警触发电路，所以比拟电路选

用LM324作为核心芯片搭建成比拟器使用。其主要参数为：LM324是四运放集

成电路，采用14脚双排直插封装，具有短路保护输出，真正的差分输入级，单

电源电压操作：3.0~32Vo

考虑冰箱运行状态的情况，那么需要四个比拟器。图10为改良后的电路。

图10改良后的电路

2.5.3焊接与组装

电路的制作与焊接是在李金华、赵振明老师的指导下完成的。

首先按照仿真的电路规划期间摆放位置，然后焊接电路。图11为焊接完成

的电源电路输出电压测试结果。从测试结果看出1L93V的输出电压符合LM7812

的性能指标，满足后面比拟电路的需求。

然后测试智能功率表的变送电流输出，并且通过取样电阻得到电压进行测

试。测试中使用了一只40W的灯泡，实验结果显示在取样电阻500欧姆的情况

下，40W功率可以得到0.469V的取样电压，如图12所示。

重复上述过程，分别将四个报警控制点a、b、c、d个点的电压测试出来。

以冰箱功率150W为例四个控制点分别设置为V、0.6V、2.3V和2.7V。

最后根据各功能模块的大小与尺寸进行组装，组装过程中需要留意220V市

电应与比拟电路保持一定的距离，防止强电对弱电信号的干扰，过程如图13所

ZjSo

图12智能功率表测量电灯的功率

图13家用电器检测报警仪组装过程

3实验测试结果

图15电灯未点亮时进行测