一種基于物聯(lián)網(wǎng)的用電器安全智能裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子通信領(lǐng)域，具體涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的用電器安全智能裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]室內(nèi)用電最大的安全隱患是電氣火災(zāi)，發(fā)生電氣火災(zāi)的主要原因有漏電、短路和過載等，使用大功率違規(guī)電器、電線老化產(chǎn)生故障電弧等都會(huì)導(dǎo)致這些現(xiàn)象的發(fā)生。針對大功率電器識別和電弧檢測，國內(nèi)外已經(jīng)有一些相關(guān)技術(shù)，如故障電弧檢測中的Duffing振子信號探測、小波變換和違章電器檢測中的功率分析、小波分析等。雖然現(xiàn)在有很多電器識別和故障電弧檢測相關(guān)的技術(shù)，但是真正付諸于實(shí)踐的少之又少，用電器識別和故障電弧檢測的產(chǎn)品也為數(shù)不多，僅有的一些產(chǎn)品也僅限于對電流的瞬態(tài)監(jiān)控，而瞬態(tài)特征存在很強(qiáng)的隨機(jī)性和偶然性，存在誤判的可能性很大。所以，開發(fā)一種安全性好、可靠性高的用電器安全控制裝置變得十分迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對現(xiàn)有產(chǎn)品和技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的用電器安全智能裝置，包括用電器識別、電弧檢測、環(huán)境監(jiān)測以及遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的:
[0004](I)用電器智能識別技術(shù)
[0005]本發(fā)明利用以負(fù)載電流的傅里葉級數(shù)作為特征值的局部空間模式識別技術(shù)來進(jìn)行用電器的識別。除了參考模式識別的結(jié)果外，還結(jié)合了用電器的其它一些信息比如功率、數(shù)字濾波器等進(jìn)行多維信息的綜合識別，以提高識別的準(zhǔn)確率。分為三步進(jìn)行識別，第一步將用電器的原始電流波形數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉級數(shù)運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果與各用電器的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，得出第一相似度；第二步將原始電流數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波，濾波后的波形與第一相似度超過一定值的電器的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，得出第二相似度；第三步計(jì)算待測用電器的功率，并將該功率值與第二相似度滿足一定范圍的電器的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，并得出識別結(jié)果O
[0006](2)電弧檢測技術(shù)
[0007]本發(fā)明的電弧檢測方式采用基于模糊邏輯的多種信息結(jié)合技術(shù)，將采集的電流波形數(shù)據(jù)先進(jìn)行特征值結(jié)合，計(jì)算其自回歸模型系數(shù)，然后結(jié)合數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法中的平均值和最大值進(jìn)行檢測判斷。首先對電流采樣數(shù)據(jù)建立自回歸模型，利用三階最大熵譜算法(Burg算法)計(jì)算出自回歸模型參數(shù)；然后通過數(shù)據(jù)庫中正常波形的自回歸模型參數(shù)和待測電流信號的自回歸模型參數(shù)計(jì)算出歐氏距離平方值，將該結(jié)果作為決策級結(jié)合的輸入之一，計(jì)算和值與最大值的最大差值時(shí)，由于各用電器電流大小存在較大差異，所以單看該差值大小很難判斷，定義和值的最大差值與兩個(gè)周期和值的平均值之比作為最大和值差值比，按同樣方式計(jì)算出最大峰值差值比，將這兩個(gè)差值比作為決策級結(jié)合的輸入；最后通過這三個(gè)輸入關(guān)聯(lián)，按照一定的規(guī)則進(jìn)行決策級結(jié)合獲得判斷結(jié)果。
[0008](3)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)
[0009]本發(fā)明能夠綜合監(jiān)測室內(nèi)的溫度、濕度、PM2.5指數(shù)和噪聲等環(huán)境數(shù)據(jù)。使用單總線數(shù)字溫濕度傳感器DHTll作為溫濕度采集模塊，采用夏普的GP2Y1010AU0F檢測室內(nèi)PM2.5指數(shù)，采用高靈敏度駐極體話筒及模擬放大電路來監(jiān)測室內(nèi)噪聲強(qiáng)度。
[0010](4)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
[0011]本發(fā)明引入了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，包括以太網(wǎng)技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)，分別采用了單芯片快速以太網(wǎng)MAC控制器DM9000和2.4GHz低功率藍(lán)牙系統(tǒng)單晶片CC2540o
[0012]有益的效果:本發(fā)明為解決室內(nèi)電氣火災(zāi)隱患提供了一個(gè)很好的方案。它能夠綜合采集室內(nèi)用電器類型、電弧故障等用電信息和溫濕度、PM2.5、噪聲等環(huán)境信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控室內(nèi)安全狀況并進(jìn)行報(bào)警或自動(dòng)作出應(yīng)急處理。使用戶在任何地方，只要有網(wǎng)絡(luò)，就可以通過電腦瀏覽器或者手機(jī)APP實(shí)時(shí)查看室內(nèi)的用電器信息、環(huán)境信息及故障電弧信息。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖2(a)為本發(fā)明的單片機(jī)模塊電路原理圖；
[0015]圖2(b)為本發(fā)明的單片機(jī)晶振電路原理圖；
[0016]圖2(c)為本發(fā)明的單片機(jī)JTAG接口電路原理圖；
[0017]圖2(d)為本發(fā)明的單片機(jī)復(fù)位電路原理圖；
[0018]圖3為本發(fā)明的以太網(wǎng)模塊電路原理圖；
[0019]圖4為本發(fā)明的藍(lán)牙4.0模塊電路原理圖；
[0020]圖5為本發(fā)明的溫濕度傳感器電路原理圖；
[0021]圖6為本發(fā)明的噪聲檢測模塊電路原理圖；
[0022]圖7為本發(fā)明的PM2.5傳感器電路原理圖；
[0023]圖8為本發(fā)明的電流互感器模塊電路原理圖；
[0024]圖9 (a)為本發(fā)明的5V和3.3V電源模塊電路原理圖；
[0025]圖9(b)為本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換參考電壓電路原理圖；
[0026]圖10為本發(fā)明的TFT液晶模塊電路原理圖；
[0027]圖11為本發(fā)明的軟件流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明更進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0029]如圖1所示，一種基于物聯(lián)網(wǎng)的用電器安全智能裝置，包括CPU、電流互感器、傳感器、網(wǎng)卡、藍(lán)牙和顯示屏；由電流互感器采集用電器的電流波形數(shù)據(jù)，CPU采集到電流數(shù)據(jù)后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，量化后進(jìn)行運(yùn)算識別。CPU依次接收由溫濕度、PM2.5、噪聲傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)，并計(jì)算成標(biāo)準(zhǔn)溫濕度、PM2.5、噪聲數(shù)據(jù)單位。顯示屏實(shí)時(shí)顯示上述數(shù)據(jù)。另外這些數(shù)據(jù)也會(huì)通過網(wǎng)卡實(shí)時(shí)上傳至服務(wù)器，以供用戶通過電腦瀏覽器或手機(jī)APP隨時(shí)查看；藍(lán)牙用于通過手機(jī)對用電器的控制，比如電源的開關(guān)等。
[0030]所述的CPU模塊電路包括單片機(jī)模塊電路、單片機(jī)晶振電路、單片機(jī)JTAG接口電路和單片機(jī)復(fù)位電路；其中單片機(jī)的型號為STM32F103VET6 ；
[0031]如圖2(a)所示，所述的單片機(jī)模塊電路包括單片機(jī)U1、六個(gè)濾波電容和一個(gè)紐扣電池。單片機(jī)Ul的第10、19、20、27、37、49、74、94、99腳全部接地，單片機(jī)Ul的第11、28、50、75、100腳全部3.3V電源，單片機(jī)Ul的第6腳與紐扣電池BATl的正極連接，紐扣電池BATl的負(fù)極接地，單片機(jī)Ul的第21腳與第一濾波電容C9的一端連接并接VREF+，第一濾波電容C9的另一端與單片機(jī)Ul的第27腳連接，第二濾波電容ClO的一端與單片機(jī)Ul的第22腳連接并接VDDA，第二濾波電容ClO的另一端與單片機(jī)Ul的第27腳連接，第三濾波電容C12的一端與單片機(jī)Ul的第28腳連接，第三濾波電容C12的另一端接地，第四濾波電容C13的一端與單片機(jī)Ul的第50腳連接，第四濾波電容C13的另一端接地，第五濾波電容Cll的一端與單片機(jī)Ul的第75腳連接，第五濾波電容Cll的另一端接地，第六濾波電容C5的一端與單片機(jī)Ul的第100腳連接，第六濾波電容C5的另一端接地，單片機(jī)Ul的第1-5、7、18、23、24、52-54、60、63、64、70、71、73、79、80、83、84、87、91-93、95-98 腳懸空。
[0032]如圖2 (b)所示，所述的單片機(jī)晶振電路包括一個(gè)32.768KHz的第一晶振Y1、一個(gè)8MHz的第二晶振Y2和4個(gè)負(fù)載電容；
[0033]第一晶振Π的一端與單片機(jī)Ul的第8腳、第一負(fù)載電容Cl的一端連接，第一晶振Yl的另一端與單片機(jī)Ul的第9腳、第二負(fù)載電容C3的一端連接，第一負(fù)載電容Cl的另一端與第二負(fù)載電容C3的另一端接地，第二晶振Y2的一端與單片機(jī)Ul的第12腳、第三負(fù)載電容C2的一端連接，第二晶振Y2的另一端與單片機(jī)Ul的第13腳、第四負(fù)載電容C4的一端連接，第三負(fù)載電容C2的另一端與第四負(fù)載電容C4的另一端接地。
[0034]如圖2(c)所示，所述的單片機(jī)JTAG接口電路包括四個(gè)上拉電阻和一個(gè)接插件；接插件的型號為JTAG-20。
[0035]接插件J2的第1、2腳接3.3V電源，接插件J2的第19腳接5V電源，接插件J2的第4、6、8、10、12、14、16、18、20腳接地，接插件J2的第3腳與單片機(jī)Ul的第90