基于智能插座的办公建筑电力节能系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景：智能插座作为智能家居中举足轻重的角色，最早在1984年由某发达国家建造的世界史上第一栋智能建筑提出概念，该国家电子工业协会在四年后拟定了首个能够很适用各家各户住宅的电气设计标准；我国进入上世纪90年代末期后，有关标准也进行了制定。知名企业公司董事长宣布的“维也纳计划”，该方案在某些程度上很好的解决了中国数字生活家电的问题，为中国后来的智慧城市发展奠定了夯实的一步。21世纪初期的中国并不对智能家居这个新概念抱有多大希望，国内甚至在十年内都没人愿意去品尝这块大蛋糕。直到2014年，broadlink公司的崛起，眼红了一大堆国内企业家。渐渐的，“米家”等其他称呼的涌现，让社会都开始感受智能生活带来的便捷。推动了中国往智能化现代，智慧城市的规划的大跨步！当前市场随着过多企业的加入，智能插座的开发与应用越来越广泛，就连叫法都五花八门：无线插座、智能接线板、wifi插座等等不计其数。

研究目的：随着云计算和物联网技术的普及，城市公共建筑用电的发展又迈向了一个新阶段——智能用电，尤其是在能源危机这一世界性难题的背景下，智能用电作为一个重要方向打破了传统电力系统对用电负荷粗放式管理的局面。以往电力系统对用电负荷的感知能力仅仅局限于用户的电表，对建筑物内部用电的电气设备种类、设备电能计量和用电方式习惯等都缺乏感知。基于智能用电以及智能电网整体规划的需要，我们需要深入感知建筑物内各单位的用电信息。目前市场上传统的插座功能单一，不能对电气设备进行远程开关控制和电气设备用电计量，无法满足用户对用电安全需求的特点。智能节能插座，是一种全新理念的智能插座。在互联网没有发展的时代，按照国际标准，传统的插座可以分为多种类型，其中既包括民用、工业用的插座，也包括防水、电源插座，还包括移动式、固定式等类型的插座。

后来，物联网引领新时代，插座中开始接入电脑控制芯片，接入无线通讯传输协议芯片，智能插座由此诞生。流行的计量插座、定时插座、遥控插座等节能型插座的产品，能够解决部分实际问题，但都存在各种缺陷。计量插座能够直观反映出插座上的电器运行功率，电流，电压等信息，仅仅能够让用户知道电器的耗电情况，需要具备一定专业知识的用户才能根据测量结果分析电器是否耗电正常，才能及时发现电器异常，避免不正常耗电，这种插座可以满足客户随时想知道家用电器的用电消耗量，家用电器的正常额定功率，电压电流等数值，便于观察家电的用损情况。定时插座能够控制用电器在特定时段工作，在一定程度上减少了空闲时段的能源浪费，但实际用电时段并非固定，情况一旦变化，需要重新进行设定，使用不方便。遥控插座需要配备专用遥控器，成本较高而且使用麻烦，难以得到用户接受。另外，这些插座不能同时具备全面的电网参数测量和负载控制功能，无法对用电器实现安全保护，更无法避免长期超负荷用电引发的安全事故。设计一种基于wifi的无线传输模块的智能插座，该智能插座以esp32无线wifi模块为控制核心及信号传输模块，并基于hlw8112芯片设计电能计量模块，集成继电器等外围电路，设计一套智能插座，该插座具有以下功能:(1)电能计量（2）手机检测（3）远程控制。智能节能插座可以通过芯片与平台联动，达到智能用电，节约用电的目的。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容

（1）分析国内外智能wifi插座产品结构的基础上，明确wifi智能插座的模块组成以及所需的硬件设备，模块主要包括数据采集及传输模块，电力检测及节能模块数据存储及节能模块，硬件主要包括esp32模块，hlw8112芯片和集成继电器等，从而完成wifi插座的硬件总体设计；

（2）参考已有的智能插座wifi平台，以嵌入式微处理器和实时操作系统为开发平台，完成智能插座wifi平台的软件设计，包含智能插座wifi平台的功能规划设计、软件设计、程序编写和系统调试；

3. 研究的方法与步骤

本课题采用的研究方法：

（1）功能分块设计：智能插座需要达到电量检测，远程控制，数据传输的功能，将这几个要求分块设计，逐步实现，最后进行功能融合。

（2）已有功能优化：根据esp32模块，学习小米智能插座，对已有的程序进一步优化和完善。

4. 参考文献

[1]卢坤．基于物联网的家居环境监控系统研究[d]．南京信息工程大学，2016．

[2]侯琛，赵千川，李海涛，张浩．物联网中的嵌入式终端．电子测量技术 2014，37(101)：113-117．

[3]孙其博，刘杰，黎葬，范春晓，孙娟娟．物联网：概念、架构与关键技术研究综述．北京邮电大学学报，2010，33(03)：1-8．

5. 计划与进度安排

（1）2022.02.10 ～2022.03.05 查阅资料，翻译外文资料和撰写开题报告；

（2）2022.03.06 ～2022.03.25 研究电能监测原理和wifi无线传输开发原理；

（3）2022.03.26 ～2022.04.20 设计基于esp32 wifi平台的智能插座系统，并采用常用eda软件绘制符合计算机辅助设计制图相关标准规范要求的原理图和pcb图；