方賡

(南京科技職業(yè)學(xué)院，江蘇南京210048)

基于Java的智能家居電源監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

方賡

(南京科技職業(yè)學(xué)院，江蘇南京210048)

在智能家居電源中，大多數(shù)應(yīng)用都有體積小、效率高的基本要求。因此，應(yīng)用于智能家居的模塊電源應(yīng)運(yùn)而生。但是，由于模塊電源集成度高，所以對(duì)電源的監(jiān)控顯得尤為重要。針對(duì)這一情況而開發(fā)了基于JAVA語(yǔ)言的智能家居電源監(jiān)控系統(tǒng)。

智能家居；模塊電源；Java

隨著生活水平的提高，智能家居逐漸走進(jìn)了人們的視野。智能家居是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線、網(wǎng)絡(luò)通信、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等技術(shù)形成的高效家庭設(shè)備與生活管理系統(tǒng)，是提升家居安全性、舒適性、便利性，同時(shí)保證環(huán)保節(jié)能的重要方式。

智能家居是一個(gè)完整的體系，由多個(gè)子系統(tǒng)組成，圖1為廣州冠圖電子科技有限公司所給出的智能家居系統(tǒng)圖。從圖中可知，該系統(tǒng)包括了綜合控制系統(tǒng)、安防報(bào)警系統(tǒng)、可視對(duì)講系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等。在這個(gè)智能家居系統(tǒng)中，我們可以發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)都是依賴于電力電子的產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行工作的，而這些電子產(chǎn)品無(wú)一例外都要用到電源系統(tǒng)。

在住宅中，供電是必不可少的一部分，家庭用電主要依靠電網(wǎng)供電，一次布線，終身受用，但是也存在著不夠靈活，不易改動(dòng)的弊端。因此，一種體積更小、布置靈活、效能更高的電源系統(tǒng)成為智能家居不可缺少的一部分，這種電源，就是模塊電源。

圖1 智能家居系統(tǒng)圖

1 智能家居電源系統(tǒng)分析

模塊電源是體積小、功能較完善的可以直接安裝在印刷電路板上，為電路板上的數(shù)字電路或模擬電路進(jìn)行供電的電源系統(tǒng)[1]。這種電源系統(tǒng)大多以開關(guān)電源為基本構(gòu)成形式，隨著應(yīng)用的不斷深入，其工作的可靠性、可用性、便捷性得到了很大的改善。目前，其被廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)中。

模塊電源是一個(gè)涉及眾多技術(shù)領(lǐng)域的電源系統(tǒng)，其中最重要的技術(shù)是高頻功率變換、脈沖調(diào)制、功率因數(shù)校正、整流均流控制等，而衡量一個(gè)模塊電源的技術(shù)指標(biāo)有最大輸出功率、輸出電壓精度、源電壓效應(yīng)、負(fù)載效應(yīng)、溫度系數(shù)、輸出紋波與噪聲、輸入反射紋波電流、輸入共模噪聲電流、輸出電壓調(diào)節(jié)范圍、保護(hù)特性及工作效率等。

對(duì)于智能家居而言，模塊電源主要是應(yīng)用在智能家居的數(shù)據(jù)采集及執(zhí)行單元中。如圖1中的綜合控制系統(tǒng)。這些模塊電源的功率一般在3～10 W，供電電壓在3～15 V，具體的要求是可靠、高效。同時(shí)，由于該電源是應(yīng)用在家居環(huán)境中，所以最好設(shè)計(jì)成多路輸出，以減少電源的個(gè)數(shù)。

綜合以上的特點(diǎn)可知，智能家居中的模塊電源最好是利用開關(guān)電源來(lái)設(shè)計(jì)，因?yàn)殚_關(guān)電源與線性電源和相控電源相比，具有效率高、體積小、質(zhì)量輕等明顯的優(yōu)點(diǎn)。

開關(guān)電源的工作原理比較簡(jiǎn)單，首先利用整流電路把交流變成直流，再利用開關(guān)管把直流電變成高頻的直流電，通過(guò)開關(guān)變壓器構(gòu)建出多路輸出，一些輸出經(jīng)過(guò)整流濾波直接輸出直流，而另一些利用變壓器的次級(jí)感應(yīng)出交流電，輸出適合的交流電。具體原理如圖2所示。

圖2 多路輸入開關(guān)模塊電源原理圖

2 電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能家居中的模塊化開關(guān)電源要求具有很高的工作可靠性。同時(shí)，由于模塊化電源的體積一般都較小，故工作的穩(wěn)定性和可靠性受到一定的影響。為了提高其工作效能，就需要對(duì)它的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

監(jiān)控系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，必須具有可以監(jiān)控整個(gè)智能家居系統(tǒng)中電源系統(tǒng)的能力。這就意味著該系統(tǒng)一方面要具有完善的電源系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)采集、顯示及設(shè)置的功能，同時(shí)它還應(yīng)具有與外部控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，向外部控制中心發(fā)布控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)切換的功能。

電源監(jiān)控系統(tǒng)由下位機(jī)系統(tǒng)及上位機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，上位機(jī)系統(tǒng)就是外部控制中心，承擔(dān)著對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及下達(dá)控制命令的任務(wù)，而下位機(jī)系統(tǒng)的核心是單片機(jī)，一般的情況下由8051類的芯片就可以勝任，通信可能采用RS—485或RS—232串行口，并通過(guò)Wifi進(jìn)行通信。單片機(jī)上利用I/O口連接電流、電壓、溫度等傳感器采集各路電源的運(yùn)行參數(shù)，并將這些參數(shù)上傳至上位機(jī)，為上位機(jī)提供基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)依據(jù)；上位機(jī)的主體是電源管理系統(tǒng)，主要包括電源運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊和電源多路智能選擇模塊。電源控制管理模塊是整個(gè)管理的核心，在本設(shè)計(jì)中主要利用Java語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，主程序流程如圖3所示。

系統(tǒng)內(nèi)部使用串口進(jìn)行通信。系統(tǒng)將串口信息保存在一個(gè)靜態(tài)常量中，以方便調(diào)用，而故障處理和報(bào)警功能是利用了幾個(gè)Boolean常量進(jìn)行對(duì)比分析，當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)有異常時(shí)，相對(duì)應(yīng)的Boolean常量則會(huì)變?yōu)閒alse，在系統(tǒng)中會(huì)自動(dòng)檢測(cè)該值，如果檢測(cè)到值為false，則會(huì)進(jìn)行故障的處理和報(bào)警。該實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能的主要代碼如下：

圖3 主程序流程圖

3 總結(jié)

在智能家居系統(tǒng)中，電源是其重要的組成部分，是系統(tǒng)可靠運(yùn)行的保障。在本文中，針對(duì)模塊電源系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的電源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電源運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、控制和管理。本設(shè)計(jì)的下位機(jī)具有應(yīng)用靈活、成本經(jīng)濟(jì)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還利用Java語(yǔ)言開發(fā)了上位機(jī)系統(tǒng)，很好地實(shí)現(xiàn)了電源管理的功能。

[1]姜志亮.寬壓高效DC/DC模塊電源設(shè)計(jì)[D].北京：北方工業(yè)大學(xué)，2013：17-19.

Development of intelligent home power monitoring system based on JAVA

In intelligent household power supply,small size and high efficiency were the needs of most applications.Thus,the modular power was used in smart home.However,the modular power was highly integrated,so the power monitoring was particularly important.This design was developed intelligent home power monitoring system for this situation based on JAVA language.

smart home;power supply module;Java

TM 762

A

1002-087 X(2016)03-0727-02

2015-10-13

方賡(1975—)，男，江蘇省人，高級(jí)工程師、講師，碩士，主要研究方向?yàn)樵朴?jì)算及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。