韋紅美 奚秀芳 岑曦

（1.百色職業(yè)學(xué)院 廣西壯族自治區(qū)百色市 533000 2.廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣西壯族自治區(qū)百色市 533000）

本文研究設(shè)計(jì)家用智能配電箱的設(shè)計(jì)方案：首先分析家用智能配電箱的功能需求，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供電、可靠通信、智能控制、采集數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等各項(xiàng)任務(wù)；其次制定了智能配電箱的總體設(shè)計(jì)方案，分別從硬件電路、軟件功能兩部分進(jìn)行設(shè)計(jì)；在硬件電路包括設(shè)計(jì)配電箱終端通信及智能配電箱、后臺(tái)監(jiān)控有關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)交換，包括電流、溫度、功率各項(xiàng)參數(shù)及開關(guān)實(shí)時(shí)控制，方便維護(hù)軟件平臺(tái)；軟件功能包括B/S 架構(gòu)，AP 功能滿足智能監(jiān)控、故障管理、數(shù)據(jù)診斷及遠(yuǎn)程控制多種功能需求展開著重分析，以求可以滿足家用人居環(huán)境智能配電箱控制所需；最后對(duì)本文設(shè)計(jì)家用智能配電箱進(jìn)行仿真測(cè)試，證實(shí)能夠滿足預(yù)期設(shè)計(jì)功能需求。

1 智能配電箱概述

最初的階段，智能配電箱僅僅是一種已經(jīng)被定義為一種可以對(duì)其進(jìn)行完善和改進(jìn)的操作手段。但是隨著傳感器的出現(xiàn)和在電力系統(tǒng)中的逐漸廣泛應(yīng)用，智能配電箱針對(duì)其中的大量數(shù)據(jù)資料和信息進(jìn)行了綜合的分析，可以給電力系統(tǒng)帶來更便捷的管理和模式。而且智能配電箱還具備了各種科學(xué)和技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，比如包容性相對(duì)較強(qiáng)，自我整合能力相對(duì)較弱，溝通能力相對(duì)較強(qiáng)等。最重要的問題就是，智能配電箱的安全和穩(wěn)定性能良好，這對(duì)于我國(guó)新型電力系統(tǒng)建設(shè)的發(fā)展來說，具有了更多的市場(chǎng)和前景。智能配電箱系統(tǒng)建設(shè)得到完善后，首先就可為電網(wǎng)的數(shù)據(jù)和信息提供準(zhǔn)確的資料，并形成一個(gè)綜合的管理制度，全過程地參與投入到電網(wǎng)的管理中，實(shí)現(xiàn)基本的信息保障和維護(hù)以及電網(wǎng)系統(tǒng)的日常使用和監(jiān)理工作，促進(jìn)智能配電箱系統(tǒng)的完善和優(yōu)化服務(wù)。

2 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在家用智能配電箱中的應(yīng)用

本次研究的主要內(nèi)容是對(duì)于網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境下的家用智能化配電箱設(shè)計(jì)展開研究，首先對(duì)具體的運(yùn)用場(chǎng)景進(jìn)行詳細(xì)需求分析，結(jié)合運(yùn)用需求設(shè)計(jì)開發(fā)智能家用配電箱，并以我國(guó)發(fā)布有關(guān)配電標(biāo)準(zhǔn)及功能規(guī)范為依據(jù)，設(shè)計(jì)適用于家庭的智能配電箱。對(duì)設(shè)計(jì)的配電箱系統(tǒng)從硬件電路、軟件運(yùn)維平臺(tái)兩方面展開研究，其中硬件技術(shù)主要包括了電源冗余切換、配電參數(shù)監(jiān)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換、以太網(wǎng)傳輸、微處理器等技術(shù)。軟件運(yùn)維平臺(tái)則包括了智能監(jiān)控、故障管理、數(shù)據(jù)診斷及遠(yuǎn)程控制多種功能需求，實(shí)現(xiàn)本次研究的家用智能化配電箱設(shè)計(jì)。

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

綜合考慮家庭的使用情況，本設(shè)計(jì)實(shí)施的智能化一體設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)融入了RT5350、Wi-Fi 技術(shù)，詳見圖1。包括的部分為智能家居中央控制系統(tǒng)、無(wú)線通信與網(wǎng)絡(luò)模塊、傳感器信息采集與終端設(shè)備控制模塊、人機(jī)交互界面。

基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖分析能夠得知，系統(tǒng)包含感知與操作兩大類，感知包含了光度、溫度、濕度、可燃?xì)怏w與紅外檢測(cè)5 部分，操作包含了照明控制、電氣通斷控制與報(bào)警驅(qū)動(dòng)控制。

圖1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2：濕度溫度傳感器

光照傳感器主要是采集光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，觸發(fā)智能家居控制部分，實(shí)現(xiàn)燈光的調(diào)節(jié)。觸發(fā)空調(diào)，實(shí)現(xiàn)溫度與濕度的采集，進(jìn)而智能控制空調(diào)。若是燃?xì)鉂舛瘸^安全規(guī)定，則會(huì)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)。紅外線傳感器主要是裝置在窗口與門口，用戶不在家時(shí)就會(huì)啟動(dòng)紅外線，一旦有人進(jìn)入，將會(huì)觸發(fā)報(bào)警裝置，發(fā)送信息給用戶，起到及時(shí)報(bào)警的效果。

智能家居一般常用的三種回為紅外、藍(lán)牙與Wi-Fi，選擇的是無(wú)線控制方案，但是目前的三種回均是短距離的無(wú)線通信技術(shù)，針對(duì)一些他要求很難滿足。Wi-Fi 得到了廣泛的應(yīng)用，利用率相對(duì)較高，人們可做到快速上手。但是藍(lán)牙與Wi-Fi 若應(yīng)用在智能配電箱當(dāng)中，其技術(shù)擴(kuò)展性能就會(huì)受到影響。最為明顯的問題就是，一個(gè)網(wǎng)端僅可對(duì)應(yīng)10 個(gè)端口，與 ZigBee 技術(shù)相比端口數(shù)量不足。筆者認(rèn)為，在家居設(shè)備當(dāng)中嵌入 ZigBee+Wi-Fi 技術(shù)，可以降低技術(shù)成本，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)容量的增加，且可以靈活設(shè)置工作頻段，使用安全性較高，在智能家居領(lǐng)域內(nèi)，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)可發(fā)揮到最大。

對(duì)比分析可發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)選擇的是 ZigBee 技術(shù)，在此基礎(chǔ)上建設(shè)無(wú)線通訊方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)家居的智能化控制。

2.2 智能模塊硬件實(shí)現(xiàn)

本項(xiàng)目的產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包含了四部分，可以劃分為居家控制、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信、傳感器信息采集、人際互通。

2.2.1 組網(wǎng)通信模塊組網(wǎng)選擇的是 RT5350，屬于在無(wú)線網(wǎng)技術(shù)上組建的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，本系統(tǒng)選擇的通信技術(shù)為 ZigBee+Wi-Fi。

2.2.2 傳感器電路設(shè)計(jì)

傳感器主要是為感知加重的環(huán)境，比如：溫度、濕度、光照、紅外、氣體檢測(cè)、報(bào)警等。

（1）溫度與濕度監(jiān)測(cè)。選擇的是SHTI1 模塊，這一模塊能夠提供數(shù)字串、且接口比較簡(jiǎn)單、可靠性較高，集成度也相對(duì)較高。在一個(gè)芯片上，繼承了溫度感測(cè)信號(hào)與濕度感測(cè)信號(hào)，可以將系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化。

SHTI1 濕度與溫度傳感器內(nèi)的驅(qū)動(dòng)程序，要實(shí)現(xiàn)初始化、操作化、校正與解讀等功能。想要實(shí)現(xiàn)函數(shù)的初始化，需要借助傳感器硬件的輔助。先要借助VO 引腳，將傳感器電源的開關(guān)網(wǎng)打開。接著等待傳感器，待其渡過11ms 的休眠期之后，在等待的期間，RTS350 不會(huì)將任何的命令傳輸給傳感器，能夠確保I/O 端口配置不變，可確保總線數(shù)量的穩(wěn)定，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在SHT11 通電之后，會(huì)進(jìn)入11ms 的休眠期，術(shù)后接收RTS350 的采集，啟動(dòng)指令，測(cè)量溫度與濕度，校驗(yàn)與校正數(shù)據(jù)。

（2）光照亮度監(jiān)測(cè)。光線傳感器選擇的模塊為BH 1750FVI，該模塊的分辨率較高，能夠 大范圍的檢測(cè)光照強(qiáng)度，可以輸出對(duì)應(yīng)亮度的數(shù)值。智能化家居系統(tǒng)可以結(jié)合亮度的變化，線性調(diào)節(jié)亮度，實(shí)現(xiàn)恒光控制。

（3）紅外入侵監(jiān)測(cè)。通過RE 2OOB 與BISSO001 組合，建設(shè)專門的紅外設(shè)施熱釋放電模塊，模塊通過外接少量的元器件，可以與RT 5350 構(gòu)成檢測(cè)模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)人體紅外檢測(cè)。這一模塊借助菲涅爾透鏡，可以將檢測(cè)的半徑延長(zhǎng)，其探測(cè)的半徑為10m，可將精度精準(zhǔn)性提升。

（4）氣體檢測(cè)模塊。氣體檢測(cè)主要是為檢測(cè)可燃?xì)怏w，屬于家庭安防內(nèi)的關(guān)鍵部分。這一系統(tǒng)模塊，選擇的是MQ—X 檢測(cè)器，能夠?qū)崿F(xiàn)可燃?xì)怏w的有效檢測(cè)。一旦MQ—X 元件檢測(cè)到可燃?xì)怏w，且超過規(guī)定值，系統(tǒng)內(nèi)的DOUT 引腳能夠?qū)⒌碗娖捷敵?，通過與外部有效的連接，可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警。

（5）報(bào)警系統(tǒng)。一旦智能家居傳感器監(jiān)測(cè)到異常，就會(huì)及時(shí)的發(fā)送報(bào)警信號(hào)，會(huì)觸發(fā)相關(guān)的報(bào)警裝置與設(shè)備，做出聲報(bào)警或者是光報(bào)警動(dòng)作?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)家庭的有效安防，項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通過輸出信號(hào)，能夠驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，以此實(shí)現(xiàn)報(bào)警。

3 智能配電箱技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 微網(wǎng)技術(shù)發(fā)展

這一技術(shù)是在電子技術(shù)、可再生能源下衍生的全新技術(shù)，技術(shù)儲(chǔ)備性能與綜合性能較強(qiáng)。這一電網(wǎng)主要是因?yàn)槭艿郊夹g(shù)合并、兼容技術(shù)性能的微網(wǎng)技術(shù)，可持續(xù)供應(yīng)熱能與電能，通過制定科學(xué)的管理，能夠更好的與配電工作結(jié)合，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)且有效的控制，系統(tǒng)運(yùn)行可以有效連接并網(wǎng)，一同開展作業(yè)。微網(wǎng)技術(shù)還可以為獨(dú)立系統(tǒng)提供熱能與電能，可以分布發(fā)電，并將其輸送到智能配電箱中，這一技術(shù)的應(yīng)用可以助力于配網(wǎng)控制，能夠滿足配網(wǎng)要求，使用穩(wěn)定性較強(qiáng)，可滿足用電需求。

3.2 ADA技術(shù)發(fā)展

這一技術(shù)為高級(jí)配電智能化技術(shù)，能夠?qū)⒅悄芘潆娤涔芾砼c控制結(jié)合。這一技術(shù)可達(dá)到自動(dòng)化、智能化控制分布式電源與配電系統(tǒng)，可以將智能配電箱性能提升。當(dāng)前電力單位與配電系統(tǒng)等功能，數(shù)據(jù)控制屬于ADA 技術(shù)的核心內(nèi)容。ADA 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)分布式能源的接入，可實(shí)現(xiàn)智能配電箱信息的有效融合，能夠助力于智能配電箱設(shè)備的控制。除此之外，ADA 技術(shù)能夠分析實(shí)時(shí)仿真，能夠輔助決策，作用顯著，可為配電箱提供技術(shù)支持，可監(jiān)督與控制配電箱，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)分享。

4 結(jié)束語(yǔ)

智能配電箱的技術(shù)研究開發(fā)對(duì)傳統(tǒng)配電系統(tǒng)存在的缺陷弊端有效解決，不僅可以對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)及嵌入技術(shù)充分利用，還能夠運(yùn)用于低壓配電領(lǐng)域獲得顯著成效。高度集成配電箱內(nèi)部各元件主控單元，實(shí)現(xiàn)單元線路布局的有效優(yōu)化，對(duì)設(shè)備的整體運(yùn)行穩(wěn)定可靠性充分提升。因此經(jīng)本次研究設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境下的家用智能配電箱，提出系統(tǒng)上設(shè)計(jì)技術(shù)總框架，并與相關(guān)技術(shù)進(jìn)行對(duì)比相較，以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、技術(shù)特性多方面基于Wi-Fi 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的智能家用控制。并對(duì)硬件電路、軟件功能進(jìn)行詳細(xì)介紹，分別包括電流、溫度、功率各項(xiàng)參數(shù)及開關(guān)實(shí)時(shí)控制，方便維護(hù)軟件平臺(tái)；B/S 架構(gòu)，AP功能滿足智能監(jiān)控、故障管理、數(shù)據(jù)診斷及遠(yuǎn)程控制、蜂鳴警報(bào)多種功能，為推廣家用智能配電箱提供基礎(chǔ)。