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        會感應(yīng)的電器 節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置

        2022-05-30 02:44:07趙知恒杜孟嬌
        關(guān)鍵詞:耗電量電路板電器

        趙知恒 杜孟嬌

        創(chuàng)意由來:

        一天,我們在上學(xué)路上看到幾輛消防車奔馳而過。后來,聽說是某個小區(qū)電器起火,發(fā)生了火災(zāi)?;叵肫鹪陔娨暽峡吹降幕馂?zāi)發(fā)生時的慘烈場面,我們都感到害怕。

        以前,我們出門時經(jīng)常忘記關(guān)電器,不僅浪費了寶貴的電能,還存在火災(zāi)隱患?,F(xiàn)在出門前,我們都會仔仔細(xì)細(xì)地把家里的電器檢查一遍,一旦發(fā)現(xiàn)還有電器在運行,就會立即關(guān)掉。但是,家里的電器太多了,每次檢查都要花費很長時間。有幾次因為這個事情,我們上學(xué)還遲到了。所以,我們決定發(fā)明能遠(yuǎn)程監(jiān)控電器的裝置。

        設(shè)計過程:

        1.初次設(shè)計

        Arduino電路板是適合小學(xué)生編程的開源電子平臺,它就像一臺小型電腦,與不同的模塊連接,通過程序控制可以完成各種任務(wù)。在家長的輔導(dǎo)下,我們學(xué)習(xí)了編程知識,為設(shè)計做準(zhǔn)備。

        電流大小表示電器用電的多少。我們選取一個測量電路電流的感應(yīng)線圈和一個顯示電流值的LCD顯示模塊,將它們與Arduino電路板連接,其中,Arduino電路板在裝置的中央,感應(yīng)線圈和LCD顯示模塊在Arduino電路板的同一側(cè),如圖1。

        接下來,我們驗證利用電磁感應(yīng)原理測量電器電流是否可行。我們將感應(yīng)線圈套在電器電線上,打開電路開關(guān),LCD顯示屏上卻沒有讀數(shù)。這是怎么回事呢?我們請教科學(xué)老師,科學(xué)老師給我們講解了電磁感應(yīng)的基本原理。原來是連接方式不對,電纜里有兩根或者三根電線,不同電線產(chǎn)生的磁場會相互抵消。之后,我們將感應(yīng)線圈套在其中一根電線上,LCD顯示屏上出現(xiàn)了正確的數(shù)值。初步試驗取得了成功,我們感覺很不錯,興奮地給大家演示。

        2.改進裝置

        有的人不太明白LCD顯示屏上的數(shù)字表示什么。要不改進電路的顯示方式,使其更直觀,方便更多人理解?于是,我們在裝置中安裝了紅、黃、綠燈,LED圖標(biāo),蜂鳴器,語音播報模塊,如圖2,可增強顯示功能,并實現(xiàn)報警和語音播報功能。其中,紅、黃、綠燈被安裝在Arduino電路板的一側(cè),蜂鳴器、語音播報模塊和LED圖標(biāo)被安裝在Arduino電路板的另一側(cè)。如果測量的電流過大,電器節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的紅燈會亮起,并發(fā)出警報聲。

        3.進一步完善

        電器節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的功能更強大了,也更方便使用了,于是我們再次給大家演示。有人提出,除了監(jiān)控電器的狀態(tài),針對電器存在的火災(zāi)隱患,電器節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置能不能發(fā)揮作用?

        這個提議不錯,我們決定試試。我們思索了很久,想到火災(zāi)發(fā)生時電器溫度會升高,產(chǎn)生有害的濃煙,可以利用溫濕度采集模塊和小風(fēng)扇模塊幫助確認(rèn)火災(zāi)和驅(qū)散煙霧。于是,我們將溫濕度采集模塊、小風(fēng)扇模塊與Arduino電路板連接。在科學(xué)老師和家長的指導(dǎo)下,我們還安裝了按鍵、點陣顯示模塊和Wi-Fi通信模塊等,并給Wi-Fi通信模塊編寫了程序,可以將溫度、濕度、電流等信息及時發(fā)送到手機上。

        試用作品:

        科學(xué)老師建議我們試用電器節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置,具體過程可按照編寫的程序進行。

        第一步,使用感應(yīng)線圈采集電器電流。第二步,通過采集的電流判斷能耗,根據(jù)能耗小、中、大,分別點亮綠燈、黃燈、紅燈。如果能耗為中,小風(fēng)扇還會轉(zhuǎn)動;能耗為大,蜂鳴器會鳴叫報警,語音播報電流值。第三步,按按鍵:按一下按鍵,點陣根據(jù)能耗判斷顯示圖形,LCD顯示屏顯示電流值;按兩下按鍵,Wi-Fi通信模塊會將所有信息發(fā)送到手機上。

        我們接受了建議,將電器節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的感應(yīng)線圈套在電燈、電腦、微波爐和空調(diào)等電器的電源線上,測量了它們在工作和待機時的電流,數(shù)值見表1。

        不同的電器的耗電量存在差別。工作時,微波爐和空調(diào)的耗電量比較大,臺燈和手機的耗電量比較小。在待機時,有一些家用電器尤其是電視機的耗電量也很大。為了預(yù)防火災(zāi)、節(jié)約能源,大家要記得及時關(guān)閉電器。

        創(chuàng)新點:

        在不損壞電器的前提下,電器節(jié)能遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置能方便快捷地測量家用電器的電流,同時將測量數(shù)據(jù)通過Wi-Fi通信模塊上傳到手機上,實現(xiàn)電器遠(yuǎn)程監(jiān)控,避免電能浪費,防止火災(zāi)發(fā)生。

        這個作品的設(shè)計為各種環(huán)境下監(jiān)控電器用電提供了一種簡便、易行、靈活和易擴充的實現(xiàn)方案。作品方案雖然是針對家用電器來設(shè)計和測試的,但也適用于監(jiān)控其他電器。

        進一步完善的設(shè)想:

        目前,電路系統(tǒng)是用積木搭建的,之后我們會考慮將它做成小型化電路,配備在所有電器的電路中。將所有的電器聯(lián)網(wǎng),通過手機App進行遠(yuǎn)程監(jiān)控并同步所有信息。

        指導(dǎo)老師? 謝文佳 張佳億

        老師推薦:

        作者從生活細(xì)節(jié)入手,發(fā)現(xiàn)家用電器待機時的耗電量不容小覷,而且容易引發(fā)火災(zāi),進而思考遠(yuǎn)程監(jiān)控的必要性和可行性,并用積木搭建了完整的監(jiān)控電路,通過無線網(wǎng)絡(luò)連接手機進行監(jiān)控,表現(xiàn)出很強的探究能力和動手能力。作品的靈感來源于生活,反過來服務(wù)生活,具有推廣價值。

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