基于Wi-Fi的節能型電源轉換器在住宅建筑中的應用研究

紀祥和 / 張 強

(山東同圓設計集團有限公司，山東 濟南 250101)

基于Wi-Fi的節能型電源轉換器在住宅建筑中的應用研究

紀祥和 / 張 強

(山東同圓設計集團有限公司，山東 濟南 250101)

針對目前的科技形勢以及存在的電能浪費問題，提出一種在線式遠程控制電源轉換器的設計方法。在保持住宅原有電氣線路設計的前提下，增加一個節能型電源轉換器，可通過手機APP實現遠程通斷轉換器電源，從而實現遠程控制電源切斷功能，以達到節能的目的。

Wi-Fi 節能 電源轉換器

0 引言

由于人們主觀上認為家用電器在待機時不耗電，養成了在使用完電器后不關閉電源的不良使用習慣。事實上，大部分家用電器在待機時仍然具有待機功耗[1]，且功耗非常大。再聯想到目前存在的另一個問題——電氣設備遺漏關閉，尤其是臺燈、電氣炊具等。所以，如何節省這一部分電能是當前的一個難題。

當今社會，依托于互聯網技術的物聯網正如火如荼地發展，智能化手機應用的普及率也屢創新高，因此，如何使智能化手機和物聯網[2]技術有效結合，實現各領域的節能[3]也是一個新興的科技趨勢。

針對目前的科技形勢以及存在的電能浪費問題，本文提出一種在線式遠程控制電源轉換器的設計方法。在保持住宅原有電氣線路設計的前提下，增加一個節能型電源轉換器，通過手機APP遠程通/斷轉換器電源，從而實現遠程控制電源切斷功能，以達到節能目的。本節能型電源轉換器控制裝置結構示意圖如圖1所示。

圖1 節能型電源轉換器控制裝置結構示意圖

圖1中，1為主控制板，2為 Wi-Fi終端模塊，3為電源指示燈，4為電源轉換器受控相線。

1 技術分析

1.1 單片機應用技術

單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優點，其應用已經滲透到生活的各個領域。本研究采用單片機作為主控芯片，結合不同的傳感器實現數據采集，同時利用相應的執行機構實現對目標設備的控制。

1.2 建筑電氣技術

本研究以《民用建筑電氣設計規范》為基礎，在保留了原有電氣設計方案的前提下，對現有電源轉換器進行改造，通過其與家庭無線路由器的結合使用，達到家庭用電節能的目的。

1.3 Wi-Fi技術

Wi-Fi[4-5]是一種可以將個人電腦、手持設備(如PAD、手機等)等終端以無線方式互相連接的技術。簡單來說就是IEEE802.11b的別稱，它是一種短程無線傳輸技術，能夠在數百英尺范圍內支持互聯網接入的無線電信號。隨著技術的發展以及IEEE802.11a、IEEE802.11g等標準的出現， IEEE802.11標準已被統稱為Wi-Fi，是由AP(無線網絡接入點)和無線網卡組成的無線網絡。在開放區域，通訊距離可達305m；在封閉區域，通訊距離為76～122m，方便與現有的有線以太網整合，組網成本低。本研究應用Wi-Fi終端模塊與家庭無線路由器組網，通過APP無線遠程訪問，向Wi-Fi終端模塊發送指令，通過控制電路切換輸出的開關信號。

2 節能型電源轉換器方案設計

本設計研究為解決家庭用電設備的待機耗電和遺漏關閉問題，提出了一種基于Wi-Fi對電源轉換器進行遠程操作的控制方法，通過與之配套的手機APP，在連入互聯網的前提下，可隨時隨地對電源轉換器的電源進行通斷控制，以切斷電源轉換器上設備的電源，從而實現節能。

2.1 硬件系統設計

本控制系統包括終端APP、云端服務器、家庭無線路由器和嵌入到電源轉換器中的Wi-Fi信號處理與控制器。在接入互聯網的前提下，本系統配套的終端APP發出開關信號，該信號通過云端服務器經家庭無線路由器傳至Wi-Fi信號處理與控制器，經過信號采集與識別，控制器發出開/關指令以控制電源轉換器。

電源轉換器相線進線端接控制電路繼電器J1的受控線路進線端子，相線受控出線端接繼電器的常開觸點；主控芯片CPU控制信號輸出端DO0經光耦隔離器接繼電器J1的控制端子。Wi-Fi終端模塊集成到主控板上，其輸出信號線接主控CPU的輸入端。

主控制板包括微處理器(微處理器可以是單片機)，分別與Wi-Fi終端模塊、電源轉換器受控相線連接；微處理器根據Wi-Fi終端模塊所傳輸的信號通過繼電器控制回路對繼電器的線圈進行控制，從而控制受控相線的通/斷；主控制板由受控相線進線端供電，可保持其供電連續性，其上設有電源指示燈。

如圖2所示，為繼電器輸出控制電路，該電路利用繼電器作為系統輸出到輸出驅動級之間的第一級執行機構，通過繼電器輸出可完成從低壓直流到高壓交流的過渡，繼電器通過光耦可實現對交流接觸器線圈的控制。

圖2 繼電器輸出控制電路

2.2 軟件系統設計

本設計的操作步驟為1)開始，初始化；2)CPU讀取數組中的ON/OFF標志位信號；3)執行開關指令；4)重定義數組中ON/OFF標志位，反饋當前狀態至APP；5)返回2)。

其軟件操作流程如圖3～4所示：1)主控制板1獲取遠程APP經Wi-Fi終端模塊傳輸來的開關信號；2)CPU將上傳的信息進行分析處理，對數組中的開關標志位進行賦值； 3)CPU發出的指令通過繼電器控制回路控制受控相線的通/斷；4)控制指令完成后，CPU將當前受控相線的通/斷狀態發送至Wi-Fi終端模塊，通過已接入以太網的無線路由器將該狀態信息反饋至遠程APP，以實現電源轉換器的當前狀態和APP所顯示的狀態一致。

圖3 節能型電源轉換器主控程序

圖4 節能型電源轉換器中斷處理程序

3 結束語

本設計研究成果在不影響用戶正常生活的前提下解決了因用戶遺漏關閉或電器待機造成的電能浪費。特別是在家用電器的種類和數量越來越多的情況下，應用本研究的控制策略，既為用戶提供了方便，豐富了智能化體驗，又避免了不必要的能源浪費，實現了節能。

[1] 陳利君. 關于設計待機功耗測試能力驗證樣品的探討[J]. 信息通信，2014(9)：9-10.

[2] 紀祥和. 物聯網環境下家庭節能控制裝置研究與實現[D].山東建筑大學，2014.

[3] 劉耀華. 電氣節能技術與電力新能源的發展應用[J]. 低碳世界，2016(7)：38-39.

[4] 張天保. WIFI技術的應用與展望[J]. 產業與科技論壇，2014(3)：98-99.

[5] 宋璐璐. WIFI技術的優勢及發展分析[J]. 電子世界，2015(2)：91-92.

紀祥和

現就職于山東同圓設計集團有限公司。

張 強

現就職于山東同圓設計集團有限公司。

充電模塊組的輸出端是否可以只用一個熔斷器? 是否可以只用一個直流接觸器?

國標NB/T 18487.1-2015給出的充電系統原理圖上有兩個直流接觸器。

第一 ,如果只有一個直流接觸器,比如只有正極有接觸器,那么正極接觸器靠近樁體一側的絕緣強度下降,出現正極接地的情況,而負極一直沒有斷開,負極對地就有一個直流高壓,如果人體接觸負極時就會出現安全事故;在充電槍的使用中負極也出現接地,此刻就會出現對地短路。

第二,在充電自檢時直流接觸器正常,但是在斷開時未能斷開,而且此時模塊也沒有及時關機,在只有一個接觸器情況下,槍口就有高壓直流了。

因此,使用兩個接觸器能夠降低出現安全事故的概率,減少形成短路回路和充電槍口帶高壓直流電的機率。設計時應使用一個直流接觸器，做好其他的絕緣、短路、接觸器的保護邏輯,也能達到同樣的效果。

熔斷器在國標中沒有明確規定,因為在距離主回路不遠處有一個熔斷點即可,在發生不可控的大電流情況下,能夠把熔斷器燒斷。

來源：電動汽車資源網

Application Research of the Energy-saving Power Converter based on Wi-Fi in the Residential Building

Ji Xianghe / Zhang Qiang

In view of the present situation of science and technology and the waste of electric energy, a design method of on-line remote control the power converter is proposed. In the premise of main taining the original electrical circuit design, adding a energy-efficient power converter, which realizing the remote control of the power cut off through the mobile phone APP, achieving the purpose of energy saving.

Wi-Fi, energy saving, power converter