網絡技術在家用智能配電箱中的應用

韋紅美 奚秀芳 岑曦

（1.百色職業學院 廣西壯族自治區百色市 533000 2.廣西農業職業技術學院 廣西壯族自治區百色市 533000）

本文研究設計家用智能配電箱的設計方案：首先分析家用智能配電箱的功能需求，實現穩定供電、可靠通信、智能控制、采集數據、遠程監控等各項任務；其次制定了智能配電箱的總體設計方案，分別從硬件電路、軟件功能兩部分進行設計；在硬件電路包括設計配電箱終端通信及智能配電箱、后臺監控有關參數的實時交換，包括電流、溫度、功率各項參數及開關實時控制，方便維護軟件平臺；軟件功能包括B/S 架構，AP 功能滿足智能監控、故障管理、數據診斷及遠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境智能配電箱控制所需；最后對本文設計家用智能配電箱進行仿真測試，證實能夠滿足預期設計功能需求。

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被定義為一種可以對其進行完善和改進的操作手段。但是隨著傳感器的出現和在電力系統中的逐漸廣泛應用，智能配電箱針對其中的大量數據資料和信息進行了綜合的分析，可以給電力系統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和技術上的優勢，比如包容性相對較強，自我整合能力相對較弱，溝通能力相對較強等。最重要的問題就是，智能配電箱的安全和穩定性能良好，這對于我國新型電力系統建設的發展來說，具有了更多的市場和前景。智能配電箱系統建設得到完善后，首先就可為電網的數據和信息提供準確的資料，并形成一個綜合的管理制度，全過程地參與投入到電網的管理中，實現基本的信息保障和維護以及電網系統的日常使用和監理工作，促進智能配電箱系統的完善和優化服務。

2 網絡技術在家用智能配電箱中的應用

本次研究的主要內容是對于網絡化環境下的家用智能化配電箱設計展開研究，首先對具體的運用場景進行詳細需求分析，結合運用需求設計開發智能家用配電箱，并以我國發布有關配電標準及功能規范為依據，設計適用于家庭的智能配電箱。對設計的配電箱系統從硬件電路、軟件運維平臺兩方面展開研究，其中硬件技術主要包括了電源冗余切換、配電參數監測、網絡數據交換、以太網傳輸、微處理器等技術。軟件運維平臺則包括了智能監控、故障管理、數據診斷及遠程控制多種功能需求，實現本次研究的家用智能化配電箱設計。

2.1 系統總體設計

綜合考慮家庭的使用情況，本設計實施的智能化一體設計，設計融入了RT5350、Wi-Fi 技術，詳見圖1。包括的部分為智能家居中央控制系統、無線通信與網絡模塊、傳感器信息采集與終端設備控制模塊、人機交互界面。

基于系統結構圖分析能夠得知，系統包含感知與操作兩大類，感知包含了光度、溫度、濕度、可燃氣體與紅外檢測5 部分，操作包含了照明控制、電氣通斷控制與報警驅動控制。

圖1：系統結構圖

圖2：濕度溫度傳感器

光照傳感器主要是采集光照強度數據，觸發智能家居控制部分，實現燈光的調節。觸發空調，實現溫度與濕度的采集，進而智能控制空調。若是燃氣濃度超過安全規定，則會觸發報警系統。紅外線傳感器主要是裝置在窗口與門口，用戶不在家時就會啟動紅外線，一旦有人進入，將會觸發報警裝置，發送信息給用戶，起到及時報警的效果。

智能家居一般常用的三種回為紅外、藍牙與Wi-Fi，選擇的是無線控制方案，但是目前的三種回均是短距離的無線通信技術，針對一些他要求很難滿足。Wi-Fi 得到了廣泛的應用，利用率相對較高，人們可做到快速上手。但是藍牙與Wi-Fi 若應用在智能配電箱當中，其技術擴展性能就會受到影響。最為明顯的問題就是，一個網端僅可對應10 個端口，與 ZigBee 技術相比端口數量不足。筆者認為，在家居設備當中嵌入 ZigBee+Wi-Fi 技術，可以降低技術成本，能夠實現網絡容量的增加，且可以靈活設置工作頻段，使用安全性較高，在智能家居領域內，其應用優勢可發揮到最大。

對比分析可發現，本系統選擇的是 ZigBee 技術，在此基礎上建設無線通訊方式，能夠實現對家居的智能化控制。

2.2 智能模塊硬件實現

本項目的產品系統結構包含了四部分，可以劃分為居家控制、無線網絡通信、傳感器信息采集、人際互通。

2.2.1 組網通信模塊組網選擇的是 RT5350，屬于在無線網技術上組建的網絡系統，本系統選擇的通信技術為 ZigBee+Wi-Fi。

2.2.2 傳感器電路設計

傳感器主要是為感知加重的環境，比如：溫度、濕度、光照、紅外、氣體檢測、報警等。

（1）溫度與濕度監測。選擇的是SHTI1 模塊，這一模塊能夠提供數字串、且接口比較簡單、可靠性較高，集成度也相對較高。在一個芯片上，繼承了溫度感測信號與濕度感測信號，可以將系統設計簡化。

SHTI1 濕度與溫度傳感器內的驅動程序，要實現初始化、操作化、校正與解讀等功能。想要實現函數的初始化，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網打開。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，可確保總線數量的穩定，其結構如圖2所示。

在SHT11 通電之后，會進入11ms 的休眠期，術后接收RTS350 的采集，啟動指令，測量溫度與濕度，校驗與校正數據。

（2）光照亮度監測。光線傳感器選擇的模塊為BH 1750FVI，該模塊的分辨率較高，能夠 大范圍的檢測光照強度，可以輸出對應亮度的數值。智能化家居系統可以結合亮度的變化，線性調節亮度，實現恒光控制。

（3）紅外入侵監測。通過RE 2OOB 與BISSO001 組合，建設專門的紅外設施熱釋放電模塊，模塊通過外接少量的元器件，可以與RT 5350 構成檢測模塊，能夠實現人體紅外檢測。這一模塊借助菲涅爾透鏡，可以將檢測的半徑延長，其探測的半徑為10m，可將精度精準性提升。

（4）氣體檢測模塊。氣體檢測主要是為檢測可燃氣體，屬于家庭安防內的關鍵部分。這一系統模塊，選擇的是MQ—X 檢測器，能夠實現可燃氣體的有效檢測。一旦MQ—X 元件檢測到可燃氣體，且超過規定值，系統內的DOUT 引腳能夠將低電平輸出，通過與外部有效的連接，可以實現報警。

（5）報警系統。一旦智能家居傳感器監測到異常，就會及時的發送報警信號，會觸發相關的報警裝置與設備，做出聲報警或者是光報警動作。可實現對家庭的有效安防，項目實驗平臺通過輸出信號，能夠驅動蜂鳴器，以此實現報警。

3 智能配電箱技術發展趨勢

3.1 微網技術發展

這一技術是在電子技術、可再生能源下衍生的全新技術，技術儲備性能與綜合性能較強。這一電網主要是因為受到技術合并、兼容技術性能的微網技術，可持續供應熱能與電能，通過制定科學的管理，能夠更好的與配電工作結合，實現精準且有效的控制，系統運行可以有效連接并網，一同開展作業。微網技術還可以為獨立系統提供熱能與電能，可以分布發電，并將其輸送到智能配電箱中，這一技術的應用可以助力于配網控制，能夠滿足配網要求，使用穩定性較強，可滿足用電需求。

3.2 ADA技術發展

這一技術為高級配電智能化技術，能夠將智能配電箱管理與控制結合。這一技術可達到自動化、智能化控制分布式電源與配電系統，可以將智能配電箱性能提升。當前電力單位與配電系統等功能，數據控制屬于ADA 技術的核心內容。ADA 技術能夠實現分布式能源的接入，可實現智能配電箱信息的有效融合，能夠助力于智能配電箱設備的控制。除此之外，ADA 技術能夠分析實時仿真，能夠輔助決策，作用顯著，可為配電箱提供技術支持，可監督與控制配電箱，能夠實現數據分享。

4 結束語

智能配電箱的技術研究開發對傳統配電系統存在的缺陷弊端有效解決，不僅可以對自動化控制技術及嵌入技術充分利用，還能夠運用于低壓配電領域獲得顯著成效。高度集成配電箱內部各元件主控單元，實現單元線路布局的有效優化，對設備的整體運行穩定可靠性充分提升。因此經本次研究設計的網絡化環境下的家用智能配電箱，提出系統上設計技術總框架，并與相關技術進行對比相較，以網絡結構、技術特性多方面基于Wi-Fi 技術實現的智能家用控制。并對硬件電路、軟件功能進行詳細介紹，分別包括電流、溫度、功率各項參數及開關實時控制，方便維護軟件平臺；B/S 架構，AP功能滿足智能監控、故障管理、數據診斷及遠程控制、蜂鳴警報多種功能，為推廣家用智能配電箱提供基礎。