深圳市合力為科技有限公司
智能家電的感知系統(tǒng)—電能計量模塊
作者：
來源：
發(fā)布時間：2014-10-11 00:00
智能家電的感知系統(tǒng)—電能計量模塊 在互聯(lián)網(wǎng)大潮的沖擊下，“智能家電”的概念開始興起，無論是傳統(tǒng)家電企業(yè)，還是IT企業(yè)，都把搶占客廳作為營銷的主戰(zhàn)場。智能家電就是將微處理器、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)引入家電設(shè)備后形成的家電產(chǎn)品，具有自動感知住宅環(huán)境、自身運行狀態(tài)，能夠自動控制及接收控制指令;同時，智能家電能夠與住宅內(nèi)其它家電、家居或設(shè)施聯(lián)動組成系統(tǒng)。智能空調(diào)，智能冰箱，智能熱水器，智能電視，智能電
智能家電的感知系統(tǒng)—電能計量模塊
在互聯(lián)網(wǎng)大潮的沖擊下，“智能家電”的概念開始興起，無論是傳統(tǒng)家電企業(yè)，還是IT企業(yè)，都把搶占客廳作為營銷的主戰(zhàn)場。智能家電就是將微處理器、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)引入家電設(shè)備后形成的家電產(chǎn)品，具有自動感知住宅環(huán)境、自身運行狀態(tài)，能夠自動控制及接收控制指令;同時，智能家電能夠與住宅內(nèi)其它家電、家居或設(shè)施聯(lián)動組成系統(tǒng)。智能空調(diào)，智能冰箱，智能熱水器，智能電視，智能電飯煲等名稱已經(jīng)耳熟能詳。
智能家電的感知系統(tǒng)—電能計量模塊
電能計量模塊在智能家電中的應(yīng)用
1、智能家電的興起及發(fā)展
1.1 智能家電的興起
在互聯(lián)網(wǎng)大潮的沖擊下，“智能家電”的概念開始興起，無論是傳統(tǒng)家電企業(yè)，還是IT企業(yè)，都把搶占客廳作為營銷的主戰(zhàn)場。
智能家電就是將微處理器、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)引入家電設(shè)備后形成的家電產(chǎn)品，具有自動感知住宅環(huán)境、自身運行狀態(tài)，能夠自動控制及接收控制指令;同時，智能家電能夠與住宅內(nèi)其它家電、家居或設(shè)施聯(lián)動組成系統(tǒng)。智能空調(diào)，智能冰箱，智能熱水器，智能電視，智能電飯煲等名稱已經(jīng)耳熟能詳。
1.2 智能家電的發(fā)展
智能家居行業(yè)大致都認為智能家居的發(fā)展分為三階段：
第一階段：使用移動終端進行遠程控制。
移動終端安裝APP，如手機、PAD等設(shè)備，通過手動進行遠程控制。此階段，實現(xiàn)家電的控制主要依靠人為干涉。由于家電有沒有傳感器模塊，所以不能真正確定家電及環(huán)境的情況。
第二階段：智能家電中加入傳感器，可以感覺環(huán)境及自身的狀況。
比如感知到光線、溫濕度、空氣質(zhì)量、家電自身工作狀態(tài)，根據(jù)用戶設(shè)置的條件進行觸發(fā)控制。
第三階段：智能家電系統(tǒng)擁有“大腦”，具有思考能力、學(xué)習(xí)能力。
云端通過收集智能家電反饋回來的大數(shù)據(jù)，系統(tǒng)收集用戶習(xí)慣，進行數(shù)據(jù)分析，推猜出用戶在相應(yīng)時空下的需求，進行自動控制。并且智能家電之間可以進行聯(lián)動，進行數(shù)據(jù)共享，進行聯(lián)動控制。
現(xiàn)階段大部分智能家電都處于第一階段，依靠移動終端遠程或近程控制家電，家電的實際運行狀態(tài)及周圍環(huán)境不能反饋到移動終端，或者云端，只是一種單向指令傳輸，沒有形成閉環(huán)系統(tǒng)。隨著智能家電的發(fā)展，必然會發(fā)展到第三階段，家電具備自我學(xué)習(xí)功能，減少用戶控制操作，家電之間數(shù)據(jù)共享、互相聯(lián)動，才能實現(xiàn)真正的智能。
2、電能計量模塊的角色
隨著智能家電的發(fā)展，智能家電硬件內(nèi)部必然會包含許多的傳感器模塊，比如電能計量模塊，溫濕度傳感，光敏傳感，紅外傳感，噪聲傳感，氣體傳感等。
電能計量模塊充當(dāng)傳感器的角色。它是智能家電眾多傳感模塊中最基本的傳感器，用于檢測工作電流、電壓、功率、電量、電網(wǎng)質(zhì)量等電能參數(shù)，下文稱此模塊為電能傳感模塊。家電的真正運行狀態(tài)必須得通過這些參數(shù)來體現(xiàn)。比如家電高負荷工作時，電流、功率值很高;家電低負荷工作時，電流、功率值較低;家電處于待機時，電流、功率值最低。
電能傳感模塊能正確地檢測家電的運行狀態(tài)。家電正在運行時，通過電能傳感模塊檢測到功率、電流、電壓等參數(shù)處于正常范圍之內(nèi)，表明工作正常，家電告知云端平臺，在某一時間家電工作運行正常;若某個參數(shù)出現(xiàn)異常，比如電器本要大負荷運行時，但是功率及電流值卻很小，表明家電出現(xiàn)某種故障或者已經(jīng)老化，智能家電將告知云端平臺，家電出現(xiàn)問題，并且提醒用戶注意使用或者需要維修家電。
電能傳感模塊提供云端大數(shù)據(jù)分析的源數(shù)據(jù)。智能家電將電能傳感模塊在各個時間段檢測到的電能數(shù)據(jù)反饋到云端。云端可以統(tǒng)計能耗，分析家電的耗電曲線，總結(jié)關(guān)鍵用電時間段，根據(jù)峰谷時間制定更節(jié)能的用電計劃;云端可以記錄家電的運行狀態(tài)，若家電運行出現(xiàn)異常，云端平臺自動報警或者自動關(guān)閉家電，此記錄可為各類事故提供查找根據(jù)，提高安全用電;家電通過電能傳感模塊檢測到正處于待機，智能家電將自動控制切斷用電，只保持通訊及檢測;云端對收集到家電的數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析，總結(jié)家電使用規(guī)律或者頻率，使家電具有自我學(xué)習(xí)功能，推猜出家電將會進行哪些操作，當(dāng)達到某一時間或條件時，家電自動控制，并且可以規(guī)劃更優(yōu)的使用控制，實現(xiàn)節(jié)能。
電能傳感模塊有助于家電廠家設(shè)計更優(yōu)產(chǎn)品。家電廠家可以通過對電能數(shù)據(jù)分析，區(qū)分不同地域或者人群使用家電的習(xí)慣、頻率及耗能等，可以針對差異設(shè)計出更加合適的產(chǎn)品。
3、如何選擇電能傳感模塊
3.1 電能傳感模塊實現(xiàn)方法
第一種：通過對電流電壓進行采樣，使用MCU進行AD轉(zhuǎn)換，得到電流電壓有效值，再通過算法計算功率。這種方法雖然成本較低，但是硬件、軟件設(shè)計復(fù)雜，測量精度不高。若電流與電壓存在相位差，或者電網(wǎng)質(zhì)量較差時，得到的測量結(jié)果準確性下降。
第二種：使用專業(yè)的電能計量芯片對采樣信號進行處理，通過芯片接口輸出電流、電壓、功率等數(shù)據(jù)。芯片內(nèi)部包含高精度ADC、濾波器、陷波，集成專業(yè)的電能計量算法，即使電流與電壓存在相位差，仍能計算準確的有功功率。
隨著電能計量芯片價格的下降、計量要求的提高，采用第2種實現(xiàn)方法已成為主流，設(shè)計的電能傳感模塊準確度高，精度高，軟硬件設(shè)計簡便，長時間工作穩(wěn)定性高。
3.2 電能傳感模塊重點關(guān)注幾點：
(1)體積小、外圍簡單
大部分家電內(nèi)部電路板的空間較小，電能傳感模塊的體積必須小，同時傳感模塊的元器件盡可能少，以降低故障率。應(yīng)用于傳感模塊的電能計量芯片主要有CS5463，ADE7755，HLW8012等芯片，前2款芯片引腳較多、外置晶振，外部電路元器件較多;HLW8012在這幾款芯片中外圍電路最簡單，模塊體積最小。
(2)測量范圍
如電熱水器、空調(diào)等家電滿負荷電流可以達到10A以上，電能計量傳感模塊的測量范圍要求達到2200W以上，電流值測量范圍達到10A~16A，電壓值測量最大值約為384V。
不同功率，一般電壓變化很小，電流(0~16A)采樣信號變化比較大，所以電流采樣電路必須注意不能超過ADC的最大輸入范圍(不同計量芯片最大范圍不同)。電能計量芯片都可以滿足不同的測量范圍，只需要更改電流、電壓采樣電路即可。
(3)測量參數(shù)
電能計量傳模塊能夠測量電流、電壓、功率、電量等基本參數(shù)，才能真正反映家電的運行狀態(tài)。電壓值監(jiān)測家電當(dāng)前的工作電壓是否正常，電流值監(jiān)測家電負載是否正常，功率值監(jiān)測家電功率值是否處于安全范圍之內(nèi)，電量參數(shù)用于統(tǒng)計家電耗能。這類參數(shù)通過不斷發(fā)往云端平臺，用于大數(shù)據(jù)分析，可以完整監(jiān)測家電運行情況。CS5463，HLW8012均可以測量電壓、電流、功率及電量等參數(shù)，ADE7755只能測量功率及電量值。
(4)測量準確度
按照國家電表等級分級：0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0，等級數(shù)值越小，表示精度越高，家庭民用電表一般是1.0級。電表的指示值X與被測量的實際值X0之間的差值ΔX，稱為電表測量的絕對誤差，絕對誤差值與電表指示值X0之比，以百分數(shù)表示值稱為電表的引用誤差E0，即E0=(ΔX/X0)×100%。應(yīng)用于家電的電能計量傳感模塊的測量準確度達到0.5~1.5等級即可。以上等級表示的精度主要是功率、電量方面的精度，家電上應(yīng)用的電能計量芯片功率值動態(tài)范圍達到1000:1即可(CS5463/ADE7755/HLW8012都可以滿足)，電流、電壓值動態(tài)范圍達到500:1即可(CS5463/HLW8012都可以滿足)。
4、電能傳感模塊的發(fā)展
隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智慧家庭系統(tǒng)中的端子：智能家電必然是集各類傳感器于一身，而電能傳感模塊是最基本的傳感器，電能傳感模塊將會變成一種標準品，更趨于體積小型化、接口簡單化。
現(xiàn)有的所有電能計量產(chǎn)品(電能表、計量插座等)都需要校，將外圍元器件造成的誤差降低到最小，否則除了功率本身誤差大之外，長時間會導(dǎo)致電量誤差更大。若使用家電整機校準，實際生產(chǎn)不方便，所以需要設(shè)計一些配件配合校準，減少操作步驟，提高生產(chǎn)效率。若電能傳感模塊能作為標準品，包含電能計量芯片、采樣電路、MCU，使用通用接口輸出數(shù)據(jù)：電流、電壓、功率、電量、功率因素等。由于模塊中包含MCU，模塊可以預(yù)先校準好，再嵌入到智能家電中，那么就可以解決家電廠家整機校準問題。
鏈接：www.ekxox.cn
關(guān)鍵詞：
上一個： 紅外主副控插座(電視專用)方案
服務(wù)熱線：