一种家用电器监测系统的制作方法

本实用新型涉及集中监测技术领域，具体的说，是一种家用电器监测系统。

背景技术：

随着社会的发展和人们生活水平的提高，越来越多的家用电器进入了人们的生活，虽然给大家带来了许多的便利与享受，但许多潜在的危险和资源浪费也应运而生。

目前社会上存在着大批旧家电经过翻新后流通到市场的现象，一些使用了很长时间的超龄家电也会因为其内部的元器件老化而产生巨大的安全隐患，若使用不当甚至会造成火灾等事故，因此若能通过手机和便携终端轻松了解到家用电器使用情况便能避免此类危害。与此同时，生活中人们经常在睡觉前或者出门前忘记关闭大功率电器，导致资源浪费甚至人为灾害，若能实时远程掌握家用电器使用情况便能避免此类现象，起到节省能源、保护环境的作用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种家用电器监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种家用电器监测系统，包括主电路和便携终端，所述主电路包括电压、电流互感器，继电器保护模块，辅助电源模块，AD采样模块，过零比较器，FPGA及其外设模块；其中，所述外设模块包括矩阵键盘、LCD屏幕、无线发射模块和蓝牙发射模块；所述电压、电流互感器分别与AD采样模块、过零比较器和继电器保护模块相连接，所述FPGA分别与辅助电源模块、AD采样模块、过零比较器、继电器保护模块、矩阵键盘、LCD屏幕、无线发射模块和蓝牙发射模块相连接；所述便携终端包括单片机、无线接收模块和LCD屏幕，所述单片机分别与无线接收模块和LCD屏幕相连接。

作为优选，所述FPGA采用赛灵思公司生产的型号为Artix-7 xc7a35tcsg324-1作为主电路的中央处理器，其具有拓展能力强、稳定性好、运行速度快的特点。

作为优选，所述电压、电流互感器中的电压互感器选用 TV1013-01H，其具有隔离能力强、机械和耐环境性能好、相移小、非线性度低的特点；所述电压、电流互感器中的电流互感器选用 TA1420-04M，其具有输入量程高，相移小，非线性度低、精度高，噪声敏感度低的特点，可将主回路的大电压和大电流信号转换为相应的小电压信号。

作为优选，所述AD采样模块选用TI公司生产的型号为TLC3578 芯片，它是8通道、14位串行模数转换器，采样速率达200Ksps，具有功耗低、采样精度高、采样速率快的特点，可将电压、电流互感器的模拟信号转换为数字信号。

作为优选，所述过零比较器选用TI公司生产的LM311作为电压比较器，其具有输入范围广、稳定性好的特点，可跟随交流电压的极性并产生相位相同、极性相同的方波。

作为优选，所述辅助电源模块分别选用MAX764和TPS5430提供-5V与+5V的电源，为系统供电。

作为优选，所述无线发射模块与无线接收模块均选用 NRF24L01，其速率高达2Mbps，搭配PA+LNA射频模块，最远可传输2000米，具有功耗低、抗干扰能力强、穿透能力强的特点；所述蓝牙发射模块选用CC2650，具有功耗低、灵敏度高、传输距离远的特点。

作为优选，所述便携终端选用TI公司生产的基于Cortex ^TM-M4F的TM4C123G微控制器作为中央处理器，其具有功耗低、体积小、性能强的特点。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型所述的一种家用电器监测系统，通过电压、电流互感器和AD采样模块将火线的电流波形和电压、电流有效值传输至 FPGA，FPGA通过对电流波形的匹配和识别，得到家用电器的使用情况，并将其与相关参数一同显示在LCD屏幕上；通过无线发射模块和无线接收模块将家用电器使用信息发送至便携终端，并显示在便携终端的LCD屏幕上，实现远程监测；同时，蓝牙发射模块可将家用电器使用信息以蓝牙为纽带传送出去，任何具有蓝牙功能的设备如手机便可以接收到家用电器使用信息，从而再次实现远程监测；当火线总电流的电流有效值超过预设的阈值时，继电器保护模块将火线断开，从而实现过流保护，增强了系统的安全性、可靠性和稳定性。

附图说明

图1：本实用新型的结构示意图。

图2：本实用新型的系统流程图。

图3：MAX764电路原理图。

图4：TPS5430电路原理图。

图5：LM311电路原理图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

以下结合附图对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，本实用新型涉及一种家用电器监测系统，包括主电路和便携终端，所述主电路包括电压、电流互感器，继电器保护模块，辅助电源模块，AD采样模块，过零比较器，FPGA及其外设模块；其中，所述外设模块包括矩阵键盘、LCD屏幕、无线发射模块和蓝牙发射模块，所述电压、电流互感器分别与AD采样模块、过零比较器和继电器保护模块相连接，所述FPGA分别与辅助电源模块、AD 采样模块、过零比较器、继电器保护模块、矩阵键盘、LCD屏幕、无线发射模块和蓝牙发射模块相连接；所述便携终端包括单片机、无线接收模块和LCD屏幕，所述单片机分别与无线接收模块和LCD屏幕相连接。

其中，所述FPGA采用赛灵思公司生产的型号为Artix-7 xc7a35tcsg324-1作为主电路的中央处理器，其具有拓展能力强、稳定性好、运行速度快的特点。

其中，所述电压、电流互感器中的电压互感器选用TV1013-01H，其隔离能力强、机械和耐环境性能好、相移小于5°、非线性度低于 0.2％；所述电压、电流互感器中的电流互感器选用TA1420-04M，其具有20A/5mA的高输入量程，相移小于15°，非线性度低于0.25％、精度高，噪声敏感度低，可将主回路的大电压和大电流信号转换为相应的小电压信号，同时不丢失原电压、电流的波形。

其中，所述AD采样模块选用TI公司生产的型号为TLC3578芯片，它是8通道、14位串行模数转换器，采样速率达200Ksps，具有功耗低、采样精度高、采样速率快的特点，可将电压、电流互感器的模拟信号转换为数字信号，并传输至FPGA进行处理。

其中，所述过零比较器选用TI公司生产的LM311作为电压比较器，其具有输入范围广、稳定性好的特点。由于电网电压波形、有效值恒定，而电流波形、有效值会随着家用电器使用情况的不同而变化，因此利用电压比较器跟随电网交流电压的极性产生相位相同、极性相同的方波，并传输至FPGA。FPGA可设置为上升沿捕获模式，每当捕获到该方波的上升沿时，便认定为交流电一个周期的开始，同时开始对电流波形参数的采集，以确保每次采集周期以及相位相同。

其中，所述辅助电源模块由市电电网电压提供。电网交流电压经过双抽头变压器变压、全波二极管整流和大容量电容滤波后变为直流高电压，再经辅助电源模块进行降压达到系统要求值。所述辅助电源模块分别选用MAX764和TPS5430提供-5V与+5V的电源，为系统供电。

其中，所述无线发射模块与无线接收模块选用NRF24L01，其速率高达2Mbps，搭配PA+LNA射频模块，最远可传输2000米，具有功耗低、抗干扰能力强、穿透能力强的特点；蓝牙发射模块选用 CC2650，具有功耗低、灵敏度高、传输距离远的特点。

其中，所述便携终端选用TI公司生产的基于Cortex^TM -M4F的TM4C123G微控制器作为中央处理器，其具有功耗低、体积小、性能强的特点，满足本系统要求。

如图2所示，系统启动后，辅助电源模块对各模块供电，FPGA 初始化各模块，实现LCD屏幕显示开机界面和操作选项，并等待用户使用矩阵键盘输入命令。

在准备阶段时，系统自动对空接噪声进行采样，获得噪声向量用于电器波形数据采集；用户按照屏幕指示操作，进行电器波形数据的获取、运算和存储，获得每个电器波形参数用于识别。

在监测阶段时，使用已学习家用电器，系统对火线总电流进行采样并计算电流有效值和功率并显示在LCD屏幕上。采样结束后，通过火线总电流波形与已存储电器电流波形的匹配判断电器是否开/ 关。家用电器使用状况、总电流和功率可通过蓝牙发射模块或者无线发射模块发送至手机或者便携终端。

如图3所示，MAX764芯片通过转换，将经过变压、整流、滤波后的直流高电压转换为-5V电压，为系统供电。

如图4所示，TPS5430芯片通过转换，将经过变压、整流、滤波后的直流高电压转换为+5V电压，为系统供电。

如图5所示，LM311芯片需要±5V电压进行供电。负输入端连接电网交流电压，正输入端接地，作为参考端与交流电压进行比较。当电网交流电压值大于参考端电压值时，输出端输出+5V电压；当电网交流电压值小于参考端电压值时，输出端输出-5V电压。因此，过零比较器的输出波形为正负极性周期性交替的方波。

在本技术方案中，对于其他模块电路均是现有技术，在此不再详细赘述。

本实用新型实现了一种家用电器监测系统。有以下优点：可以对家用电器的使用信息进行监测，稳定性好，错误率小于2％，误差小于0.5％；具备学习功能，可对任意家用电器进行学习记忆，适应性强，扩展性好；系统安全性好，具有过流保护；可通过蓝牙和无线方式进行远程监测，具有良好的人机交互。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。