基于zigbee技术无线智能插座设计方案探究

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1、基于zigbee技术无线智能插座设计方案探究　　摘要：本文设计了一款基于zigbee无线通信技术的家电能耗计量和监控插座。该设备能够实时监测家用电器的耗电量，并具有zibgee通信功能，能够组建网络并将数据上传至服务器进行集中分析和监控，同时能够监测用电器的工作状态，对非正常状态进行报警和断电，从而实现了节约用电和安全用电。关键词：zigbee技术；无线智能插座前言家用电器的广泛使用，提高了人们的生活水平，但是，不良的用电习惯时常给人民的生命和财产安全造成巨大的损失。据公安部门和消防部门相关资料显示，我国每天平均发生

2、火灾350多起，其中因超负荷、短路等原因引起的电器火灾占到了30%以上，美国奥柏林大学的研究人员通过实验发现对能耗实施监控机制，能够使整个学校的学生宿舍在两周内减少32%的电能损耗。英国牛津大学环境学院在2006年的一份调查报告中阐述了对家用电器用电状态进行实时监控的意义和必要性。6与此同时，物联网技术的提出被视为信息通信技术发展的重要里程碑，它利用通信技术，将家用电子设备进行集中的控制和管理，从而创造出高效、舒适、安全、居住环境。如何将物联网技术和家电的用电状态监控结合起来将成为安全用电、节能减排的一个新的切入点。

3、在此基础上，本文提出了一款基于无线ZIGBEE技术的智能插座设计方案，该设备除了具有传统插座的功能外，还具有无线通信、电压电流采集、电能计量、过压过流保护、自动开关、报警、休眠、信息显示以及组网等功能，是一款功能齐全的智能插座。1.智能插座的系统构架基于zigbee技术的无线智能插座硬件系统主要由电源模块、无线微控制器模块、电量采集单元、时钟模块、继电器控制单元、报警单元、键盘输入单元、显示单元等组成。系统框图如图1所示。图1智能插座系统框图电源模块将交流市电转换为直流电，为其余模块供电；电量采集模块包括电压采集和电

4、流采集两部分，用于采集用电设备的能耗信息，本文利用电能计量芯片ADE7755实现。电压互感器和电流互感器用于对电压和电流信号进行采样，并经由流/压变换电路转换为ADE7755能够接收的信号，进而通过电能计量芯片的内部电路计算出电参数。微控制器采用带有ZIGBEE无线通信功能的CC2430芯片，既负责控制本节点的工作，6又负责和网络上的其他节点进行无线通信。CC2430通过IO接口与ADE7755芯片相连，读取测量的各种数据并进行运算处理，通过显示模块进行显示，同时还能通过内部的无线通信模块和其他节点之间进行数据的交换

5、。2.主要模块硬件电路设计2.1无线微控制器模块CC2430单片机是德州仪器（TI）公司生产的一款片上系统解决方案，它基于IEEE802.15.4和Zigbee通信协议。片内外设非常丰富：在单个芯片上集成了CPU、存储器、常用片内外设和RF射频单元。它具有1个8位CPU（8051），具有最大128KB可编程FLASH和8KB的SRAM，，主要包括1个5通道8位至14位可编程ADC转换器、4个定时器、2个USART，1个DMA控制器、1个看门狗定时器、1个内部稳压器、21个可编程I/O引脚。CC2430内部已集成了正常

6、工作所必须的电路，因此用户仅需搭建少量的外围电路就能实现信号的发送和接收。2.2电量采集模块ADE7755是一种精度非常高的电量计量芯片，它通过内部电路对电压和电流直接相乘得到瞬时有功功率，再由瞬时有功功率计算出平均有功功率。如图2所示，电压和电流信号分别经过两路A/D转换器，转换成的数字信号6分别送入电流通道V1N、V1P以及电压通道V2N、V2P。经过滤波后的电压信号和电流信号经过乘法器进行相乘运算，所得到的信号再经过一个低通滤波器滤掉交流分量，输出的直流分量即为瞬时有功功率。这一信号经过数频转换器转换成和平均有

7、功功率成正比的低频信号，经过F1和F2端口输出，同时，从高频口CF输出与瞬时有功功率成正比的脉冲信号。ADE7755电量采集电路如图2所示。图2ADE7755电量采集电路2.3电源模块稳定的电源是系统正常工作的保障。该智能插座系统用到的工作电压有5V和3.3V两种，其中前者为电量采集模块、时钟模块、显示模块提供电源，后者为无线通信模块提供电源。电源电路如图3所示。图3直流稳压电源电路2.4时钟模块由于单片机内部定时器误差较大，因此本方案选用Dallas公司生产时钟芯片DS1302，该芯片精度高、功耗低、运行可靠。DS

8、1302采用三总线与单片机进行通信，外接的晶振频率为32.768kHz，可以对年、月、日、时、分、秒、星期进行计数。3、软件设计本方案在软件设计上采用模块化结构，包括主控制器模块、信号采集和处理模块、键盘管理模块、LCD6信息显示模块、时钟模块和开关动作控制模块。插座上电后，系统进行初始化，之后进行状态检测，即、电流、电压检测，功率计算、并将采