基于智能插座的电器状态监测系统的设计与实现

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1、天津大学硕士学位论文基于智能插座的电器状态监测系统的设计与实现DesignandImplementationofStateMonitoringSystemofElectricalAppliancesbasedonSmartPlug学科专业：信息与通信工程研究生：冯晓伟指导教师：刘昱副教授天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月中文摘要随着云计算和物联网技术的发展，智能家居的发展又迈向一个新阶段——智能用电，尤其是在能源危机这一世界性难题的背景下，智能用电作为一个重要部分打破了传统电力系统对用电负荷粗放式管理的局面。以往电力系统对用电负荷的感知能力仅仅局限于用户的电表，对住宅用户内部用电的

2、电器种类和用电方式习惯等都缺乏感知和测量的能力。基于智能用电以及智能电网整体规划的需要，我们需要深入感知用户用电信息。因此，电器状态监测被推向研究领域的浪潮，成为了在家庭能效管理、用户安全用电、智能电网建设中的关键应用。本文以智能家居下的电器状态监测为研究背景，分别对侵入式和非侵入式电器状态监测的方法进行介绍，综述了电器状态监测的分析方法、面临的技术挑战及其技术应用。此外，结合对未来电器智能化改造的考虑，提出了基于智能插座的电器状态监测系统，其中包括系统监测设备——智能插座的设计，以及针对智能插座的电器状态监测算法的研究与实现。在智能插座设计中，本文针对市场上现有智能插座功能单一，不能对

3、电器非正常状况进行监测与断电控制，无法满足用户对用电安全需求的特点，以及其无线通信方式给家庭环境带来布线和信号辐射的问题，提出一种基于电力载波通信的多功能智能插座设计方案。该智能插座以低功耗单片机MK64FN1M0VLQ12为控制核心、集成了BU82204MWV电力线载波、CS5490电能计量、继电器等模块，具有电能计量、过流保护、电器状态监控、蜂鸣警报、和充电保护等功能。以多功能的智能插座作为系统监测设备，使家用电器可监测、可控制，满足了用户对多功能的需求，保证了用电安全，实现了传统家电的智能化和信息化，在智能家居中具有广阔的应用前景。在基于智能插座的电器状态监测算法的研究中，出于对智

4、能插座微控制器存储器性能和成本以及电器状态监测系统实时性的综合考虑，提出基于暂态特征的侵入式电器状态监测算法，该算法以电器开启时引起的系统暂态过程为特征提取对象，通过与电器特征数据库中的电器特征计算互相关系数，判别相似性，从而识别电器的类型及其运行状态。该算法原理简单，易于实现，能够识别出稳态特征相似的电器，提高了电器识别准确度；系统占用资源小，在达到一定同等识别率的前提下，很好地满足了电器状态监测系统对实时性的要求。关键词：家用电器；状态监测；智能插座；暂态特征；电器状态识别ABSTRACTAsCloudComputingandInternetofThings(IoT)technolo

5、giesdevelopincreasingly,smarthomehasenteredanewstage——smartelectricpowerusage,whichistobreakthetraditionalextensivemanagementsituationforelectricpowerloads,particularlyunderthebackgroundofenergycrisis.Inthepast,theperceptionofpowerloadsconfinestosmartmetersofusers,whichislackingofperceivingandmea

6、suringabilityforthetypeofinternalelectricalappliancesandconsumptionhabits.Basedonoverallplanningofsmartelectricpowerusageandsmartgrid,weneedtoperceivedetailedelectricalinformationofpowerloadsofusers.Therefore,allthetrailsareexpectedtomonitorresidentialindividualappliances,whichhasbecomeakeyapplic

7、ationinhomeenergymanagement,electricalsafetyandtheconstructionofsmartgrid.Intheresearchcontextofappliancestatemonitoringofunderthesmarthome,thispaperreviewsthemethodsonintrusiveandnon-intrusiveappliancemonitoring;summa