节能智能插座专项方案.docx

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节能智能插座专项方案

节能智能插座方案“芯”动向

摘要：

电器使用越来越多，能源消耗越来越大，尤其是因为人为习惯造成待机功耗浪费更大。

面对生活愈加便利，电器愈加智能，电器愈加节能要求，节能智能插座成为现在最有效提升大家生活品质、处理节能问题方法之一。

关键词：

电能计量芯片、节能智能插座、计量插座、主副孔插座、无线智能插座、待机功耗、智能家居

一、节能背景

伴随科技进步，越来越多数码产品、电器已进入家庭，如电视机、空调、冰箱、热水器等高能耗电器，为人类生活发明了很多便利，但同时也造成家庭能源消耗急剧增加，尤其是待机功耗浪费，和全球范围开始提倡低碳地球背道而驰。

依据国际经济合作组织一项调查称，各国因待机而消耗能量约占能耗总数3％～13％。

统计数据为：

澳大利12％左右，韩国11％左右，德国10％左右，英国8％左右，日本7％左右，美国5％左右，芬兰5％左右。

现在中国城市家庭平均待机能耗已经占到了家庭总能耗10%左右，相当于每个家庭使用着一盏15~30W“长明灯”。

待机能耗像一只隐形吸血虫，在浪费能源同时形成了巨大环境保护压力。

“待机能耗”是指含有待机功效电器设备在不使用时候，没有断开电源所发生电能消耗。

含有待机能耗电器设备关键有空调、电脑和通讯系统（包含电脑主机、显示器、电脑音响、打印机、扫描仪、充电器、路由器等）、家庭视频和音频系统（包含电视机、DVD、VCD、音响、功放、机顶盒、卫星接收器等）。

为了避免频繁插拔电器插头麻烦，很多用户很习惯地采取不停开电源，使电器长久处于待机状态。

待机功效在为居民用户提供便利同时，也造成了大量能源浪费。

同时不停开电器电源，电器长久处于待机或工作状态，还可能会引发灾难性事件。

下面是常见电器待机功耗：

如上表，一个家庭中电器齐全，若用户整年不关闭电器，电器处于待机状态，待机功耗浪费956.1度电。

若一个城市有50万户家庭，十二个月能源浪费可达成4.8亿度电。

这不单关系到居民利益浪费，还造成国家能源极大浪费，所以降低电器功耗、处理电器待机功耗势在必行；面对强烈低能耗需求，家电企业不停改善产品，降低工作功耗，尤其是待机功耗，即使已经有显著效果，但电器更新换代却是一个漫长时间。

伴随物联网兴起，多种节能方案提出，使家庭节能需求看到了处理期望，家电企业或智能家居企业推出各类智能家居系统，在为生活提供便利同时，也节省能耗，不过今下，一整套智能家居系统价格居高不下，极难得到普及，所以现在家庭电器节能仍是一大难题，于是很多企业在配件方面寻求处理方案，针对现有家用电器普及情况推出配件产品，在不改变用户使用习惯或提升体验性前提下，对家用电器进行节能。

节能智能插座——现在最有效节能产品之一，是一个转接装置，经过此插座转接，再将家用电器接到此插座上，此产品能够主动切断电器电源以节省大量用户，用户也不需要时刻记得关闭电器。

节能智能插座工作功耗基础<0.2W，相当于家电有待机功耗二十分之一，甚至百分之一。

二、节能智能插座实现方法

现在市场上大多数节能智能插座结构关键包含多个部分：

电能采集模块、控制器、继电器、人机界面或无线通讯模块。

用户经过人机界面或无线通讯模块设置断开电源条件，能够设置定时断开电器电源，在设定时间段内断开电源；设置家用电器耗电阈值，在电器用电低于阈值时，断开电源。

控制器经过电能采集模块对电器电能及功率进行采集，判定电器用电情况，对继电器进行操作以控制电源开关。

此产品能够统计电器总用电量，显示目前用前功耗等功效，方便用户了解各电器耗电情况。

电能及功率采集模块是节能智能插座关键部分，若采集到数据不正确可能会造成误操作，影响平时正常使用。

电能采集模块实现方法关键有3种：

1、采取比较器

采取这种方法通常只检测电器电流信号，电压为固定值，将切断功率阈值折算为电流有效值。

经过采样电路将电器电流信号进行采样，和硬件设定切断阈值进行比较，MCU依据比较器输出，判定电流和切断阈值大小关系，控制电器电源开关。

比较器通常使用LM358进行设计。

电流信号为交流信号，比较器参考电压值为固定正向值，电流信号必需使用互感器进行传输，经过整流、滤波，才能连接到比较器输入端。

若电网中存在较大容性或感性谐波，功率因数（PF）<1，采样到电流信号有效值误差大，可能造成误操作。

因为这种插座内部比较器参考电压为固定值，切断功率阈值不能改变，所以通常只适适用于特定电器；有些产品能够经过手动调整功率旋钮，改变切断功率阈值，但手动调整正确度低，用户使用不方便。

所以这种实现方法通常只适适用于特定电器，且电网质量很好场所。

2、采取控制器集成ADC

经过采样电路，配合集成ADCMCU进行测量。

采取这种方法通常只测量电器电流信号，电压为固定值，依据电流信号大小折算成功率。

电流信号为交流信号，而MCUADC通常只能单端输入，电流采样电路中必需使用互感器进行传输，经过整流再进行积分，才能被MCUADC较正确测量。

MCU集成ADC通常是10bit，电流测量范围小，有效动态范围通常只有256:

1。

若电网中存在较大容性或感性谐波，功率因数（PF）<1，测量电流误差越大，所以这种方法通常只适适用于功耗改变范围小，且电网质量很好场所。

采取这种方法能够经过人机界面设置切断电源功率阈值，内部将功率值转化为电流值，将测量到电流值和阈值比较，若小于阈值，则插座切断电器电源。

3、采取专用电能计量芯片

关键有CirrusLogicCS5460、CS5463，ADIADE7755。

专业电能计量芯片内部最少集成2路ADC（内部带运放），可同时对电流、电压信号进行采样；模拟输入端信号可为交流信号，不影响信号失真；集成50Hz/60Hz陷波；集成DSP，对电压、电流信号进行高速计算，滤除功率因数影响，得到真实有功功率值。

电能计量芯片动态范围>=500:

1，测量精度达成0.1%。

MCU和电能计量芯片进行通讯，读取目前功率、电能值，或经过光耦对计量芯片输出功率脉冲进行计数，计算电能及功率。

使用电能计量芯片，采样电路能够不需要互感器、整流，外围电路简单，MCU和计量芯片通讯或连接资源较少，使用资源较少MCU能够实现。

若芯片动态范围足够大，能够正确测量到更低功率值，能够适用更多电器。

上述几款电能计量芯片功率测量正确性高，不过价格高，而且引脚较多，还需要外置晶振，后续产品不能做到体积很小。

现在中国也有电能计量芯片，电能采集部分也能够考虑选择中国芯片，比如专门用于节能智能插座芯片HLW8012，除了基础电能计量芯片特点之外，还能够测量电压、电流有效值，SOP8封装，内置晶振，动态范围1000:

1，外围电路比较简单，采集主板面积能够做得很小。

以下表格是对3种节能智能插座实现方法比较：

三、节能智能插座种类

一般节能智能插座存在部分不足点：

插座体积较大；只能控制一个电器。

插座制造企业不停对产品进行更新换代，延伸出很多不一样产品，关键有以下多个：

1、主副孔插座。

主机关闭或待机以后，周围设备电源同时被切断。

电脑通常全部会和周围设备一起使用，如显示器、打印机、音箱等。

只有在主机使用，这些周围设备才会使用，主机关闭或待机以后，周围设备就被闲置。

若用户忘记关闭周围设备，电器一直会处于待机模式，造成电量浪费。

主副孔插座是一个创新型排插，孔位通常分为主机孔、受控孔、常见孔。

使用时主机（电脑或其它设备）连接到主机孔，周围设备连接在受控孔。

主机开启以后，采集主板检测到主机功率变大，采集主板会延时打开周围设备；主机关闭或待机以后，采集主板检测到主机功率下降到阈值，则会延时关闭周围设备。

使用这种插座，只要关闭主机，就不用担心忘记关闭周围设备，打开主机时，也不用一一打开周围设备，能够智能、有效地节省家庭或办公用电。

现已经有较多企业量产这类产品，公牛在这方面产品挺出色。

当主副孔插座使用于不一样电器系统时，主机待机功率不一样，则关闭周围设备阈值不一样，于是能够增加切断阈值学习功效，针对不一样主机能够学习不一样关闭阈值。

2、红外主副孔插座。

在主副孔插座基础上增加红外接收功效，当红外遥控控制主机开关时，插座采集主机功率，再控制主机及周围设备电源开关。

现在很多家庭使用电视机时，基础全部配周围设备，如机顶盒、音箱等设备。

用户习惯使用遥控关闭电视机，没有去断开电视机、周围设备电源，此时周围设备处于正常运行或待机状态，功率很大。

若将电视机及周围设备连接到红外主副孔插座，电视机连接主机孔，周围设备连接收控孔，使用遥控关闭电视机时，电视机接收到红外信号，电视机进入待机，插座会检测到电视机功率降低，达成阈值时，插座切断电视机及周围设备电源，不需要人为逐一关闭电源；使用遥控打开电视机时，插座接收到遥控信号，测量电视机目前功率后，判定电视机工作状态，打开电视机电源，此时电视机进入待机状态，在一定时间内，若遥控器再次按下“开关”键，电视机就会进入正常播放，同时插座检测到电视机功率上升，再打开周围设备电源。

使用这种插座能够在不改变用户使用习惯前提下，节省电视机及周围设备用电。

考虑到不一样电视机遥控开关键键值不一样，有些红外主副孔插座还带有红外学习功效，能够适适用于不一样类型遥控器。

3、无线智能插座。

在一般节能智能插座基础上进行创新，增加无线通讯模块（WIFI/蓝牙/Zegbee），配合移动设备上APP软件，远程或室内无线控制电器关闭和打开。

无线智能插座能够分为2种：

室内无线控制、室外无线控制。

室内无线控制型基础上是使用WIFI或蓝牙，使用移动设备或专用遥控进行控制。

室外无线控制型基础上是使用WIFI或Zegbee，经过家庭路由器或专用路由器，连接到服务器，用户在室外，移动设备只要能够上网，就能够直接查看或控制家庭各个电器。

配合无线智能插座，移动设备上安装APP，使用手机配置好各个插座无线设置，设置各个电器名称，在移动设备上能够进行分类管理：

厨房、大厅、主室、卧室等，配置好以后就能够查看到家庭各个电器运行情况：

总用电量、目前功率、目前电压、目前电流；能够控制各个电器电源开或关；若电器运行状态出现不正常情况，无线智能插座会经过APP反应到移动设备上。

经过无线智能插座，晚上回家前打开灯光；出门时不用担心饮水机忘记关闭，回家前能够提前打开饮水机；出门时不用担心热水器没相关，回家前能够提前打开热水器；出门时不用担心空调没相关，还能够在回家前打开空调等等。

不仅节能用电、安全用电，还能够提升用户生活体验。

现在了解到无线智能插座，Belkin（贝尔金）名气较大，伴随用户生活品质提升，这类产品需求将会越来越大，现在中国也越来越多厂家涉入此产品。

无线智能插座，还能够做深入创新，Zuli企业开发出一个产品，在房间内装置多个插座，用户携带移动设备，人走到哪里，插座就会定位出人位置，对电器进行智能控制，如用户离开家以后，自动关闭家里电器，用户回到家门口，自动打开灯或其它电器。

四、节能智能插座“芯”动向

单体节能智能插座体积将会越来越小；主副孔插座将会适应越来越多设备系统；无线智能插座体积将会更小，愈加智能，如智能定位等。

在智能家居系统真正普及之前，节能智能插座是很有效处理节能问题方法之一。

无线智能插座能够延伸出很多用户体验，使家庭电器愈加省电、愈加安全，生活更改舒适，伴随智能移动设备普及，3G网络普及，节能智能插座发展将会更偏向于无线智能插座。

面对如此发展趋势，电能计量芯片发展动向将会走向高集成化，SOC。

集成电能计量芯片、MCU、无线通讯接口等。