基于Wi-Fi的节能型电源转换器在住宅建筑中的应用研究

纪祥和 / 张 强

(山东同圆设计集团有限公司，山东 济南 250101)

基于Wi-Fi的节能型电源转换器在住宅建筑中的应用研究

纪祥和 / 张 强

(山东同圆设计集团有限公司，山东 济南 250101)

针对目前的科技形势以及存在的电能浪费问题，提出一种在线式远程控制电源转换器的设计方法。在保持住宅原有电气线路设计的前提下，增加一个节能型电源转换器，可通过手机APP实现远程通断转换器电源，从而实现远程控制电源切断功能，以达到节能的目的。

Wi-Fi 节能 电源转换器

0 引言

由于人们主观上认为家用电器在待机时不耗电，养成了在使用完电器后不关闭电源的不良使用习惯。事实上，大部分家用电器在待机时仍然具有待机功耗[1]，且功耗非常大。再联想到目前存在的另一个问题——电气设备遗漏关闭，尤其是台灯、电气炊具等。所以，如何节省这一部分电能是当前的一个难题。

当今社会，依托于互联网技术的物联网正如火如荼地发展，智能化手机应用的普及率也屡创新高，因此，如何使智能化手机和物联网[2]技术有效结合，实现各领域的节能[3]也是一个新兴的科技趋势。

针对目前的科技形势以及存在的电能浪费问题，本文提出一种在线式远程控制电源转换器的设计方法。在保持住宅原有电气线路设计的前提下，增加一个节能型电源转换器，通过手机APP远程通/断转换器电源，从而实现远程控制电源切断功能，以达到节能目的。本节能型电源转换器控制装置结构示意图如图1所示。

图1 节能型电源转换器控制装置结构示意图

图1中，1为主控制板，2为 Wi-Fi终端模块，3为电源指示灯，4为电源转换器受控相线。

1 技术分析

1.1 单片机应用技术

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，其应用已经渗透到生活的各个领域。本研究采用单片机作为主控芯片，结合不同的传感器实现数据采集，同时利用相应的执行机构实现对目标设备的控制。

1.2 建筑电气技术

本研究以《民用建筑电气设计规范》为基础，在保留了原有电气设计方案的前提下，对现有电源转换器进行改造，通过其与家庭无线路由器的结合使用，达到家庭用电节能的目的。

1.3 Wi-Fi技术

Wi-Fi[4-5]是一种可以将个人电脑、手持设备(如PAD、手机等)等终端以无线方式互相连接的技术。简单来说就是IEEE802.11b的别称，它是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号。随着技术的发展以及IEEE802.11a、IEEE802.11g等标准的出现， IEEE802.11标准已被统称为Wi-Fi，是由AP(无线网络接入点)和无线网卡组成的无线网络。在开放区域，通讯距离可达305m；在封闭区域，通讯距离为76～122m，方便与现有的有线以太网整合，组网成本低。本研究应用Wi-Fi终端模块与家庭无线路由器组网，通过APP无线远程访问，向Wi-Fi终端模块发送指令，通过控制电路切换输出的开关信号。

2 节能型电源转换器方案设计

本设计研究为解决家庭用电设备的待机耗电和遗漏关闭问题，提出了一种基于Wi-Fi对电源转换器进行远程操作的控制方法，通过与之配套的手机APP，在连入互联网的前提下，可随时随地对电源转换器的电源进行通断控制，以切断电源转换器上设备的电源，从而实现节能。

2.1 硬件系统设计

本控制系统包括终端APP、云端服务器、家庭无线路由器和嵌入到电源转换器中的Wi-Fi信号处理与控制器。在接入互联网的前提下，本系统配套的终端APP发出开关信号，该信号通过云端服务器经家庭无线路由器传至Wi-Fi信号处理与控制器，经过信号采集与识别，控制器发出开/关指令以控制电源转换器。

电源转换器相线进线端接控制电路继电器J1的受控线路进线端子，相线受控出线端接继电器的常开触点；主控芯片CPU控制信号输出端DO0经光耦隔离器接继电器J1的控制端子。Wi-Fi终端模块集成到主控板上，其输出信号线接主控CPU的输入端。

主控制板包括微处理器(微处理器可以是单片机)，分别与Wi-Fi终端模块、电源转换器受控相线连接；微处理器根据Wi-Fi终端模块所传输的信号通过继电器控制回路对继电器的线圈进行控制，从而控制受控相线的通/断；主控制板由受控相线进线端供电，可保持其供电连续性，其上设有电源指示灯。

如图2所示，为继电器输出控制电路，该电路利用继电器作为系统输出到输出驱动级之间的第一级执行机构，通过继电器输出可完成从低压直流到高压交流的过渡，继电器通过光耦可实现对交流接触器线圈的控制。

图2 继电器输出控制电路

2.2 软件系统设计

本设计的操作步骤为1)开始，初始化；2)CPU读取数组中的ON/OFF标志位信号；3)执行开关指令；4)重定义数组中ON/OFF标志位，反馈当前状态至APP；5)返回2)。

其软件操作流程如图3～4所示：1)主控制板1获取远程APP经Wi-Fi终端模块传输来的开关信号；2)CPU将上传的信息进行分析处理，对数组中的开关标志位进行赋值； 3)CPU发出的指令通过继电器控制回路控制受控相线的通/断；4)控制指令完成后，CPU将当前受控相线的通/断状态发送至Wi-Fi终端模块，通过已接入以太网的无线路由器将该状态信息反馈至远程APP，以实现电源转换器的当前状态和APP所显示的状态一致。

图3 节能型电源转换器主控程序

图4 节能型电源转换器中断处理程序

3 结束语

本设计研究成果在不影响用户正常生活的前提下解决了因用户遗漏关闭或电器待机造成的电能浪费。特别是在家用电器的种类和数量越来越多的情况下，应用本研究的控制策略，既为用户提供了方便，丰富了智能化体验，又避免了不必要的能源浪费，实现了节能。

[1] 陈利君. 关于设计待机功耗测试能力验证样品的探讨[J]. 信息通信，2014(9)：9-10.

[2] 纪祥和. 物联网环境下家庭节能控制装置研究与实现[D].山东建筑大学，2014.

[3] 刘耀华. 电气节能技术与电力新能源的发展应用[J]. 低碳世界，2016(7)：38-39.

[4] 张天保. WIFI技术的应用与展望[J]. 产业与科技论坛，2014(3)：98-99.

[5] 宋璐璐. WIFI技术的优势及发展分析[J]. 电子世界，2015(2)：91-92.

纪祥和

现就职于山东同圆设计集团有限公司。

张 强

现就职于山东同圆设计集团有限公司。

充电模块组的输出端是否可以只用一个熔断器? 是否可以只用一个直流接触器?

国标NB/T 18487.1-2015给出的充电系统原理图上有两个直流接触器。

第一 ,如果只有一个直流接触器,比如只有正极有接触器,那么正极接触器靠近桩体一侧的绝缘强度下降,出现正极接地的情况,而负极一直没有断开,负极对地就有一个直流高压,如果人体接触负极时就会出现安全事故;在充电枪的使用中负极也出现接地,此刻就会出现对地短路。

第二,在充电自检时直流接触器正常,但是在断开时未能断开,而且此时模块也没有及时关机,在只有一个接触器情况下,枪口就有高压直流了。

因此,使用两个接触器能够降低出现安全事故的概率,减少形成短路回路和充电枪口带高压直流电的机率。设计时应使用一个直流接触器，做好其他的绝缘、短路、接触器的保护逻辑,也能达到同样的效果。

熔断器在国标中没有明确规定,因为在距离主回路不远处有一个熔断点即可,在发生不可控的大电流情况下,能够把熔断器烧断。

来源：电动汽车资源网

Application Research of the Energy-saving Power Converter based on Wi-Fi in the Residential Building

Ji Xianghe / Zhang Qiang

In view of the present situation of science and technology and the waste of electric energy, a design method of on-line remote control the power converter is proposed. In the premise of main taining the original electrical circuit design, adding a energy-efficient power converter, which realizing the remote control of the power cut off through the mobile phone APP, achieving the purpose of energy saving.

Wi-Fi, energy saving, power converter