电器安全监测及管理系统的设计

王璞 林洁 陶玉梅 涂翠蓉 杨松 王桥

【摘 要】在日常生活中，电器不仅给我们的生活带来便捷，也给我们的生活产生了许多困扰。因为不规范、不安全的使用电器造成的人员伤亡和财产损失不可估量，因此设计了一款能够实时分析检测用电器的装置—电器安全监测及管理系统。此系统通过自动检测光照、声音和温度，若检测到无光无声时且持续一段时间，判断为无人，则自动断开用电器开关，保障用电器的安全;同时还可以通过检测插座温度，若温度过高时，则自动断开电源，并及时通知该用电器的用户。以此达到节能安全用电的目的。

【关键词】电器;节能;管理系统

随着物联网技术的快速发展，用电器的智能化、多样化程度越来越高，在电能大数据背景下，我们更多考虑是怎么节能并且安全的使用电器。根据2020年国家消防统计，在2020年全国消防共出火警25.2万起，共有1183余人死亡，伤775人，经济损失达40.09亿元，因电器引起的火灾占比高达33.6%，所以安全的使用电器已经变得尤为重要。在平时的生活中，常常会出现很多忘关用电器电源的情况，从而会造成电能浪费，且当用电器电源长时间不关闭，用电器和插座的温度过高，便会引发火灾等一系列危险情况发生，对人身安全和财产也造成一定的损失。因此，为了避免这些不良情况的发生，我们对该系统有了进一步的研究，开发出更完善的系统。

一、系统构成

系统主要由光强检测模块、声音检测模块、温度检测模块、短信语音模块和主控器等五大模块构成，如图1所示。光强检测模块、声音检测模块、以及温度检测模块主要负责实时检测并控制电器用电;短信通讯模块负责在用户忘记关闭用电器、插座处于高温状态时通过发送短信的方式提醒用户，并及时断电;主控器模块负责输出控制和数据的处理。

就目前电器用电的现状，该系统以Arduino单片机作为主要智能控制部件，利用光强检测模块以及声控传感器对室内信号进行识别判断室内有无人员活动，当监测到为无人状态时，自动断开用电器电源，达到节约能源的目的;而在用电器长时间使用后温度会升高，温度检测模块监测到温度达到一定值后自动断开电源并发送信息给用户，从而判断室内的环境，限制电器的使用。

二、硬件设计

单片机是典型的嵌入式微控制器，由运算器，控制器。输入输出设备等构成，相当于一个微型的计算机。作为整个系统的主控模块。稳压器模块是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压转换、稳压等。继电器，就是“开关”，是由单片机控制的“自动开关”，数字信号控制它的闭与开。制作材料具在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使GY-39光强检测模块的阻值迅速下降。通过实时检测系统环境的噪音大小，并将数据传给主控分析、处理。LM35温度检测模块，其输出电压为摄氏温标。由于它采用内部补偿，所以输出可以从0℃开始。LM35有多种不同封装型式。在常温下，LM35 不需要额外的校准处理，就拥有较高的准确度。LM35和ARDUION的连接电路如图2所示。

三、软件设计

当用电器开启一段时间后，温度传感模块将采集当前总开关的温度并传给主控，主控判断温度是否达到最高耐温温度，如果达到最高耐温温度，则自动断开开关并发送信息给用户，若没有达到最高耐温温度，则过一段时间再次检测;同时光强度检测模块和声控传感模块分别采集室内光线强度并和室内声音分贝并将其传给主控，主控判断光照和声音强度是否达到室内没有人的范围，如果达到没有人的范围，则自动断开电源并发送信息给用户，若检测结果为有人状态，则过一段时间再次检测，以此达到节能、安全的目的。主流程由图3所示。

四、系统测试

本设计的主要目的就是能实时检测到用电器在光照、声音、温度环境等参数，让人们能够有一个安全的用电环境，实物如图4所示。焊接好电路经检查无误后开始进行测试。

表1系统测试：

五、结语

系统通过各传感器传回的数据实时判断室内有无人员活动，判断因素主要有：光照、声音。室内若为一个黑暗环境，且声音强度低于一定阀值并持续一段时间，系统则判断当前为无人状态;反之，则有人。让人们能够在繁忙而无聊的生活和工作中，减少了用电浪费，同时也大大的提高了用户的用电安全系数。系统通过短信语音模块可实现在用户忘记关闭用电器、插座处于高温状态时通过发送短信的方式提醒用户，并及时断电。从而达到节能、安全的效果;该系统使用简单、成本低、易推广。

家用电器产品安全标准，是为了保证人身安全和使用环境不受任何危害而制定的，是家用电器产品在设计、制造时必须遵照执行的标准文件，严格执行标准中的各项规定，家用电器的安全就有了可靠的保证。贯彻实施这一系列国家标准，对提高产品质量及其安全性能将产生极大影响，在电力系统领域，家用电设备的安全运行，不仅关系到电器设备本身使用寿命，更关系到使用人员的生命、财产安全。家用电器长时间处于运行状态，其内部线路很容易发生老化或损坏，甚至长时间高温状态下家用电器发生自燃，如果不能及时进行处理，很容易易发火灾，严重威胁人们的生命财产安全，用电设备的正确使用及运行过程中的安全可靠，一直是人们普遍关注的内容。

随着用电设备自我故障保护功能的不断完善，人们使用设备的安全防护意识也不断提高，各方面的规范也在完善，用电安全事故确实得到一定程度的减少，但并没有从根本上得到遏制。本文分析了当前用电安全现状，用电设备的稳定可靠对国民经济的重要性，明确了用电设备使用过程中的安全性要求，提出了基于多形式网络联接方式的用电设备安全监控策略，实现了用电设备的实时在线监测，故障报警及事故原因分析，安全隐患的事前预警，从根本上解决了设备用电安全性问题。减少设备或线路事故发生，提高设备或线路的安全运行能力。减少材料损耗，节约维护成本。减少人员用电事故发生，保证用电人员人身安全。结果表明此系统理论的研究与应用对电器设备的用电安全及电力系统的稳定具有重要意义。

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