会感应的电器 节能远程监控装置

赵知恒 杜孟娇

创意由来：

一天，我们在上学路上看到几辆消防车奔驰而过。后来，听说是某个小区电器起火，发生了火灾。回想起在电视上看到的火灾发生时的惨烈场面，我们都感到害怕。

以前，我们出门时经常忘记关电器，不仅浪费了宝贵的电能，还存在火灾隐患。现在出门前，我们都会仔仔细细地把家里的电器检查一遍，一旦发现还有电器在运行，就会立即关掉。但是，家里的电器太多了，每次检查都要花费很长时间。有几次因为这个事情，我们上学还迟到了。所以，我们决定发明能远程监控电器的装置。

设计过程：

1.初次设计

Arduino电路板是适合小学生编程的开源电子平台，它就像一台小型电脑，与不同的模块连接，通过程序控制可以完成各种任务。在家长的辅导下，我们学习了编程知识，为设计做准备。

电流大小表示电器用电的多少。我们选取一个测量电路电流的感应线圈和一个显示电流值的LCD显示模块，将它们与Arduino电路板连接，其中，Arduino电路板在装置的中央，感应线圈和LCD显示模块在Arduino电路板的同一侧，如图1。

接下来，我们验证利用电磁感应原理测量电器电流是否可行。我们将感应线圈套在电器电线上，打开电路开关，LCD显示屏上却没有读数。这是怎么回事呢？我们请教科学老师，科学老师给我们讲解了电磁感应的基本原理。原来是连接方式不对，电缆里有两根或者三根电线，不同电线产生的磁场会相互抵消。之后，我们将感应线圈套在其中一根电线上，LCD显示屏上出现了正确的数值。初步试验取得了成功，我们感觉很不错，兴奋地给大家演示。

2.改进装置

有的人不太明白LCD显示屏上的数字表示什么。要不改进电路的显示方式，使其更直观，方便更多人理解？于是，我们在装置中安装了红、黄、绿灯，LED图标，蜂鸣器，语音播报模块，如图2，可增强显示功能，并实现报警和语音播报功能。其中，红、黄、绿灯被安装在Arduino电路板的一侧，蜂鸣器、语音播报模块和LED图标被安装在Arduino电路板的另一侧。如果测量的电流过大，电器节能远程监控装置的红灯会亮起，并发出警报声。

3.进一步完善

电器节能远程监控装置的功能更强大了，也更方便使用了，于是我们再次给大家演示。有人提出，除了监控电器的状态，针对电器存在的火灾隐患，电器节能远程监控装置能不能发挥作用？

这个提议不错，我们决定试试。我们思索了很久，想到火灾发生时电器温度会升高，产生有害的浓烟，可以利用温湿度采集模块和小风扇模块帮助确认火灾和驱散烟雾。于是，我们将温湿度采集模块、小风扇模块与Arduino电路板连接。在科学老师和家长的指导下，我们还安装了按键、点阵显示模块和Wi-Fi通信模块等，并给Wi-Fi通信模块编写了程序，可以将温度、湿度、电流等信息及时发送到手机上。

试用作品：

科学老师建议我们试用电器节能远程监控装置，具体过程可按照编写的程序进行。

第一步，使用感应线圈采集电器电流。第二步，通过采集的电流判断能耗，根据能耗小、中、大，分别点亮绿灯、黄灯、红灯。如果能耗为中，小风扇还会转动；能耗为大，蜂鸣器会鸣叫报警，语音播报电流值。第三步，按按鍵：按一下按键，点阵根据能耗判断显示图形，LCD显示屏显示电流值；按两下按键，Wi-Fi通信模块会将所有信息发送到手机上。

我们接受了建议，将电器节能远程监控装置的感应线圈套在电灯、电脑、微波炉和空调等电器的电源线上，测量了它们在工作和待机时的电流，数值见表1。

不同的电器的耗电量存在差别。工作时，微波炉和空调的耗电量比较大，台灯和手机的耗电量比较小。在待机时，有一些家用电器尤其是电视机的耗电量也很大。为了预防火灾、节约能源，大家要记得及时关闭电器。

创新点：

在不损坏电器的前提下，电器节能远程监控装置能方便快捷地测量家用电器的电流，同时将测量数据通过Wi-Fi通信模块上传到手机上，实现电器远程监控，避免电能浪费，防止火灾发生。

这个作品的设计为各种环境下监控电器用电提供了一种简便、易行、灵活和易扩充的实现方案。作品方案虽然是针对家用电器来设计和测试的，但也适用于监控其他电器。

进一步完善的设想：

目前，电路系统是用积木搭建的，之后我们会考虑将它做成小型化电路，配备在所有电器的电路中。将所有的电器联网，通过手机App进行远程监控并同步所有信息。

指导老师  谢文佳 张佳亿

老师推荐：

作者从生活细节入手，发现家用电器待机时的耗电量不容小觑，而且容易引发火灾，进而思考远程监控的必要性和可行性，并用积木搭建了完整的监控电路，通过无线网络连接手机进行监控，表现出很强的探究能力和动手能力。作品的灵感来源于生活，反过来服务生活，具有推广价值。