基於zigbee技術的無線智能插座設計方案研究
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作者：梁娜
摘要：本文設計了一款基於zigbee無線通信技術的家電能耗計量和監控插座。該設備能夠實時監測家用電器的耗電量，並具有zibgee通信功能，能夠組建網絡並將數據上傳至服務器進行集中分析和監控，同時能夠監測用電器的工作狀態，對非正常狀態進行報警和斷電，從而實現了節約用電和安全用電。
關鍵詞：zigbee技術；無線智能插座前言
家用電器的廣泛使用，提高了人們的生活水平，但是，不良的用電習慣時常給人民的生命和財產安全造成巨大的損失。據公安部門和消防部門相關資料顯示，我國每天平均發生火災350多起，其中因超負荷、短路等原因引起的電器火災占到了30%以上，美國奧柏林大學的研究人員通過實驗發現對能耗實施監控機製，能夠使整個學校的學生宿舍在兩周內減少32%的電能損耗。英國牛津大學環境學院在2006年的一份調查報告中闡述了對家用電器用電狀態進行實時監控的意義和必要性。
與此同時，物聯網技術的提出被視為信息通信技術發展的重要裏程碑，它利用通信技術，將家用電子設備進行集中的控製和管理，從而創造出高效、舒適、安全、居住環境。如何將物聯網技術和家電的用電狀態監控結合起來將成為安全用電、節能減排的一個新的切入點。在此基礎上，本文提出了一款基於無線ZIGBEE技術的智能插座設計方案，該設備除了具有傳統插座的功能外，還具有無線通信、電壓電流采集、電能計量、過壓過流保護、自動開關、報警、休眠、信息顯示以及組網等功能，是一款功能齊全的智能插座。
1.智能插座的係統構架
基於zigbee技術的無線智能插座硬件係統主要由電源模塊、無線微控製器模塊、電量采集單元、時鍾模塊、繼電器控製單元、報警單元、鍵盤輸入單元、顯示單元等組成。
電源模塊將交流市電轉換為直流電，為其餘模塊供電；電量采集模塊包括電壓采集和電流采集兩部分，用於采集用電設備的能耗信息，本文利用電能計量芯片ADE7755實現。電壓互感器和電流互感器用於對電壓和電流信號進行采樣， 並經由流/壓變換電路轉換為ADE7755能夠接收的信號，進而通過電能計量芯片的內部電路計算出電參數。微控製器采用帶有ZIGBEE無線通信功能的CC2430芯片，既負責控製本節點的工作， 又負責和網絡上的其他節點進行無線通信。CC2430通過IO接口與ADE7755芯片相連，讀取測量的各種數據並進行運算處理，通過顯示模塊進行顯示，同時還能通過內部的無線通信模塊和其他節點之間進行數據的交換。
2.主要模塊硬件電路設計
2.1 無線微控製器模塊
CC2430單片機是德州儀器（TI）公司生產的一款片上係統解決方案，它基於IEEE 802.15.4和Zigbee通信協議。片內外設非常豐富：在單個芯片上集成了CPU、存儲器、常用片內外設和RF射頻單元。它具有1個8位CPU（8051），具有最大128KB可編程FLASH和8KB的SRAM，，主要包括1個5通道8位至14位可編程ADC轉換器、4個定時器、2個USART，1個DMA控製器、1個看門狗定時器、1個內部穩壓器、21個可編程I/O引腳。CC2430內部已集成了正常工作所必須的電路，因此用戶僅需搭建少量的外圍電路就能實現信號的發送和接收。