一种非侵入式用电器检测系统技术方案

本发明专利技术公开一种非侵入式用电器检测系统，属于传感器及智能检测领域；检测系统包括主控模块

【技术实现步骤摘要】
一种非侵入式用电器检测系统


[0001]本专利技术属于传感器及智能检测领域，具体涉及一种非侵入式用电器检测系统
。

技术介绍

[0002]当今社会消防安全一直都是重点关注的对像，其中不幸引发火灾的众多隐患种，违规使用大功率的用电设备是重要原因之一
。
主要是因为各个场所对大功率用电设备的监管力度和方法不当
。
[0003]随着近几年信息智能化的程度不断提高，智能感知技术以及控制技术正在逐步融入大众的日常生活
。
非侵入式的负荷识别技术可以通过分析一定范围内的总负载数据，从而得到区域内的用电器的详细数据，例如：负载数量，运行状态和实际功率等等
。
传统用电器检测系统，通过测量电路中的电流和电压信号，计算功率
。
先，电流和电压传感器获取信号，然后信号调理和放大，以获得准确的测量值
。
接下来，系统计算瞬时功率，考虑电压和电流的相位关系，从而得出实时功率值
。
传统检测系统通常通需要为每一处用电器都单独安装测量装置还有后期复杂的安装和校准过程，需要专业知识来操作和维护，这增加了使用门槛和成本
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种非侵入式用电器检测系统，解决了现有技术中的问题
。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种非侵入式用电器检测系统，包括：主控模块
、AD
采样模块
、FFT
分析模块
、
用电器识别模块
、HMI
串口屏显示模块
、Wi
‑
Fi
模块和报警模块；
[0007]检测系统接入电路中先进入学习模式，采集各个用电器的耗电量
、
功率
、
功率因数和谐波分量特征进行学习，记录并保存数据；然后进入检测模式，通过
AD
采样模块将采集的特征处理成数字信号，随后通过
FFT
分析模块进行数据处理并且识别不同的用电器，再通过用电器识别模块来识别当前正在使用的用电器，将数据处理后通过
HMI
串口显示模块和
WI
‑
FI
模块显示和上传至手机端；报警模块在系统检测到用电器最大功率大于设定的功率时将用电器切断并且发送报警信号
。
[0008]进一步地，所述
AD
采样模块包括
IV
变换器和
AD
转换器，
IV
变换器将电流参数转化为电压参数后传入
AD
转换器中得到数字信号
。
[0009]进一步地，所述
AD
转换器采用
ADS8688。
[0010]进一步地，所述
FFT
分析模块利用快速傅里叶变换并计算每个点的幅值
、
频率和相位，通过电流电压的谐波特性和负载功率因数来识别不同的用电器
。
[0011]进一步地，所述用电器识别模块识别出当前正在使用的用电器的过程为：
[0012]当负载读取电流和功率值与其他的负载差异比较大的时候，则由主控模块根据提前学习的结果数据比较，直接判决；否则使用
FFT
分析模块进行分析，将其各自的谐波分量
进行比对，从而判别出当前使用的用电器类型
。
[0013]进一步地，所述
WI
‑
FI
模块通过
MQTT
协议与主控单片机进行通信
。
[0014]进一步地，在学习模式过程中，采集用电器特征数据的过程包括以下步骤：
[0015]步骤一：获取用电器的用电状态，将其分为正在使用和关机两种状态；
[0016]步骤二：处在关机状态的用电器电流为0；
[0017]步骤三：当用电器处在正在使用状态时，标记实时检测的电流为
I
，并将输出的电流发送
AD
采集模块进行数据处理
。
[0018]进一步地，数据处理过程为：先通过对原始电流电压进行采集，经过整流滤波后由
AD
采集模块将其转化为数字信号，再发送给的
FFT
分析模块和用电器显示模块
。
[0019]进一步地，当负载的实际用电量
W
i
和电路传输过程中的损耗
R
之和大于等于功率阈值
W
max
时，则
FFT
分析模块将断电型号发送给报警模块，并切断用电器电源；
[0020]负载在规定时间段
t
i
内的实际用电量
W
i
的计算表达式为：
[0021][0022]其中，
t
i
为负载工作的每段时间，
i
＝
1、2、3
…
，
C
和
L
分别为电流影响系数和时间影响系数，
α
为负载电能损耗
。
[0023]进一步地，
FFT
分析模块利用快速傅里叶变换并计算每个点的幅值
、
频率和相位的过程为：
[0024]先通过快速傅里叶变换将时域数据转换为频域数据即对连续信号
f(x,y)
，经过抽样后成为二维离散信号
f(m,n)
，其中
m
，
n
为频域坐标
0≤m≤M
‑1，
0≤n≤N
‑1，
M
，
N
表示所输入信号图像的高度和宽度，相应地定义二维离散傅里叶变换
k
，
l
为所求点的坐标，点的幅值表示频率分量的振幅大小每个点的输出频率为
Fs
为信号的采样频率，
N
是
FFT
的点数；每个点的相位
x
im
和
x
re
分别为频域中点复数表示的虚部和实部
。
[0025]本专利技术的有益效果：
[0026]1、
与传统的用电器检测系统相比，非侵入式检测系统不需要为每一个用电器单独安装测量装置，其可以轻松地移动到不同位置，以适应不同的测量需求
。
[0027]2、
由于不需要直接接触电线或设备，非侵入式系统的安装和操作更加安全，降低了电击和火灾的风险
。
[0028]3、
与传统的检测系统相比非侵入式检测系统不但节省了设备的购买成本，也方便后期对系统的统一升级改造和维护
。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种非侵入式用电器检测系统，其特征在于，包括：主控模块
、AD
采样模块
、FFT
分析模块
、
用电器识别模块
、HMI
串口屏显示模块
、Wi
‑
Fi
模块和报警模块；检测系统接入电路中先进入学习模式，采集各个用电器的耗电量
、
功率
、
功率因数和谐波分量特征进行学习，记录并保存数据；然后进入检测模式，通过
AD
采样模块将采集的特征处理成数字信号，随后通过
FFT
分析模块进行数据处理并且识别不同的用电器，再通过用电器识别模块来识别当前正在使用的用电器，将数据处理后通过
HMI
串口显示模块和
WI
‑
FI
模块显示和上传至手机端；报警模块在系统检测到用电器最大功率大于设定的功率时将用电器切断并且发送报警信号
。2.
根据权利要求1所述的一种非侵入式用电器检测系统，其特征在于，所述
AD
采样模块包括
IV
变换器和
AD
转换器，
IV
变换器将电流参数转化为电压参数后传入
AD
转换器中得到数字信号
。3.
根据权利要求2所述的一种非侵入式用电器检测系统，其特征在于，所述
AD
转换器采用
ADS8688。4.
根据权利要求1所述的一种非侵入式用电器检测系统，其特征在于，所述
FFT
分析模块利用快速傅里叶变换并计算每个点的幅值
、
频率和相位，通过电流电压的谐波特性和负载功率因数来识别不同的用电器
。5.
根据权利要求1所述的一种非侵入式用电器检测系统，其特征在于，所述用电器识别模块识别出当前正在使用的用电器的过程为：当负载读取电流和功率值与其他的负载差异比较大的时候，则由主控模块根据提前学习的结果数据比较，直接判决；否则使用
FFT
分析模块进行分析，将其各自的谐波分量进行比对，从而判别出当前使用的用电器类型
。6.
根据权利要求1所述的一种非侵入式用电器检测系统，其特征在于，所述
WI
‑
FI
模块通过
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙君峰，张诗云，张涛，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：