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研究生: 何信威
Hsin-Wei Ho
論文名稱: 智慧插座電源偵測系統
Intelligent Plug Power Meter
指導教授: 許孟超
Mon-Chau Shie
口試委員: 阮聖彰
none
吳晉賢
none
林昌鴻
none
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電子工程系
Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 72
中文關鍵詞: 智慧電網智慧大樓ZigBee智慧插座
外文關鍵詞: smart grid, intellectual building, ZigBee, intelligent plug
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近幾年智慧電網與智慧大樓的相關應用被廣泛的研究與發展,本篇論文提出一套智慧插座系統以電力測量模組搭配上固態繼電器(SSR)開關機制,再結合Zigbee模組的系統平台,利用Zigbee傳送電力資料給中央伺服器,可以同時達到偵測電能及遠端遙控節點的功能。使用者可以透過中央伺服器知道目前插座上所接裝置其電壓(V)、電流(A)、功率(W)、耗能(joule/kW h)、功率因數(PF)、用電曲線等狀態,更可以搭配手持式裝置像是一個無線遙控器能夠監控在遠端節點上的裝置,以及做設定排程等的控制。
我們可以將此構想實現如下,以ADI的ADE7169電力測量IC為核心做一塊電源量測板搭配TI CC2430DB Zigbee模組構成一個節點,以Win7平台為開發環境,節點資料經由Zigbee 傳輸到中央伺服器,中央伺服器就可以根據資料分析所有節點的用電狀況,包括電壓、電流、功率等基本的電力資料,此外還能夠描繪出用電曲線,方便使用者分析用電習慣,進而可以改進用電習慣來節電,例如發現某些家電在待機時仍然有相當的耗電,那就應該把其電源完全關掉。
本系統量測電壓範圍從85V~265V(50Hz/60Hz),負載電流從0.2A~15A,各項測量項目,包括電壓、電流、功率、耗能、功率因數等,誤差小於1%。


The application of smart grid and intellectual building has been discussed and developed in recent years, this thesis proposes a set of power measurement module with solid state relay (SSR) plus a Zigbee module on the system platform to detect the power consumption and provide safety features. In addition, with the remote hand-held device, the user can not only know the device power information (such as voltage (V), current (A), power (W), energy (kwh), power factor (PF ) ), power consumption curve, but also switch the device, or setup the schedul. And the data transferring is by means of Zigbee.

We can implement this concept as follows, using ADI ADE7169 measurement IC to make a power measurements system plus a Zigbee module to form a node which can up to 65,535 nodes. In Win7 based platform to develop the application software. The node information transmitted by Zigbee to the center server. The center servers can analyze the data of all nodes, including voltage, current, power, electricity and other information, in addition the center server also can plot the power curve over the past few hours, the user can easily analyze the peak hours3. The server also can remote control every node in the system.

This system measured voltage range from 85V ~ 265V (50Hz/60Hz), load current from 0.2A ~ 15A, the measurement parameters, including voltage, current, power, energy, power factor, etc., the error is less than 1%.

論文摘要 I Abstract II 致 謝 III 圖索引 VI 表索引 VIII 第一章 序 論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機 2 1.3 研究目標 3 1.4 論文架構 4 第二章 研究背景與相關研究 5 2.1相關研究 5 2.2 電源量測系統之介紹 7 2.2.1 基本定義 7 2.2.2 電流量測 8 2-3 ZigBee 系統之簡介 14 2.3.1 Zigbee 規格簡介 14 2.3.2 Zigbee 網路架構 15 2.3.3 ZigBee 與其他通訊協定比較: 16 2.3.4 ZigBee 之於家庭監控及自動化應用 17 第三章 智慧插座系統之軟硬體架構 19 3.1智慧插座的硬體架構 21 3.1.1 單相電能計量方案架構的選擇 22 3.1.1.1基於多通道ADC 22 3.1.1.2基於專用AFE 23 3.1.1.3基於SOC 24 3.1.2 隔離方案的選擇 25 3.1.2.1輸入隔離 25 3.1.2.2 AFE與MCU隔離 27 3.1.2.3 RS485與前端電路隔離 28 3.1.3 ADE7169電能量測晶片簡介 29 3.2開發平台軟體環境介紹 31 3.2.1 ADE7169測量原理 31 3.2.1.1 有功功率的計算方法 32 3.2.1.2 IRMS、VRMS的計算方法 36 3.2.1.3 視在功率(Apparent Power)的計算方法 38 3.2.1.4 頻率的影響 40 3.2.2 ADE7169校準 41 3.2.2.1 校準的種類 41 3.2.2.2 校準方法 42 第四章 系統整合與實驗結果 44 4.1系統實作環境說明 44 4.2硬體整合 45 4.2.1. 電源量測板硬體線路介紹 46 4.2.1.1 電源轉換線路 47 4.2.1.2 電源量測IC 線路 47 4.2.1.3 隔離線路 49 4.2.1.4 固態無火花繼電器線路(SSR) 49 4.3軟體整合 50 4.3.1 Qt使用者介面環境開發 50 4.3.2通訊協定 51 4.3.3 量測誤差定義 53 4.4 實驗結果 54 4.4.1 校準 54 4.4.2 人機操作介面介紹及實驗結果 57 第五章 結論與未來展望 58 5.1實驗成果 58 5.2困難點 59 5.3未來展望 60 參考文獻 61 附錄 A 常見家電用電: 63

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