基於智慧型插座無線電能監測系統之研究｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	王介君 Jie-jun Wang
論文名稱：	基於智慧型插座無線電能監測系統之研究 Study on an Intelligent Outlet Based Wireless Power Monitoring System
指導教授：	張宏展 Hong-chan Chang
口試委員:	吳瑞南 Ruay-nan Wu 郭政謙 Kuo-cheng Chien
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電資學院 - 電機工程系 Department of Electrical Engineering
論文出版年：	2012
畢業學年度：	100
語文別：	中文
論文頁數：	72
中文關鍵詞：	節能、ZigBee 、待機電力、電能監控、隨插即用
外文關鍵詞：	saving energy, ZigBee, standby power, energy monitoring and management, plug and play
相關次數：	點閱：193 下載：15
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隨著能源的大量使用，能源危機的衝擊逐漸逼近人類，在找到替代能源之前，當務之急無非是找到節能對策，以減緩能源消耗的速度，因此，本論文旨在研製一套以智慧型插座為監控裝置之無線電能監控管理系統，本系統以智慧型插座持續量測電器的電能資料並透過ZigBee無線感測網路將資料傳送回監控電腦，再由監控電腦發出各項指令至智慧型插座，進而達到監視與控制的目的。本文所研製之智慧型插座系統具有待機電力管理、迴路限流管理、無線啟閉、電能使用狀態顯示、負載波形擷取與隨插即用等功能，使用者可於監控電腦上，透過操作人機界面視窗軟體，對各項系統功能進行設定。
最後，於模擬環境中架設本系統監測其空間內的電器使用情形，並實際測試各項系統功能以驗證本系統的可行性，期盼透過量測與記錄居家環境中各電器的電能使用數據，以喚醒使用者的節能意識，並且利用此系統的各項功能達到節能減碳之目的，並有效提升電能管理之便利性。

The impact of energy crisis is striking human beings under massive usage of energy. Since alternative energy sources have not been well established for large scale usage, it is crucial to determine suitable energy-saving countermeasures to reduce the level of energy consumption. Therefore, this thesis presents a design for the development of a wireless power monitoring system using an intelligent power outlet. The proposed system continually measures and records the energy consumption of electrical devices and transmits the data to a monitoring computer via a ZigBee wireless sensor. Commands are transmitted from the monitoring computer to the intelligent power outlet to control electrical devices. The functions of the proposed intelligent power outlet system include standby power management, current limiting, wireless turn on and off, power consumption monitoring, load waveform capturing, and plug-and-play capability. Users can set the function parameters using the interface software installed on the monitoring computer.
A simulation of the proposed system is developed to observe electrical device usage and verify the system feasibility. It is anticipated that measuring and recording energy consumption of electrical household devices may stimulate people’s energy conservation motivaiton. By using the functions above, this system can reduce carbon emissions and enhance the convenience of energy management.

摘　　要	II
Abstract	III
目　　錄	IV
圖 目 錄	VI
表 目 錄	IX
第一章　緒論	1
1.1	研究動機與背景	1
1.2	研究目的	4
1.3	論文架構	5
第二章　ZigBee無線網路與開發使用晶片簡介	7
2.1	ZigBee介紹	7
2.1.1	ZigBee技術簡介	7
2.1.2	ZigBee結構	8
2.2	PIC微控制器介紹	13
2.2.1	PIC微控制器的簡介	13
2.2.2	PIC微控制器的優點	15
2.3	電能量測晶片介紹	16
2.3.1	電能量測發展與重要性	16
2.3.2	電能量測晶片主要特性	17
第三章　系統硬體架構	19
3.1	系統架構	19
3.2	智慧型插座硬體架構	21
3.2.1	電能量測模組	23
3.2.2	電源啟閉模組	28
3.2.3	重置鍵	29
3.2.4	插座控制器	29
3.2.5	無線通訊模組	30
3.2.6	波形擷取模組	31
第四章 系統軟體架構與功能	33
4.1	ZigBee開發軟體設置	33
4.2	智慧型插座軟體	42
4.3	中央監控端軟體	47
4.4	系統架設	55
第五章　系統實做與測試	56
5.1	使用者操作介面	56
5.2	功能測試	59
5.3	模擬情境中的測試	63
5.4	硬體實體圖	66
第六章　結論與未來展望	67
6.1	結論	67
6.2	未來研究方向	68


圖 目 錄
圖 2.1 IEEE 802.15.4/ZigBee的ISO-OSI模式	9
圖 2.2 實體層的訊框結構	10
圖 2.3 網路層支援拓撲	12
圖 3.1 系統概念圖	19
圖 3.2 通訊架構圖	20
圖 3.3 系統架構圖	21
圖 3.4 智慧型插座硬體架構圖	22
圖 3.5 智慧型插座硬體方塊圖	23
圖 3.6  ADE7763周遭電路	24
圖 3.7 ADE7763內部結構	25
圖 3.8 電壓有效值計算流程	26
圖 3.9 電流有效值計算流程	27
圖 3.10 實功率計算流程	28
圖 3.11 電源啟閉模組電路	28
圖 3.12 重置鍵電路	29
圖 3.13 微控制器周邊介面	30
圖 3.14 Xbee內部結構	31
圖 3.15 電流訊號擷取電路	32
圖 4.1 本系統之網路拓撲結構	33
圖 4.2 X-CTU設置頁籤首頁	34
圖 4.3 XBee連接成功之彈跳視窗	35
圖 4.4 XBee Function Set設置	36
圖 4.5 XBee參數設置畫面	37
圖 4.6 XBee終端標籤頁面	38
圖 4.7 API指令模式封包傳送格式	38
圖 4.8 API指令模式封包接收格式	39
圖 4.9 API指令模式傳收封包測試	40
圖 4.10 Range test測試頁籤	41
圖 4.11 智慧型插座之軟體功能架構	42
圖 4.12 智慧型插座軟體流程圖	44
圖 4.13 重置鍵中斷副程式流程圖	45
圖 4.14中央監控端之軟體功能架構	48
圖 4.15 電能參數封包判別流程	50
圖 4.16新設備加入網路之流程	52
圖 4.17 待機電力管理程式流程圖	53
圖 4.18 迴路限流管理程式流程	54
圖 4.19 中央監控端軟體流程	54
圖 4.20 迴路限流管理示意圖	55
圖 5.1設定分頁	56
圖 5.2 插座分頁	57
圖 5.3 波形顯示視窗	58
圖 5.4 功能設定選單	59
圖 5.5 隨插即用功能實測	60
圖 5.6 待機電力管理功能實測	61
圖 5.7 定時啟閉功能實測	62
圖 5.8 迴路限流管理功能實測	62
圖 5.9 波形擷取實測	63
圖 5.10 客廳實測結果	64
圖 5.11 廚房實測結果	64
圖 5.12 浴室實測結果	65
圖 5.13 房間實測結果	65
圖 5.14 智慧型插座實體圖	66
圖 5.15 波形擷取模組實體圖	66

表 目 錄
表 2.1 無線規格的比較	8
表 2.2 實體設備類型	11
表 2.3 PIC系列單晶片分類比較	14

                                

[1] 世界能源統計年鑑2011，英國石油公司，2012年6月20日。
http://www.bp.com/liveassets/bp_internet/china/bpchina_chinese/STAGING/local_assets/downloads_pdfs/BPenergy2011.pdf
[2] 永續能源政策綱領，行政院經濟部，2008年6月5日。
http://www.moeaboe.gov.tw/Download/Policy/files/永續能源政策綱要.pdf
[3] 聯合國氣候變化框架公約，工業技術研究院能源與資源研究所，1998年8月。
http://www.tri.org.tw/unfccc/download/unfccc_c.pdf
[4] UNFCCC, Kyoto Protocol, The United Nations Framework Convention on Climate Change, English Conference of the Parties, Third session Kyoto, Dec. 1997.
[5] 電費折扣獎勵節能措施，台灣電力股份有限公司，2010年5月6日。
http://www.taipower.com.tw/TaipowerWeb/upload/files/11/main_3_6_8.pdf
[6] 全國火災次數、起火原因統計表，內政部消防署火災調查組，2012年6月19日。
http://www.nfa.gov.tw/main/List.aspx?ID=&MenuID=342
[7] D. Egan, “The Emergence of ZigBee in Building Automation and Industrial Control,” Journal of Computing & Control Engineering, Vol.16, No. 2, pp. 14-19, May 2005.
[8] Jinsoo Han, Haeryong Lee and Kwang-Roh Park, “Remote-Controllable and Energy-Saving Room Architecture Based on ZigBee Communication,” IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 55, No. 1, pp. 264-268, Feb. 2009.
[9] Khusvinder Gill, Shuang-Hua Yang, Fang Yao, and Xin Lu, “A ZigBee-based Home Automation System,” IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 55, No. 2, pp. 422-430,May 2009.
[10] Dae-Man Han and Jae-Hyun Lim, “Smart Home Energy Management System Using IEEE 802.15.4 and ZigBee,” IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 56, No. 3, pp. 1403-1410, Aug. 2010.
[11] Hyuntae Cho, Hyunsung Jang, and Yunju Baek, “Practical Localization System for Consumer Devices Using ZigBee Networks,” IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 56, No. 3, pp. 1562-1569, Aug. 2010.
[12] 鄭立，孫棣，葉明貴，ZigBee開發手冊，全華圖書股份有限公司，台北，2008年12月。
[13] 曾百由，微處理器原理與應用：組合語言與PIC 18為控制器，五南，2010年9月7日。
[14] 鍾富昭，PIC16CX單晶片微電腦，全華科技，1996年7月1日。
[15] 施慶隆，PIC16F87X微控制器原理實習與專題應用，全華圖書股份有限公司，2008。
[16] 洪正瑞，詳細解析PIC16F877原理與應用，台科大圖書股份有限公司，2009年4月。
[17] Chu Da Hua，電子式電能表，中國電力出版社，2009年4月1日。
[18] Jinsung Byun and Sehyun Park, “Development of as Self-adapting Intelligent System for Building Energy Saving and Context-aware Smart Servies,” IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 57, No. 1, pp. 90-98, Feb. 2011.
[19] Guangming Song, Fei Ding, Weijuan Zhang and Aiguo Song, “A Wireless Power Outlet System for Smart Homes,” IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 54, No. 4, pp.1688-1691, Nov. 2008.
[20] Chia-Hung Lien, Ying-Wen Bai and Ming-Bo Lin, “Remote-Controllable Power Outlet System for Home Power Management,” IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 53, No. 4, pp. 1634-1641, Nov. 2007.
[21] XBee/XBee-PRO RF Modules，Digi International，2009年9月23日。
http://www.scribd.com/doc/58685626/XBee-Datasheet
[22] Kun-Yung Fu, “A Plug-and-play Data Gathering System Using ZigBee-based Sensor Network Sensor Network,” Computers In Industry, Vol. 62, No. 7, pp. 719-728, Sep. 2011.

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