XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Актуальность

Интеллектуальная система управления устройствами безопасности и защиты жилища, или концепция «Умный дом» на сегодняшний день уже не является фантастикой. Мечты об автоматизации всех процессов, происходящих внутри квартиры, с каждым днем всё больше становятся реальностью. Говорить о полноценном искусственном интеллекте-дворецком пока еще рано, но первые шаги в этом направлении уже сделаны – созданы "умные" розетки с помощью которых можно дистанционно и бесконтактно управлять работой бытовых электроприборов, системы климат-контроля, которые самостоятельно регулируют температуру в доме («домашняя метеостанция») или Cuptime smart glass [1], способный передавать статистику выпитой жидкости на смартфон и запрашивать рекомендации по напоминанию пользователю о необходимости приема жидкости [2]. Таким образом, «умных» предметов становится все больше в повседневной жизни человека, однако, почти для каждого требуется электроэнергия, необходимость контроля и учета энергопотребления в каждом доме и каждого электроприбора в отдельности.

Общие сведения об учете энергопотребления в сети

Сегодня каждый человек знает, сколько вольт в розетке. Стандартное напряжение в отечественных бытовых электросетях 220 вольт (далее В), некоторых странах принят иной стандарт – 127В, 250В. Большинство современной техники рассчитано именно на такие показатели. Однако помимо напряжения при монтаже проводки необходимо учитывать предполагаемую мощность подключаемых потребителей.

Так на сегодняшний день в продаже представлены розетки 220 вольт с ограничением нагрузки 16 Ампер (далее А) и 25А, что предназначено для самых распространенных бытовых приборов. Нагрузка 16А позволяет безопасно подключать потребители мощностью до 3,5 киловатт (далее кВт). Для более мощной техники используют трехфазные сети с напряжением 380 В и соответствующие розетки 380 В (до 32А) [3]. Однако, чтобы узнать точное количество киловатт на один отдельный прибор, необходимо использовать ваттметр, который возможно подключать к каждой розетке и замерять количество мощности, потребляемой прибором, за нужное время.

Обзор товаров-аналогов

На рынке существует достаточно большой выбор «умных» розеток. Каждая из них отличается по таким техническим характеристикам как наличие беспроводного управления со смартфона, канал связи, мощностью нагрузки, габаритами и прочими характеристиками. Однако, известно, что с расширением функционала возрастает и цена.

В концепции «умной» розетки представленного проекта был сделан упор на улучшение аналогов «умных» розеток лидирующих производителей, таких как китайская компания Xiaomi Mi Smart Power Plug с габаритами 55 x 44 x 31 мм стоимостью 1290 рублей, которая рассчитана на управление питанием электроприборов мощностью до 2,5 кВт [4], российская компания RUBETEK RE-3301 с габаритами 51 х 71,9 мм и стоимостью 3199 рублей, рассчитанная на мощность 2,2 кВт [5]. В комплектации данных розеток связь между розеткой и смартфоном осуществляется по Wi-Fi, подсчет потребляемой электроэнергии осуществляется в приложении на смартфоне согласно данным полученным с микроконтроллера розетки.

На основании этих данных была сформулирована следующая задача проекта: спроектировать «умную» розетку отечественного производителя с наименьшими габаритами, с каналом связи Wi-Fi, подсчетом потребляемой мощности и индикации соответственно потребляемой мощности на корпусе розетки, а также снизить себестоимость розетки, программного обеспечения и обслуживания для повышения конкурентоспособности, и доступности потребителю любого уровня дохода.

Реализация

В результате интеллектуальной деятельности была спроектирована структурная схема, показанная на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема «умной» розетки

На схеме представлены следующие элементы: вилка и розетка, которые необходимы для соединения бытовой розетки и электроприбора, печатная плата с располагающимися на ней элементами. Техническое решение для каждого из элементов было выбрано следующее:

электромагнитное реле, необходимое для разрыва и замыкания цепи - SRD-05VDC-SL-C,

измеритель потребляемой мощности - STPM32, позволяющий обрабатывать аналоговые данные и передавать их в цифровом виде на микроконтроллер,

микроконтроллер (MCU) - ESP8266, использующий для передачи данных на смартфон Wi-Fi.

Специальное приложение на смартфоне обрабатывает полученные данные с MCU и в зависимости от пожеланий пользователя отправляет необходимые команды в «умную» розетку, а также ведет статистику потребления электроэнергии и предлагает наиболее экономичные решения по использованию конкретного электроприбора.

Таким образом, реализация данной схемы позволит контролировать расход электроэнергии в бытовых сетях. Схема является универсальной для подсоединения датчиков для измерения других параметров окружающей среды, в зависимости от запросов потребителя.

Перспективным является внедрение интеллектуальных систем в управлении «умными» розетками, например, включение/выключение какого-либо электроприбора при вхождении пользователем в домашнюю сеть Wi-Fi, или на срабатывании датчика движения после долгого перерыва в работе. Такие нововведения не требуют дополнительных технических средств, что позволяет расширить функционал розетки, не увеличивая ее себестоимость.

Список использованных источников

От умного стакана до умного дома — чудеса китайских стартапов// [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://habr.com/ru/company/madrobots/blog/237703/ - (Дата обращения: 14.02.2019)

What makes a Nest thermostat a Nest thermostat? // [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://nest.com/thermostats/ - (Дата обращения: 14.02.2019)

Трехфазные и однофазные цепи// [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://toolbuild.ru/elektrichestvo/skolko-amper-v-rozetke-i-skolko-volt-kakaya-sila-toka-i-napryazhenie-dlya-chego-ispolzuetsya-rozetka-trexfaznaya-i-odnofaznaya.html - (Дата обращения: 14.02.2019)

Умная Wi-Fi розетка Xiaomi Mi Smart Power Plug// [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru-mi.com/umnaya-wi-fi-rozetka-xiaomi-mi-smart-power-plug/reviews - (Дата обращения: 14.02.2019)

Умная Wi-Fi розетка RUBETEC// [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://rubetek.com/umnaja-wi-fi-rozetka-re-3301 - (Дата обращения: 14.02.2019)

Код для цитирования: Скопировать