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文献：A Wireless Power Outlet System for Smart Homes
译文：
智能家居的无线电源插座系统
摘要：
本文介绍了用于家庭自动化网络的无线可控电源插座系统的设计和实现。所提出的电源插座模块将ZigBee无线电集成到其架构中。它作为家庭自动化网络中的致动器节点用于远程控制操作，已经实现了遵循所提出架构的电源插座模块。还创建了用于验证电源插座模块的基本功能的简单家庭自动化网络的测试台。示范实验的结果表明，所提出的电源插座模块使得能够容易和灵活地控制具有很少基础设施的各种家用电器。它帮助我们更快地在家庭环境中添加更多的智能。
关键词：智能家居，家庭自动化，电源插座，无线传感器和执行器网络。
一、引言
随着智能家居变得越来越受欢迎，人们需要更多的家庭自动化设备来升级他们的生活空间和享受高科技的生活。他们希望为他们的房子装备更多的传感器和执行器，以实现最佳的方便性，安全性和娱乐性。当家庭环境变得更加聪明时，老年人也可以住在自己的房子里，以尽可能长时间保持独立性和隐私，并且不必太早进入养老院。
近年来，许多新的无线通信技术的快速发展已经导致家庭自动化装置的改造。无线传感器网络的实际应用是一个很好的例子。无线传感器网络的发展最初是由军事应用如战场监控。无线传感器网络现在用于许多其它应用领域，包括环境监测，保健，家庭自动化和交通控制。随着新发布的用于无线传感器网络的ZigBee标准现已经在使用，我们有更多的机会建立无线控制和监控应用，可以保证低成本，低功耗，大范围和高可靠性。
电源插座或电源插座可能是现代家庭中最常用的电气设备，智能家居无限插座这项工作得到中国自然科学基金资助，国家863项目，SEU教学研究基金会和中国江苏省研究生创新项目的支持。
如果我们想要构建家庭自动化系统，那些设备是提供电气连接甚至切换功能的必要模块。通过无线系统打开/关闭对接的电源插座的电力输送来控制家用电器不是一个新的想法。许多能够提供遥控功能的电源插座产品现在在商业市场上已经在使用。但应该注意的是，这些产品中的大多数只能支持点对点无线通信。每个电源插座必须配备有用于远程操作的遥控器。当您必须同时处理许多遥控器时，控制这些电源插座将非常不方便。
ZigBee技术已被用于建立家庭自动化网络以实现无线接入监测和控制应用。一些研究人员提出了一种基于ZigBee的通用遥控单元和一个ZigBee到IR转换模块，用于控制多个传统消费电子设备。很难与来自这么多供应商的不同IR代码兼容。由于成本和其他非技术原因，说服家用电器制造商将这些模块集成到其产品中也是非常困难的。在大多数情况下，我们只需要打开/关闭家电，让那些设备在那里工作。因此，将无线控制功能转移到电源插座是一个好主意。基于蓝牙的无线可控电源插座模块，由于蓝牙协议的限制，这种模块在形成大网状网络和双向数据通信方面将是低效的。向终端设备添加太多的其他通信接口也大大增加了系统复杂性和成本。因此，它将防碍在家庭环境中广泛部署这种类型的设备。
本文介绍了一种基于ZigBee的无线可控电源插座架构，用于构建家庭自动化网络，所提出的电源插座模块将ZigBee无线电集成到其架构中。它作为家庭自动化网络中的致动器节点用于远程控制操作。
二、控制概述
容易控制各种家用电器是智能家居的特点之一。为了实现这些遥控功能，我们通常需要在建造新房子期间添加控制线，并且必须
在安装室内装饰品之前完成。
电源插座装置提供了实现遥控功能的更灵活的方式。使用这些设备，您不再需要摧毁原来的室内装饰用于系统升级或维护。这些设备对于在原始建设期间没有安装家庭自动化基础设施的那些老房子更有用。如图1所示，提出的家庭自动化网络实际上是无线传感器和执行器网络的实际应用。家庭自动化网络由几个传感器节点，几个无线电源插座模块和基站组成。每个电源插座模块被设计为添加到家庭自动化网络的致动器节点。传感器节点和致动器节点被部署在家庭环境中，并且它们自主地形成多跳网状网络。基站可以向网状网络提供多个接口以用于本地用户交互和远程网络管理。
图1 家庭环境中的无线电源插座系统
三、无线电源插座模块
提出的电源插座系统的核心部件是无线电源插座模块，它在实现家用电器的灵活控制方面起着重要作用，它被设计成执行遥控功能的致动器节点。图。图2示出了所提出的电源插座模块的结构分解。它由一个ZigBee组成符合标准的射频收发器，主板和电源变压器，所有这些都安装在塑料外壳中。射频收发器通过扩展连接器与主板连接。它工作在2.4 GHz频带，并与范围内的其他节点建立无线通信信道。主板使用低成本MCU来实现控制逻辑和特定芯片来驱动继电器，电源插座模块的原型如图3所示，该原型的尺寸为196mmtimes;163mmtimes;60mm，它有六个插座，每个都可以单独控制。
图2 电源插座模块的结构分解图 图3 无线电源插座模块的原型
如图4示出了所提出的电源插座模块的软件控制流程。它首先需要在上电后在其邻域中搜索其他工作节点。它通过监听周围的无线电流量来建立邻居表。然后电源插座模块根据它们之间的通信能量成本从邻居表中选择一个节点作为其父节点。邻居将选择具有最低通信能量成本的节点作为父节点，路由消息也将在整个网络中周期性地广播以告知其他节点父节点的信息。当这些动作完成时，电源插座模块将成功加入归属网络并开始发送或接收数据包，当接收到消息时，电源插座模块首先通过分析包头来判断它是命令消息还是路由消息。路由消息将直接发送到发送缓冲区，用于其下一个目的地。命令消息将被进一步解析以获得特定的操作命令。
图4 电源插座模块的控制流量图
四、实现系统
A.测试台参数设置
在我们的实验室中创建了一个用于验证所提出的电源插座模块的基本功能的简单家庭自动化网络系统的测试台。如图5所示，测试台包括电源插座模块，热释电红外传感器模块，基站，手持终端和一些使用AC电源的一般家用电器。电源插座模块，PIR传感器模块和基站通过遵循ZigBee协议无线地彼此通信。诸如Pocket PC和智能电话的手持式设备可以用作用于控制家庭网络系统的便携式用户终端。终端通过与基站建立蓝牙连接与家庭网络中的节点通信。用户可以通过使用这些移动终端来方便地控制家庭纽交所中的每个设备。
如图6示出了在不同移动终端上运行的电源插座系统的图形用户界面。我们分别在Pocket PC和智能手机上设计了GUI，以满足各种终端用户的需求。Pocket PC具有更快的处理器和更大的触摸屏。所以我们可以实现更友好的用户交互。智能手机没有触摸屏，但只需一只手按下摇杆按钮和键盘即可灵活操作。GUI显示每个电源插座和PIR传感器模块的当前状态。如果我们要打开或关闭其中一个插座，请从列表中选择相应的项目并按下它，该命令将被发送到电源插座模块。
图5 家庭自动化网络系统测试台 图6 智能终端
B.示范实验
为了测试无线电源插座模块的功能，已经在试验台上设计和执行了主动照明实验。实验过程如图7所示。PIR传感器模块放置在桌子的边缘，以监视通过走廊的任何人。电源插座模块和基站放置在桌子的角上。当PIR传感器模块检测到人体存在时，它将立即向基站向上发送状态改变信息。基站然后将向下发送命令到电源插座模块，以在人进入下一个区域之前打开灯和电风扇。这是一个具有预定义例程的全自动过程。我们也可以使用手机端子以手动控制该过程。它在日常家庭生活中非常有用，当我们在夜间从一个房间移动到另一个房间。如果有更多的PIR传感器模块和更多的电源插座模块可用，我们可以设计更智能的算法，以预测下一个目的地。
图7 主动照明实验图
五、结论
我们提出了一个用于家用电器遥控的无线电源插座系统。所提出的电源插座模块具有网状网络功能，通过在其架构中添加ZigBee无线电模块。然后可以通过将电源插座模块与其他传感器节点一起部署到家庭环境中来形成传感器和致动器网络。电源插座模块的基本功能已通过在测试台上执行主动照明实验进行测试。实验结果表明，所提出的电源插座模块能够成功实现对基础设施较少的各种家用电器的遥控，它为构建和部署家庭自动化网络提供了更快，更灵活的方法。
文献：Intelligent DC Power Monitoring System and Sensor
译文：
基于ZigBee的智能直流电压监控系统和传感器网络
摘要
为了适应未来直流微电网的发展趋势，本文提出了关于智能家庭的智能直流电源监控系统和传感器网络。该系统主要由直流智能插座，传感器，家庭网关，云服务器和远程监控等设备组成。根据物联网(IOT)的要求，所有设备都通过无线协议（如Zigbee，WiFi和3G / 4G移动通信）连接，以最大限度地提高灵活性并方便用户安装。所有设备的功耗、实时视频流和环境感测等数据都可以通过智能手机，平板或计算机远程访问，以确保用户家庭的安全和舒适。若传感器感测到的任何不规则状况都会发出警报，同时提供家用电器的详细报告和统计信息，以帮助用户重新调整设备以降低电费，所提出的系统报告及信息是用开源软件免费实现的，从而最小化总成本。
关键词：智能家居，智能插座，传感器网络，无线通信技术，电源监控，智能控制和物联网
一、引言
随着自然资源越用越少，人们越来越多的使用绿色能源来减少电力浪费。一种方式是增强设备功率利用效率。此外，另一个简单的解决方案是根据实际需求用户正确分配其能源消耗，从而增加智能电网的可持续性，以及降低总体运营成本和碳排放。现存的电力基础设施建于100多年前，是不安全和低效的。今天的大多数电气负载，如照明，可调速电机，无刷直流电机，计算和通信设备，都更适合直流电源。此外，大多数分布式可再生能源发电机（DREG）产生直流电压。因此，DC电力具有高穿透性，并有分布式连接的太阳能PV和其他DREG兼容性的巨大潜力。通过用直流配电系统代替基于逆变器的太阳能光伏的方法，可以节约10％以上的能量。
为完善交流系统还开发了一个集成的电源监控系统。为使系统更加高效，适应未来的市场发展趋势，本文提出了一种全新的直流电源监控系统以及传感器网络，整个系统的框图如图1所示。这种系统不仅重建所有设备以支持直流电源并提高其性能，而且还集成更多的传感器和智能设备，以提高用户住宅或建筑物的智能，舒适性和安全性。通过必要的转换器/逆变器的帮助，所有电源可以转换为所有设备的直流，以利用直流微电网的优势。为了实现家庭能源管理系统（HEMS），具有控制/监视能力的网络电器和家庭网络不需要重新布线。此外，在所提出的系统中不再使用有线协议来简化整体通信结构，所有设备在线并通过Zigbee，Wi-Fi和3G / 4G移动通信连接，以适应未来的物联网（IOT）结构。使用移动设备而不是嵌入式系统作为家庭网关，将所有智能插座和智能传感器链接到云数据库，然后不仅可以在线访问所有信息，而且在必要时可以远程控制所有设备。
图1 系统框图
所提出的系统的细节在第二部分中讨论。实验结果在第三部分揭示，最后结论在第四部分。
二、提出结构
A.系统架构
所有家用电器通过智能插座连接到电网，该智能插座感测到实时的电压和电流以计算消耗的功率。此外，在输入和输出端口之间插入开关，以在出于安全考虑的过载或过温的情况下断开电源。另外，在建筑物中将发出警报，并且警告消息将通过无线通信被递送给相应的用户，以防止发生任何不安全的情况。用户还可以远程访问所有设备和传感器。他们可以打开和关闭所有的家用电器。甚至，可以预先安排电器的使用以实现电力或节约成本。此外，可以控制光的调光和颜色，以创建更好的生活氛围和欺骗可能的入侵者。所有关于功耗，温度和湿度的实时信息将无线传输并存储在云服务器中。详细统计数据还可以由云数据库提供，以向用户显示建筑物内的功耗模式和温度/湿度变化。根据峰值和非峰值时间的不同电费，用户可以通过设备使用重新计划轻松降低电费的成本。空调器可以在用户到达家庭之前打开以实现更舒适的生活环境，并在办公时间自动关闭以节省电力。可以根据测量的温度和湿度进一步优化家用电器的操作模式。
对于设备到网关的传输，Zigbee由于其节点容量大，成本低和功耗低被采用，每个块的细节将在以下小节中说明。
B.智能插座和传感器
智能插座的原理图如图2所示，智能插座采用基于8051芯片系统（SoC）解决方案。CC2530作为智能插座的核心，它配备了IEEE802.15.4用于Zigbee，RF4CE应用和低功率无线传感器网络的RF收发器，它需要非常少的外部部件，并且可以以非常低的总材料成本构建。此外，它具有各种操作模式，适用于具有超低功耗的系统。
对于功率监控，使用具有I 2 C或SMBUS兼容接口的电流分流TI INA226 ，它监测分流电压降，总线电源电压，并能够直接读出以安培为单位的电流和以瓦特为单位的功率。
在插座的电力传输路径中插入开关以在不正常情况发生时关闭连接的家用电器。它还可以被设置为打开或关闭以减少不必要的功率消耗和当没有用户在家时的电火花或短路的风险。对于环境感测，采用了Aosong DHT11数字温湿度传感器。空调和除湿器的操作可以相应地被编程，以适当地控制室温和湿度，为用户提供最舒适的感觉。室内照度由光敏电阻测量，并且光可以相应地调暗以提供更好的照明和更节能。用户还可以通过移动设备的图形用户界面（GUI）来调整光的颜色，以实现更好的生活氛围。
图2 智能插座的原理图
智能插座长6.6厘米宽3.5厘米高1.8厘米，足够小，可嵌入到墙上的常规插座。插座的全部功率消耗低至29.35mW，这与被监视的家
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