智能家居电能传感器 应大数据而生

2015-12-01 20:25:06来源: ofweek
    电能传感器(Electric Energy Sensor),是指可以测量电器的功率、电流、电压、电量等参数,对电特性进行感知的模块,可以监测电器的真实运行状态。随着智能家居的发展,电能传感器会发展为一种标准品嵌入到智能家电中,后续还会具备电器状态指示、自我学习等功能。

  那么,该如何理解电能传感器之于智能家居与大数据的重要性呢?

  一、 从智能家居的发展历程说起

  随着各云平台的发布(如云栖大会上发布的阿里云)和五中全会上将大数据上升为国家战略,这些迹象都表明大数据技术(DT)时代即将到来,各大企业都在摩拳擦掌,要在DT时代成为弄潮者。智能家居是应物联网而生的庞大应用场合,随着大数据的发展,物联网系统需要各种各样的数据来支持智能家居的智能化。智能家电作为智能家电主体,不同的家电要求输出温湿度、或光线、或气体等传感数据,但所有家电最基本的数据是电能数据,因此电能传感器是当前获得电能数据的手段及未来的趋势。

  值得一提的是,目前来说我国在电能传感器领域真正深入的企业并不多,而合力为科技是为数不多较早涉入且专注于此领域的公司之一,其推出或即将推出的传感器解决方案非常具备代表性和借鉴意义,本文会在后面详细分析。

  关于为什么需要这些传感器,首先要从智能家居说起。智能家居的发展分为三阶段:

  第一阶段:使用移动终端进行远程控制。此阶段,实现家电的控制主要依靠人为干涉,是一个开环系统,能远程控制,但不能获得家电的自身数据,不能自动控制等。

  第二阶段:智能家电加入传感器,可以感觉环境及自身的状况。如光线、温湿度、空气质量、家电自身工作状态,数据上传到云平台,平台根据用户设置的条件自动触发控制。此阶段数据的流向可以形成一个闭环,但云平台还不够“智慧”,不能自我学习。

  第三阶段:智能家电系统拥有“大脑”,具有思考能力、学习能力。云平台收集智能家电反馈回来的数据,随着采集到的数据越来越大,大数据分析技术的提高,云平台可以学习用户的使用习惯,“思考”用户在相应时空下的需求,进行自动控制。家电制造商可以分析不同区域用户使用喜好,设计更加多元化、更适合的产品。

  现在智能家居发展处于第二阶段,随着各类云平台的发展,大数据提升到国家策略,大数据价值不断被挖掘,智能家居现正加速向第三阶段发展,若没有传感器,智能家居将止步第一阶段。

  二、电能传感器在智能家电中的应用

  智能家电身穿许多传感器,电能传感器是智能家电最基本的传感器之一,它能检测智能家电运行的电气数据,如功率、电压、电流、电量、功率因素等,云平台通过这些数据可以监测智能家电运行真实状态。

  (1) 电能传感器应用实例

  ·家电处于待机时,电流、功率值很低,云平台自动执行节能操作;

  ·家电工作正常时,功率、电流、电压等参数处于正常范围之内;

  ·家电出故障时,功率、电压、电流不匹配,云平台提醒用户,通知维修人员上门服务;

  ·家电超负荷工作时,功率、电流参数超出正常工作范围,云平台自动关闭家电。

  云平台收集电能数据,可以通过数据分析,智能执行自动节能、安全用电、故障排查等操作;家电制造商拿到数据,进行相关的数据分析,可以监测产品故障率、维修情况、耗电量、用户使用喜好,监控产品质量问题,分析潜在市场需求;政府部门拿到数据,可以分析各种家电的能源消耗量,协助制定相关的政策,监督各品牌的产品质量等。

  (2)电能传感器结构介绍

  电能测量的主流方法是使用专业电能计量芯片,芯片内部包含高精度ADC、滤波器、陷波,集成专业的电能计量算法,对采样信号进行处理,通过接口输出电流、电压、功率等数据。电能传感器主要包含:电能计量芯片、采样电路、工作电源、隔离电路、单片机(可选)。

  电能传感器工作原理:采样电路对电流、电压信号进行采样;电能计量芯片将信号转化为数字信号,内部计算功率值、电压值、电流值等;单片机对电能计量芯片的输出进行读取,并对电能参数进行初始处理;再通过隔离电路与外部的控制器进行通讯,将电能参数传送到主控制器中。电能传感器的关键器件是电能计量芯片,负责将家电用电模拟信息转化为数字信息。电能计量芯片决定电能传感器的关键参数,如测量参数、精度、体积等。

  (3)电能传感器对电能计量芯片有哪些要求?

  智能家电功能模块越来越多,预留空间越来越小,电能传感器应具备体积小、外围电路简单、接口简单的特点;电能传感器传输数据要达到有效价值,必须要求能够测量多种参数(功率、电流、电压、电量),精度较高。作为关键器件的电能计量芯片,有如下要求:

  ·体积小,外围电路简单。电能计量部分占PCB板很大一部分,电能计量芯片体积小、外围电路简单是非常重要,可以减少PCB板面积,降低传感器的故障率;

  ·接口简单。部分家电主控制器预留的接口资源不多,简单的接口更容易进行通讯。若电能传感器带单片机,简单的芯片接口,设计者可以选择更具性价比的单片机;

  ·可测量多种参数,功率、电流、电压、电量。电能计量芯片若能测量这些参数,电能传感器提供的数据才有前文提到的用途,否则这些数据的价值会大打折扣;

  ·校准方便。由于采样电路存在比较大的误差,尤其是电流采样电阻,所以电能计量类产品都需要进行校准,才能达到满意的精度。考虑到成本问题,电能传感器中若不带单片机,校准时必须与主控制板连接之后进行整机校准,增加了生产的步骤及复杂度,也会一定程度上降低生产效率。

  针对电能传感器的要求,这里选择一款在智能插座方面用得比较多的电能计量芯片(HLW8012)作为一个参考。HLW8012是合力为科技的电能计量芯片,专门应用于智能家居、智能路灯、充电桩等场合,已有许多知名厂家用在智能家居方面,可以测量有功功率、电量、电压有效值、电流有效值,SOP8封装,体积比较小,外围电路简单,接口1~3线。有功功率,在1000:1范围内达到±0.3%的精度;电流或电压有效值,在500:1范围内达到±0.5%的精度,完全满足现在的需求。

  (4)电能计量芯片HLW8012应用于电能传感器

  下图是电能计量芯片HLW8012应用原理图。

  HLW8012特点归纳如下:

  ·HLW8012外围电路简单,主要包括电流、电压的采样。电流信号通过锰铜电阻对负载电流进行采样,电压信号通过电阻网络分压采样,元器件少,且HLW8012集成RC震荡器、参考电压,SOP8封装,电能计量部分体积可以很小。

  ·HLW8012将功率、电压、电流、电量等数据通过CF、CF1脚以脉冲的方式输出。具有完整的电能参数。

  ·CF脚输出脉冲频率大小即表示有功功率值,CF输出脉冲个数表示电量。CF1输出脉冲频率表示电压有效值/电流有效值。MCU与HLW8012的接口如下表:

  用户可以根据测量参数实际需求选择不同的接口方式。

  合力为科技专注于智能家居的电能测量方案,有很丰富的经验,可以针对不同客户的实际情况,提出不同的校准方案,降低产品的校准复杂度。后续会有针对性提高校准方便性的解决方案,甚至推出更智能化的电能传感器解决方案。

  三、展望

  物联网的发展对大数据的需求越来越大。智能家电必然是集各类传感器于一身,而电能传感器作为最基本的传感器,也将会变成一种标准品,更趋于体积小型化、接口简单化、多功能化、智能化。作为电能传感器的关键器件,电能计量芯片将会体积更小、功能更强、精度更高、集成度更高,并具有简单自我学习能力。

关键字:智能家居  电能传感器  大数据

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2015/1201/article_9097.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
智能家居
电能传感器
大数据

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 视频监控 智能卡 防盗报警 智能管理 处理器 传感器 其他技术 综合资讯 安防论坛

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved