以以 WSNWSN 模組設計節能應用模組與模組設計節能應用模組與智慧功率回報開關之研製智慧功率回報開關之研製

報告人員：郭政謙 博士

Implementation of Energy Saving Module and Intelligent Power Reporting

智慧節能產學研發方案智慧節能產學研發方案 1010

一、研究動機與目的二、文獻探討三、系統架構四、硬體架構五、軟體架構六、系統架設七、研究成果

大綱大綱

能源危機氣候變異電費折扣獎勵節能措施電器火災節能減碳電能監控安全防護

一、研究動機與目的一、研究動機與目的

二、文獻探討二、文獻探討 (1)(1)

IEEE規格 802.11b 802.15.1 802.15.4

技術名稱頻率 2.4GHz 2.4GHz 2.4GHz

通信距離 100公尺 10公尺 30~100公尺通信速度 11Mbps 1Mbps 250Kbps

網路容量 32節點 7節點 65,536節點電池壽命 幾小時 幾天 幾年

規格XBee XBee-PRO

性能室內距離 40公尺 90公尺室外距離 120公尺 1.6公里發送功率 2毫瓦 50毫瓦教據傳輸速率 250Kbps 250Kbps

電源電源 2.1-3.6伏 3.0-3.4伏發送電流 40毫安 (3.3 伏 ) 295毫安 (3.3 伏 )

接收電流 40毫安 (3.3 伏 ) 45毫安 (3.3 伏 )

睡眠電流 <1微安 <10微安通用 頻率 ISM 2.4 GHz ISM 2.4 GHz

尺寸大小 2.438mm×2.761mm 2.438mm×3.294mm

二、文獻探討二、文獻探討 (2)(2)

高傳輸率高精度多功能數據傳輸便利

二、文獻探討二、文獻探討 (3)(3)

三、系統架構三、系統架構 (1)(1)

三、系統架構三、系統架構 (2)(2)

無線傳輸單元 智慧插座單元

中央監控單元 無線傳輸單元

三、系統架構三、系統架構 (3)(3)

智慧型插座模組(採單晶片微處理器系統)

硬體模組

電源供應單元

漏電偵測單元

啟閉控制單元

重置單元

溫度感測器單元

中性線電壓偵測單元

軟體功能

微處理器單元

無線通訊單元

電能量測單元

四、硬體架構四、硬體架構 (1)(1)

四、硬體架構四、硬體架構 (2)(2)

AC 110V輸入

AC/DC電源轉換單元

無線通訊單元

輸出

DC/DC電源穩壓單元

微處理器單元

感測器單元

重置單元

LED指示單元

電能量測單元

啟閉控制單元

XBee無線傳輸模組

USB接頭

訊號強度指示燈

USB轉換晶片 3.3V穩壓

電源指示燈

接收指示燈

發送指示燈

四、硬體架構四、硬體架構 (3)(3)

四、硬體架構四、硬體架構 (4)(4)

中央顯示暨監控系統(採觸控電腦系統)

硬體模組 軟體功能

觸控電腦單元

無線通訊單元

電源穩壓單元

USB傳輸單元

四、硬體架構四、硬體架構 (4)(4)

無線通訊單元

觸控電腦單元

DC/DC電源穩壓單元

USB傳輸單元

協調器

終端設備

監控電腦

終端設備

終端設備

終端設備

USB連接

四、硬體架構四、硬體架構 (5)(5)

四、硬體架構四、硬體架構 (6)(6)

ADC

GPIO

AC

SPI電能偵測單元

GPIO

UART

直流電源轉換單元

GPIO

啟閉單元

微處理器

溫度感測單元

LED指示單元

重置單元

XBee單元

五、軟體架構五、軟體架構 (1)(1)

智慧型插座模組(採單晶片微處理器系統)

軟體功能硬體模組

電源重置功能

電能參數擷取功能

無線通訊功能

溫度安全保護功能

漏電斷電保護功能

啟閉控制功能

中性線過電壓保護功能

與中央顯示暨監控模組之通訊協定及執行功能

五、軟體架構五、軟體架構 (2)(2)AC 110V設備供電

重置單元

智慧型插座系統無線訊號接收

微處理器訊號判別

電能晶片參數截取

微處理器參數編程

無線訊號發送至中央監控暨監控

系統

溫度感測單元

微處理器溫度判別

溫度感測未過溫

溫度感測過溫

斷開供電功能

微處理器重置判別

重置啟動重置未啟動

啟動供電功能 啟閉單元控制

LED指示單元不動作或復歸

LED指示單元顯示紅燈

LED指示單元過溫顯示黃燈

LED指示單元漏電顯示綠燈

漏電偵測單元

微處理器漏電判別

漏電情況未發生

漏電情況發生

五、軟體架構五、軟體架構 (3)(3)

中央顯示暨監控系統(採觸控電腦系統)

軟體功能硬體模組

無線通訊功能

電能參數分析轉換

定時啟閉設定功能

電能使用狀態顯示

待機電力設定功能

遠端啟閉功能

與智慧型插座系統之通訊協定及執行功能

迴路安全保護功能

中央顯示暨監控系統無線訊號接收

待機功率檢測比對

迴路電壓檢測比對

訊號判別

啟閉控制

電壓未高於設定值

電壓高於設定值

開啟供電訊號

定時控制

中央顯示暨監控系統無線訊號發送

功率低於設定值

功率未低於設定值

倒數計時啟動

倒數計時中斷

電能參數

電能參數數值分析與計算

功率值 電壓值 電流值

啟閉狀態

電費估算頻率值

數值與狀態顯示

倒數計時完成

關閉供電訊號

手動控制

五、軟體架構五、軟體架構 (4)(4)

資料正確性判別

電能參數截取

智慧型插座系統中央顯示暨監控系統

功率值 電壓值 電流值 週期值

數據總位元數判別

起始碼判別FA 結束碼判別FB

數據數量判別0C

設備編號判別 啟閉狀態判別

計算並顯示於監控畫面

電能參數要求命令發送 電能參數要求命令接收

電能參數接收

正確

錯誤

下筆資料

電能參數發送

五、軟體架構五、軟體架構 (5)(5)

六、系統架設六、系統架設 (1)(1)

配電箱

配電箱

獨立分散架設監控

延長線使用監控

六、系統架設六、系統架設 (2)(2)

配電箱

配電箱

單迴路獨立監控

迴路過載保護監控

七、研究成果七、研究成果 (1)(1)

七、研究成果七、研究成果 (2)(2)

七、研究成果七、研究成果 (3)(3)

七、研究成果七、研究成果 (4)(4)

智慧型插座系統 vs數位電錶智慧插座系統最小誤差 智慧插座系統最大誤差 數位電錶最大誤差電壓 0.7% 2.2% 2.3%(標示值 )電流 0.07% 2.7% 4.4%(計算值 )功率 0.7% 2.2% 6.8%(計算值 )

市售電力省電監測器 vs數位電錶實際量測最小誤差 實際量測最大誤差 市售電力省電監測器最大誤差 (標示值 )

數位電錶最大誤差電壓 1.5% 2% 1% 2.3%(標示值 )電流 0.2% 1.7% 1% 4.4%(計算值 )功率 0.1% 3.5% 2% 6.8%(計算值 )

七、研究成果七、研究成果 (5)(5)

七、研究成果七、研究成果 (6)(6)

七、研究成果七、研究成果 (7)(7)

七、研究成果七、研究成果 (8)(8)

七、研究成果七、研究成果 (9)(9)

謝謝玲聽謝謝玲聽敬請指教敬請指教