会感应的电器 节能远程监控装置
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会感应的电器 节能远程监控装置 发布于:2023/04/13
    创意由来:
  一天,我们在上学路上看到几辆消防车奔驰而过。后来,听说是某个小区电器起火,发生了火灾。回想起在电视上看到的火灾发生时的惨烈场面,我们都感到害怕。
  以前,我们出门时经常忘记关电器,不仅浪费了宝贵的电能,还存在火灾隐患。现在出门前,我们都会仔仔细细地把家里的电器检查一遍,一旦发现还有电器在运行,就会立即关掉。但是,家里的电器太多了,每次检查都要花费很长时间。有几次因为这个事情,我们上学还迟到了。所以,我们决定发明能远程监控电器的装置。
  设计过程:
  1.初次设计
  Arduino电路板是适合小学生编程的开源电子平台,它就像一台小型电脑,与不同的模块连接,通过程序控制可以完成各种任务。在家长的辅导下,我们学习了编程知识,为设计做准备。
  电流大小表示电器用电的多少。我们选取一个测量电路电流的感应线圈和一个显示电流值的LCD显示模块,将它们与Arduino电路板连接,其中,Arduino电路板在装置的中央,感应线圈和LCD显示模块在Arduino电路板的同一侧,如图1。
  接下来,我们验证利用电磁感应原理测量电器电流是否可行。我们将感应线圈套在电器电线上,打开电路开关,LCD显示屏上却没有读数。这是怎么回事呢?我们请教科学老师,科学老师给我们讲解了电磁感应的基本原理。原来是连接方式不对,电缆里有两根或者三根电线,不同电线产生的磁场会相互抵消。之后,我们将感应线圈套在其中一根电线上,LCD显示屏上出现了正确的数值。初步试验取得了成功,我们感觉很不错,兴奋地给大家演示。
  2.改进装置
  有的人不太明白LCD显示屏上的数字表示什么。要不改进电路的显示方式,使其更直观,方便更多人理解?于是,我们在装置中安装了红、黄、绿灯,LED图标,蜂鸣器,语音播报模块,如图2,可增强显示功能,并实现报警和语音播报功能。其中,红、黄、绿灯被安装在Arduino电路板的一侧,蜂鸣器、语音播报模块和LED图标被安装在Arduino电路板的另一侧。如果测量的电流过大,电器节能远程监控装置的红灯会亮起,并发出警报声。
  3.进一步完善
  电器节能远程监控装置的功能更强大了,也更方便使用了,于是我们再次给大家演示。有人提出,除了监控电器的状态,针对电器存在的火灾隐患,电器节能远程监控装置能不能发挥作用?
  这个提议不错,我们决定试试。我们思索了很久,想到火灾发生时电器温度会升高,产生有害的浓烟,可以利用温湿度采集模块和小风扇模块帮助确认火灾和驱散烟雾。于是,我们将温湿度采集模块、小风扇模块与Arduino电路板连接。在科学老师和家长的指导下,我们还安装了按键、点阵显示模块和Wi-Fi通信模块等,并给Wi-Fi通信模块编写了程序,可以将温度、湿度、电流等信息及时发送到手机上。
  试用作品:
  科学老师建议我们试用电器节能远程监控装置,具体过程可按照编写的程序进行。
  第一步,使用感应线圈采集电器电流。第二步,通过采集的电流判断能耗,根据能耗小、中、大,分别点亮绿灯、黄灯、红灯。如果能耗为中,小风扇还会转动;能耗为大,蜂鸣器会鸣叫报警,语音播报电流值。第三步,按按鍵:按一下按键,点阵根据能耗判断显示图形,LCD显示屏显示电流值;按两下按键,Wi-Fi通信模块会将所有信息发送到手机上。
  我们接受了建议,将电器节能远程监控装置的感应线圈套在电灯、电脑、微波炉和空调等电器的电源线上,测量了它们在工作和待机时的电流,数值见表1。
  不同的电器的耗电量存在差别。工作时,微波炉和空调的耗电量比较大,台灯和手机的耗电量比较小。在待机时,有一些家用电器尤其是电视机的耗电量也很大。为了预防火灾、节约能源,大家要记得及时关闭电器。
  创新点:
  在不损坏电器的前提下,电器节能远程监控装置能方便快捷地测量家用电器的电流,同时将测量数据通过Wi-Fi通信模块上传到手机上,实现电器远程监控,避免电能浪费,防止火灾发生。
  这个作品的设计为各种环境下监控电器用电提供了一种简便、易行、灵活和易扩充的实现方案。作品方案虽然是针对家用电器来设计和测试的,但也适用于监控其他电器。
  进一步完善的设想:
  目前,电路系统是用积木搭建的,之后我们会考虑将它做成小型化电路,配备在所有电器的电路中。将所有的电器联网,通过手机App进行远程监控并同步所有信息。
  指导老师  谢文佳 张佳亿
  老师推荐:
  作者从生活细节入手,发现家用电器待机时的耗电量不容小觑,而且容易引发火灾,进而思考远程监控的必要性和可行性,并用积木搭建了完整的监控电路,通过无线网络连接手机进行监控,表现出很强的探究能力和动手能力。作品的灵感来源于生活,反过来服务生活,具有推广价值。作者:赵知恒 杜孟娇 来源:发明与创新·小学生
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