“互联网 +”大学生创新创业计划书 “智能强电箱”设计方案团队名称： Charlotte创业团队指导教师：曹一鹏团队成员：戴旭文魏鑫磊张心语马春兰“智能强电箱”方案设计I 目录1 计划摘要 . 12 团队介绍 . 33 行业分析 . 44 产品介绍 . 74.1 强电箱 84.1.1 控制用高性能单片机. 8 4.1.2 PLC 调制解调器模块 . 13 4.1.3 智能电表 . 13 4.1.4 总断路器 . 15 4.1.5 防火、漏电保护开关. 18 4.1.6 分路断路器 . 18 4.1.7 网络连接线路 . 18 4.2 智能强电 APP . 194.2.1 远程控制开关功能. 20 4.2.2 实时功率反馈功能. 21 4.2.3 空插座查找功能. 22 4.2.4 自动监控统计家庭用电量功能. 23 4.3 智能插座 244.3.1 PLC 模块的概念 . 25 4.3.2 PLC 模块的原理 . 26 4.3.3 PLC 模块的优势 . 27 4.3.4 温湿度传感设计. 27 5 人员与组织结构 . 306 市场预测 . 317 营销策略 . 337.1 营销计划 337.2 定价战略 358 制造计划 . 36“智能强电箱”方案设计1 1 计划摘要当今社会，智能家居的触手已经伸向了家用电器的方方面面，从智能电视到智能台灯，从智能冰箱到智能电饭煲，智能化已经成为家居行业前进的方向。就目前来看，普通家庭都有一个强电箱和一个弱电箱，10 年以前，强电箱内是保险丝和开关， 弱电箱内是各种电话线， 电视线的接头， 而现在，随着智能化家居的出现，智能路由器开始作为家庭弱电的核心进入了千家万户，小米、 360、极路由都推出了他们自家非常有特色的路由器，它们在传统路由的基础上，增加了许多实用而又方便的功能，使大家的数字生活更加丰富多彩。但是反观强电箱，却很少有厂家涉及这个方面，我认为，这主要是由以下几个方面造成的，第一，在传统的观念里，强电箱都是深埋墙中的，只有在跳闸时才会考虑去摆弄一下，平时就藏在一个角落里，默默无闻，因此大家也就不会去重视它的智能与否。第二，强电箱中走的是220V 交流电，电压高，电流大， 配电箱中电磁环境复杂， 干扰情况较为常见，因此，半导体的工作稳定性要打折扣。第三，强电不同于弱电，路由器出现不稳定现象，重启一下便可正常工作，而强电箱的错误或者失灵会严重威胁居民的生命安全和财产安全，不能有失，这对强电箱的工作稳定性提出了更高的要求。为了配合智能强电箱的开发，于是同时要开发出这一款智能插座。放“智能强电箱”方案设计2 眼当今家居应用的插座，分为两种：第一，是固定在家里墙壁上的电源插口，这些是整个房屋的电力基础，也是在铺设房间电力通路的时候所必须固定的。第二，则是带有电力分配传输功能的插排。然而，这两种插座的唯一功能就是提供电源，除此之外，还带有了位置固定，长度限制，电力隐患等诸多缺点。如果，当网络信号可以控制插座的开断，则插座的电力隐患则可以相对应的解决。在本文所介绍的智能插座中，我们可以通过PLC 模块来分离搭载在强电箱中的网络信号来控制插座的开断电，这样我们非但可以让插座起到一个定时作用，同时还加载了远程操控。例如，你早晨上班前将米放在电饭锅中，打开开关。在晚上下班前半个小时，通过手机APP 的网络信号来控制插座中的PLC 模块，命令插座通电，当你回家便可以直接享受刚刚煮熟的米饭了。于此同时，该插座还搭载了温湿度传感器， 使得插座的使用更加安全，便捷，更富于人性化。我们所设想的 “ 互联网 +” 不仅仅只在弱电上智能，还要在强电上智能，弱电智能部分，市场已经形成，而由智能配电箱、智能插座和APP 相配合的智能强电，是我们创新的立足点。“智能强电箱”方案设计3 2 团队介绍创业团队： Charlotte 创业团队产品名称： Charlotte 智能强电箱套装Charlotte 创业团队由四名学生组成，我们分别是来自黑龙江省、江苏省、广西省和辽宁省。虽然我们来自五湖四海，但是我们都有着同一个梦想，为 Charlotte智能产品的成功贡献出自己的力量。在创业的过程中，为了让我们的能力能够最大限度的发挥，我们有合作，更有分工，具体分工如下。戴旭文：该同学电子设计功底扎实， 对网络传输、 单片机有一定研究，因此，他将负责强电箱的总体设计、智能电表的适配、PLC 模块的调试与整合。魏鑫磊：该同学一直坚持研究STM32 单片机程序的开发与移动端APP的开发，因此，她将负责 STM32 单片机程序编写及移动端APP 的开发与维护。张心语：该同学在大学生创业大赛中曾经设计并制作了智能插座，有很强的实战经验和强电操作经验，因此，他将负责智能插座的设计部分和整体强电线路的设计。马春兰：该同学在大学生创业大赛等比赛中多次负责电路的设计和制造，因此，她将负责外围整体电路的设计。“智能强电箱”方案设计4 3 行业分析随着互联网技术的发展和在人们生活上的大量应用，智能家居成为了人们一直停留在口头上的话题， 同时也将 “ 智能” 推上了生活家居的风口浪尖。那么首先，何为智能家居呢？智能家居 （英文：smart home, home automation ）的技术平台是住宅， 在整个住宅中运用综合布线技术， 各种网络通信技术，自动控制技术和音视频等技术，将整个家居环境构建称为一个互联互通的实时网络环境。同时由于近些年传感技术的不断发展，使得整个家居环境具有了自我感知功能，也就标志着可以实现真正的智能家居系统。当下，智能家居市场刚刚形成，各大科技公司，互联网巨头都在觊觎这块大大的蛋糕，但就目前的市场情况来看，谁都没有取得巨大的成功，一些公司率先推出的智能灯具、智能厨具虽然宣传的很火，但也都没有引起市场上巨大的波澜，我们认为，智能家居正在迎来黎明前的黑暗，现在缺少的就是一个能够将这些智能硬件统一起来的智能核心 智能强电，等到智能化的硬件触角触及家居的各个方面之后，智能硬件一定会如雨后春笋般萌发。在整个发展的初期，市面上根本没有插头插座这类产品，所以用电器与电源的连接方式就是原始的铰拧方式，用电器一旦连接上电源就很难移动位置，这样就给用户带来极大的不便，同时也给用户带来一定的用电安全隐患，对于那些非专业用户就极有可能产生触电事故。但是随着家用电“智能强电箱”方案设计5 器的快速发展和广泛普及，人们就迫切希望能有一款产品能方便地将用电器与电源连接，在这样的市场需求的促使下，原始的插头插座被发明，世界上的第一款接插件就这样诞生了。最初，原始的插头和插座在结构上比较简单，且尺寸和规格不够统一，在同一个国家的不同城市就可能会出现插头与插座不匹配的情况。为了解决这个问题，各国的权威机构开始制定插头插座的标准。跟随世界科技发展的潮流，我国也在1967 年制定了我国第一个关于插头插座的国家标准GB1002-67。统一标准的制定再一次促进了插头插座的发展。自此，在尺寸上遵循标准外观上各异的插头插座开始涌现。进入电气时代以来，家用电器得到了全面的发展。与此同时，插头和插座也开始慢慢融入人们的生活，它在整个电气时代扮演着极为重要的角色。自电器设备大众化以来，插头和插座在这漫长的岁月中得到了巨大发展，最初的用户需求只是停留在功能上，而后来，伴随人们对生活品质要求的提高、用电安全意识的增强，以及审美的提升，人们对插头和插座品质的需求也越来越高。按照使用环境分类可以将插座分为家用插座和工业用插座。就拿家用插座为例，为了搭配房间的色调和迎合用户的审美，插座被制造成各种外型和颜色。又如用在厨房和洗手间的插座，由于使用环境空气湿度较大， 所以对插头插座的防水性提出一定的要求，等等。但是，如今人们对插座有了新的要求，现有的各类型普通插座在功能上已经完全不能满足需求，功能新颖且智能的插座有着强大的市场需求。“智能强电箱”方案设计6 广义电力线通信（ Power Line Communication，简称 PLC）技术早在六十多年前就应用在输电线路上，用于发电厂及变电站的调度指挥通信。通常所说的 PLC 是指利用低压配电线路传输高速数据、语音、图象等多媒体业务信号的一种通信方式，主要应用于家庭Internet“宽带” 接入和家电智能化联网控制，即高速数据PLC。本设计构建了一套基于STM32F103 VET6 和 PLC 的智能插座系统， 该插座的优点是可以随意移动，适配所有家用电器，对不同的电器设备可以实现灵活的控制，从而给不同的电器设备赋予智能。管理员通过Android手机 APP 向远方 PLC 模块发送指令来控制与其相连接的电器设备，只要电器与插座相连，就可以实现远程控制电器的开启与关闭。它造价低廉，控制距离远，原理简单，而且可以整合房屋的弱电箱和强电箱，将它们合二为一，可以让电脑等一系列需要互联网通信的电器摆脱网线的束缚，让人们的生活告别满是网线的生活。同时，也可以解决了wifi 信号不稳定的问题，让人们的网路体验更加舒适。系统里面的 PLC 模块用于自动分离出强电信号中的网络信号以及控制器与管理员之间的远距离无线数据传输。控制指令由管理员使用Android手机下达，指令被PLC 模块接收后传送给STM32 控制器，由 STM32 控制器判断并做出相应的操作。STM32 控制器也可以控制PLC 模块通过 PLC模块向管理员发送各种状态信息，实现控制器与管理员之间的无线信息交互。“智能强电箱”方案设计7 4 产品介绍智能强电系统包括两个方面：智能硬件和配套软件；三个核心部件：智能强电箱、智能插座、手机端APP。系统示意图如图 4.1 所示。图 4.1 系统示意图智能强电系统不仅能通过APP 实现实时功率反馈，还能自动监控统计家庭用电量，过载报警功能，同时还具有所有插座的远程控制开关，空插座查找等功能。实时功率反馈让我们轻松发现家庭偷偷用电的大老虎与小苍蝇，苍蝇老虎要一起打，节约用电无小事。统计家庭用电量让我们对自己的用电量做到心中有数，通过与邻居、好友进行网上排行，鼓励和促进大家节约能源，节约用电。传统的配电箱的供电状态只有0 和 1，过载就跳闸，往往此时用户还在电脑等不能断电的设备上工作，突然的断电会造成“智能强电箱”方案设计8 巨大的损失，而智能强电箱能做到在功率超过负载警戒线时通过APP 或者蜂鸣器发出警报，提醒用户注意负载情况。很多用户都有这样的感觉，平时感觉插座很多，但要用时半天找不着插座，这时候，空插座查找功能是非常有用的。有孩子的家庭都知道，电，一直是悬在家长头上的达摩克利斯之剑，小孩子的手非常喜欢插到插座的眼里，虽然现在的插座都带有保护片，需要一定的力量才能顶开保护片，但是小孩顶开插座保护片而触电的悲剧依然时有发生，这时智能插座的插座远程开关功能就显得非常有必要，需要用这个插座时，一键打开，可以设置定时关闭或者拔出负载后立刻关闭，这样就能够保证孩子们的安全，让悲剧不再发生。4.1 强电箱强电箱主要由以下几个部分组成：4.1.1 控制用高性能单片机本模块主要采用基于STM32F103 的高性能单片机， 实现对整个系统的控制，同时，较一般的单片机，我们注重单片机的稳定性和抗干扰性，首先是在原料的选择上，我们选择意法半导体 (STMicroelectronics)生产的高性能单片机，从源头上减少单片机不稳定的问题，在设计层面，我们大量采用屏蔽罩、屏蔽网，在产品设计上尽最大可能保证单片机的稳定性，在制造总装层面，我们在关键零部件上，采用购买或者进口的方法，弥补我们制造工艺上的不足，在测试层面，我们采用严苛的条件测试，保证只有良品才能出厂，才能进入消费者手中。“智能强电箱”方案设计9 1) STM32F103 型 32位单片机的特点内核：ARM32 位 Cortex-M3 CPU，最高工作频率 72MHz，1.25DMIPS/MHz ，支持单周期乘法和硬件除法。存储器：片上集成32-512KB 的 Flash存储器。 6-64KB 的 SRAM 存储器。时钟、复位和电源管理：2.0-3.6V 的电源供电和 I/O 接口