电暖气 台式电脑 1600-2000 300-400 每小时1.6-2.0 每小时0.3-0.4 从上面的两个表中，我们可以看出从安全和节约用电的角度出发，家庭中可以每天24小时开着的也就只剩冰箱了。所以，当人们离开家的时候将除了冰箱之外的所有用电设备都关闭才是最安全最节约能源的状况，但是往往人们在离开家门的时候，由于种种原因忘记关闭部分家用电器，这就给家庭的安全带来了莫大的隐患而且也不节能环保。比如我原先的房子供暖不好，于是便在夜晚睡觉时使用了电褥子取暖。每天早上，爸爸都会特意提醒我关掉电褥子，拔掉插头，但有一次，爸爸走的匆忙，忘记了提醒我关掉电褥子，而我因为起床晚了，匆忙离家忘记了关闭。晚上回到家，我往床上一坐，哗！好热，我这才想起来忘记了关电源的事，好险，幸亏用的是低功率档，要不然还真不知道会发生什么样的事故。
2.3 安全电管家的设计路线
从前面的分析可以看出，当人们出门的时候除了冰箱之外的所有家用电器都关闭了才是最好的情况，所以我就以这个理想状况作为本次创新的出发点。
2.4 提出两种设计方案 2.4.1基于电流测量的检测方案
我在初中的时候学过基本的电路知识，知道家用电器工作的时候电路中会有电流流过，如图1所示。
火线 安培表 A 零线 家用电器 家用电器
图1 家用电器工作示意图
所以只要能检测出家庭里总的用电电流就可以计算出家用电器的总功率，再
根据总功率来判断家里面是否还有未关的电器。方案设计图如图2所示。这里利用电阻分压得到检测电压，然后和设定的基本功率对应的电压做比较，这样就可以适时的给出告警信号。
火线 电阻 零线 电压表 V 家用电器 家用电器
图2 电流检测方案设计图
但是，通过查询网络，并咨询我的指导老师后我发现这个方案存在两个问题。 第一，家用电器中有些家用电器的功率很大，比如热水器、电水壶、空调等，这就使得流过电阻的电流非常大，这么大的电流在电阻上会产生很大的热功率，形成一个很强的发热点，无疑这又形成了一个不安全的因素。
第二，由于家庭用电是交流电，所以对于有电动机的电器, 在正常工作时应该属于电感性负载, 除非机器本身设置了功率因数校正电路, 否则机器的功率因数都不会很高。这会导致对用电功率测量产生偏差。
因此，这个方案是行不通的。
2.4.2基于智能功率表的检测方案
如何才能真正的测量真实的用电功率呢？我查找了很多的资料。最后我咨询了我的指导老师，让他来帮我分析，我才明白，交流电的功率测量还是很复杂的事情。市面上有现成的功率表出售，而且还有信号输出功能，这样就可以直接利用功率表的输出信号来判断家用电器总功率是否超过基本功率。
我选用的功率表的型号是HB404智能功率表，其主要参数如表3。
表3 HB404智能功率表主要性能参数
HB404功率表主要功能 输入电压范围为0～400（AC） 输入电流分四档：0.1A，1A，2.5A，5A（电流可长时间过载四倍） 计量单位（W，KW） 小数点自动转换 具有数字滤波功能，有效滤除干扰 可实现报警输出，变送输出。 HB404功率表主要技术参数 测量精度：0.5级；变送输出精度0.5级 响应频率：30～400HZ 显示范围：-1999W～9999KW 超限显示：“EEEE” 工作电源：AC20～260V/DC20～360V/3W 工作温度：0～+50℃，相对湿度≤85%RH 继电器触点容量：AC250V/3A 继电器触点寿命：105 次 数码显示尺寸：0.56英寸 型号说明 HB404P（B）------有B为变送输出 HB404P（T）------有T为报警输出 HB404P（Z）------有Z为无报警输出
图3 HB404智能功率表外观
由于HB404智能电压表具有4~20mA电流变送功能，所以根据输出电流信号的大小，我就可以通过简单电路实现对家庭总用电功率进行检测了。
方案设计图如图4所示。
火线 零线 智能功率表 比较 输出报警 VCC 变送输出
取样电阻
图4 智能功率表的检测方案设计图
但是，冰箱的运行是时断时续的，如何解决这个问题呢？
冰箱运行时功率大约是150W左右，而待机状态则功率约为0W，所以，这里采用4个比较器电路形成报警区段，则可以有效的排除冰箱运行与否的干扰。
原理如图5 所示。
报警信号 报警 报警 a b c 图5 报警功率的控制
d 总功率
a、b、c、d四点分别由LM324的四个放大器构成的比较器控制。可以将家
用电器笼统的分成两部分，冰箱与其它电器。当家中用电总功率低于a点时，代表冰箱处于待机，且其它电器也没有打开，此时蜂鸣器不发声。因为部分电器存在待机状态，比如电视微波炉等，所以这里设置了一个最小的功率，以免误报警。当总功率超过a点小于b点时，代表冰箱处于待机，却有其他应当关闭的用电器依然开着，此时蜂鸣器发声，提醒人们家中关闭某些用电器。当总功率超过b点小于c点时，代表冰箱运转中消耗150W左右的电功率，却没有其他用电器工作，此时蜂鸣器不发声。当总功率超过d点时，代表着冰箱和其他用电器同时在工作，此时不产生警报，当然d点的电压通常对应着取样电阻能得到的最大电压。
2.5安全电管家的电路设计
在对电路进行设计的时候，我的指导老师建议我利用Proteus仿真软件进行仿真，等仿真不出现错误的时候再进行实际的电路制作。
Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。②支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。③提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。④具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。
图6是Proteus的运行界面。