一 任务
设计并制作一个根据电源线电流的电参量信息分析在用电器类别的装置。该装置具有学习和分析识别两种工作模式。在学习模式下，测试并存储用于识别各单件 电器的特征参量；在分析识别模式下，实时指示在用电器的类别。
二 要求
1. 基本要求
（1）电器电流范围 5mA ~10.0A，可包括但不限于以下电器：LED 灯泡和 220V灯带、节能灯管、USB 充电器（带负载）、无线路由器、机顶盒、电风扇、热水壶、电磁炉。
（2）自定可识别的电器种类，总数不低于 7，用序号表示。电流不大于 50mA的电器数不低于 5，包括一件自制电器，编号为 1~5；编号为 7 的电器电流大于 8A。
（3）随机增减在用电器，实时显示可识别电器是否在用和电源线上电流的特征 参量，响应时间不大于 2s。特征参量的种类、性质自定。
（4）用电阻，电容和二极管自制 1 号电器，其电流与 2 号电器相同但相位不同，且含有谐波，两者电流差小于 1mA。
2．发挥部分
（1）具有学习功能。清除作品存储的所有特征参量，重新测试并存储指定电器的特征参量。一种电器的学习时间不大于 1 分钟。
（2）随机增减在用电器，实时显示可识别电器是否在用和电源线上电流的特征参量，响应时间不大于 2s。
（3）提高识别电流相同，其他特性不同的电器的能力和大、小电流电器共用时识别小电流电器的能力。
（4）装置在分析识别模式下的工作电流不大于 15mA，可以选用无线传输到手机上显示的方式。
（5）其他
三 说明
图 1 中 A1 和 A2 分别用于测量装置电流和在用电器电流。测试基本要求的电器自带，并安全连接电源插头。不满足基本要求（2）对用电器电流的要求判为违规，不测试。交作品之前完成学习过程，赛区测试时直接演示基本要求的功能。
GPT-4o给出的设计方案：
一、 硬件设计
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用电器识别装置 (A1)
- 电流传感器: 采用精度较高的霍尔效应传感器，可以测量5mA到10A的电流范围。
- 微控制器: 选择具有高采样率和AD转换精度的微控制器，例如STM32系列。
- 通信模块: 使用蓝牙或WiFi模块，便于实时传输数据。
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电流互感器 (A2)
- 变压器设计: 用来测量当前通过的电流，并将其转换为可以处理的电流/电压信号。
- 保护电路: 增设过流保护装置，防止高电流损坏设备。
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独立开关及插排
- 配备独立开关的多孔插排，通过微控制器实时控制各孔电源的启停，以方便识别不同类别电器。
二、软件设计
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学习模式
- 数据采集与存储: 通过电流传感器采集不同电器的电流特征数据，储存在内置存储器或外部数据库中。
- 特征提取与标签: 对采集的原始电流数据进行滤波处理，提取特征值如峰值电流、平均电流等。
- 机器学习建模: 使用已标记的数据训练机器学习模型（如SVM、KNN等），实现对不同电器的分类识别。
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分析识别模式
- 实时监测: 在实时模式下捕获电流信号，经过滤波和特征提取后输入到训练好的模型中。
- 识别与显示: 根据模型的输出，实时识别当前连接的电器类型，并在显示屏上显示。
三、 操作流程
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初次使用
- 初始化系统，逐一连接不同类型负载电器到插排，进入学习模式录入电流特征数据。
- 保存特征数据后，进入分析识别模式。
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日常使用
- 插入电器后，系统自动开始实时电流监测并识别电器类型。
- 根据识别结果，判断电器是否为已知电器，并作出相应指示。
本题考察知识点
本设计旨在通过硬件和软件的结合，实现对多种电器的自动识别。通过电流传感器准确测量电流数据，利用微控制器执行数据处理和数据传输，从而实现对电器的分类和实时监测。核心在于特征提取、机器学习建模及实时识别算法的应用。
