学生公寓电量监控系统的设计和实现 电气工程管理专业.docx

摘要随着信息技术的发展与快速应用，用电管理也快速步入了信息化的轨道。为弥补现有公寓用电管理系统在功能上、结构上的缺陷，着重考虑用电管理系统在安全监控等功能以及系统结构上的改进，强化系统终端功能。本文分析国内宿舍集体用电管理的发展趋势，结合现有条件，针对目前宿舍供电网络中自动化水平低，故障率高等现状而设计。提出一种智能电网下的宿舍用电监控解决方案。该系统以单片机AT89S52为控制核心,把得到的数字量送入单片机进行数据处理，然后通过1.CD液晶显示电压和电流，功率等的实时值。集成了SPl串行总线和模拟、数字功能模块,简化了外围电路设计。能够实现对电网运行状态实时监测、远程控制高压熔断器的断开与闭合、电能计量以及对历史用电状况进行分析等。与传统设计相比，系统避免了布线的烦恼，使宿舍看起来更加整洁干净。同时模块化的设计，系统的维护更加方便，扩展性加强，适用于管理集体化的宿舍。关键词：安全用电；单片机；用电监控AbstractWiththedevelopmentandrapidapplicationofinformationtechnology,powermanagementhasalsosteppedintotheinformationtrackrapidly.Inordertomakeupforthefunctionalandstructuraldefectsofthecurrentapartmentelectricmanagementsystem,itemphasizestheimprovementofthepowermanagementsysteminsecuritymonitoringandsoonandthestructureofthesystem,andstrengthenstheterminalfunctionofthesystem.Thispaperanalyzesthedevelopmenttrendofcollectiveelectricitymanagementindomesticdormitories,andcombinestheexistingconditionstodesignthecurrentsituationoflowautomationlevelandhighfailurerateinthecurrentdormitorypowersupplynetwork.Amonitoringsolutionfordormitorypowerconsumptionundersmartgridisproposed.ThesystemtakestheMCUAT89S52asthecontrolcore,andsendsthedigitalamounttothesinglechipcomputerfordataprocessing,andthendisplaystherealtimevalueofthevoltageandcurrent,thepowerandsoonthroughthe1.CDliquidcrystal.SPIserialbusandanaloganddigitalfunctionmodulesareintegrated,whichsimplifiesthedesignofperipheralcircuits.Itcanrealizereal-timemonitoringoftheoperationstateofthepowergrid,remotecontrolthedisconnectionandclosureofhighvoltagefuse,electricenergymeasurementandtheanalysisofthehistoricalelectricityuse.Comparedwithtraditionaldesign,thesystemavoidsthetroubleofwiringandmakesthedormitorieslookmoreneatandclean.Atthesametime,modulardesign,systemmaintenanceismoreconvenient,expansibilityisenhanced,andissuitableformanagingcollectivizeddormitories.Keywords:safepowerconsumption，singlechipmicrocomputer,powerconsumptionmonitoring.摘要IAbstractII第一章前言11.1 研究背景11.2 研究意义11.3 智能用电系统的总体方案1第二章电量监控系统的硬件设计12.1 硬件电路12.1.1 单片机最小系统模块12.1.3 开关量输入、输出部分22.1.4 复位电路32.1.5 时钟脉冲32.1.6 中断系统42.1.7 存储电路42.2 硬件外围电路的实现52.2.1 键盘电路的设计52.2.2 显示电路设计62.2.3 电源模块72.2.4 蜂鸣器驱动模块72.2.5 测温电路82.3 测量电路设计92.3.1 功率/电能测量电路92.3.2 电压测量电路10233电流测量电路102.4 系统外部通讯模块102.4.1 RS-485通信总线102.4.2 串行通信电路设计11第三章电量监控系统软件设计分析123.1 软件处理程序设计123.1.1 C语言介绍123.1.2 主流程设计123.2 其他功能实现子程序133.2.1 报警程序设计133.2.2 显示模块143.2.3 中断程序14334测温子程序153.3.5电力信号检测处理程序163.3上位机管理软件以及监测实现173.3.1 监控中心主要功能183.3.2 监控中心软件的选择18第四章系统功能测试194.1 测试方法194.2 测试过程19第五章总结与展望215.1 结论215.2 展望21参考文献22附录24致谢错误!未定义书签。第一章前言1.1 研究背景随着生活水平不断提高，人们对生活环境提出了更高的要求，学生用电也出现了多样性的需求。首先体现在用电器的数量和用电功率上的增加。部分学校为了保证用电的安全、降低管理成本，采取限时用电的方法。但是这种方法却无法检测并限制学生通过变压插排使用大功率电气设备，宿舍隐患仍然存在。现有系统存在诸多不足：计量精度低、交互性弱，尤其现有系统对安全用电严重缺乏监控能力，除功能上需改进外，现有用电管理系统在结构设计上也有待改进，其集中式机柜安装布线成本高，施工复杂。基于此，为了更好地限制宿舍大功率电气的使用，设计了一种采用限制功率方法的多功能用电监控系统，除了可以限制大功率设备外，还具有电能计量、无线抄表、电压显示等功能，同时兼有时钟显示、火灾报警等辅助功能。鉴于以上原因，开发一套兼顾监测电网和远程智能控制的系统，此系统能够应用于人口密集住宿上，结合最新的通讯、图形显示技术，搭建一套具备远程通讯和户内无线通讯功能的宿舍用电监控系统。1.2 研究意义随着学院各项管理工作的不断深入，学生用电器的增多和普及，学院用电安全隐患及浪费成为安全和节能管理急待解决的问题，特别是学生宿舍用电安全的隐患问题,如使用发热电器和超负荷用电时，应实现自动判断、自动控制（即自动断电供电），以及电量储值计量、自动检测违规用电、用电监控等问题的解决。因此，如何从实际需要出发，改变原有的落后的用电管理模式，利用校园网的资源，建立一套科学的，完善的学生公寓用电管理系统，将学生公寓各用电点的信息进行集中处理，并通过计算机实现统一控制管理，是我校后勤用电主管部门急待解决的问题。这就需要设计和开发“基于单片机的智能宿舍安全用电监控系统二1.3 智能用电系统的总体方案智能用电系统硬件部分主要模块包括：电源电路部分，测量控制电路部分，通信电路部分，光照强度检测部分。电源电路部分是将市电通过开关电源变成24V和5V给控制柜中接口板和主控板中芯片供电。为了防止突然的掉电系统数据的致命性影响,系统中设置了一个备用的电源并延时保护数据。测量控制电路可以分为采集计量电路和继电器控制电路。采集计量电路主要是由89S52单片机、AD1674A模数转换芯片、电压和电流互感器组成。锁存电路、继电器驱动和继电器三部分构成了继电器控制电路单片机将计算所得功率和累计电量以及继电器开断状况通过液晶显示器及时反映出来，在接受上位机命令的同时，也将这些信息上传服务器。供电系统结构图如图3.1所示。图1.l智能供电系统结构图本设计是以AT89C52作为核心控制器，电压、电流2路输入信号，经过A/D转换，测得的参数通过1.CD显示实时数据。多路电参数采集系统，包括模数转换模块、时钟及复位模块、1.CD显示模块、键盘模块及电源，系统总体结构如图1.1所示。第二章电量监控系统的硬件设计2.1 硬件电路2.1.1 单片机最小系统模块单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。在本设计中，最小系统应该包括：单片机、晶振电路、复位电路等。如图2.1所示，晶振电路由Cl与C2和晶振组成，晶振是给单片机提供工作信号脉冲的。它的速率就是单片机的工作速率，简单地说，没有晶振，就没有时钟周期，没有时钟周期，就无法执行程序代码，单片机就无法工作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。每次复位后，单片机的程序都会从第一条开始从新执行。另外，还额外设计了滤波防干扰电路，由C13与R12组成，电源先经过它们再接入单片机的Vcc,可以有效的减少其中的杂波带来的干扰。UlP1.O(T2)(ADO)PO-OP1.1(T2EX)(ADl)PO-IPl.2(AD2)P0.2P1.3(AD3)P0,3P1.4(AD4)P0.4P1.5(M0SI)(AD5)PO.5P1.6(ME0)(AD6)P0.6P1.7(SCK)(AD7)P0.7P3.3(57tT)(A8)P2.0P3.2(Sri)(A9)P2.1(A10JP2.2P3.5(T1)(AlI)P2.3P3.4(T0)(A12)P2.4(A13)P2.5EA1VPP(A14)P2.6(A15)P2.7>XTA1.lXTA1.2VCCGNDRST(RXD)P3.0(IXD)P3.1P3.7(RD)A1.EPROGP3.6(WR)PSEN98765-4321113-4568lO。T09一40对帝24-号W号号吟023421芸rA图2.1单片机最小系统2.1.3 开关量输入、输出部分铃声控制器根据接收的开关信号来判断铃声系统运行的状态，需要接收的开关信号。开关的信号经过电路板上的接口传入光电隔离器。控制器AT89S52缓冲器741.S245¢=光电隔离器T1.P521开关量信号输入图2.2数据输入通道电网报警铃声系统运行时控制曳引体的转动，同时也要输出一些数字量传递校园铃声系统的运行状态，在本设计中，控制器可以输出8个数字量信号