学生公寓安全用电智能电表设计.pdf

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本文着力于改进终端的用电安全监控及交互性等功能,提出了一种智能化终端智能电表的设计。
Oeek电子工程网 F=(8.06×VxV2XCxF14)/V(1) CF=16 xA (2) imp=CFX3 600 (3) 已知8.06为常数,Ⅵ1、G、Wref以及F1-4值给定,只需调整分压电阻即 可调整V2值。本模块调鳖V2后设定脉冲常数为1600,即计满1600个脉冲为 1kW·h电量。可以设定更高的脉冲常数值进行计数,只需灵活改变相关参数即 1.3热释电红外人体探测模块 为填补现有终端对安全监控功能的空缺,尤其是无人情况下用电的监控,采 取简单实用的红外探测技术,实现对宿舍有无人员活动的监控,无人情况卜自动 切断电源,杜绝无人用电,有人情况下即恢复正常供电。本模块采用热释电红外 传感器RE200B:信号处理电路采用高性能的处理集成电路 BISSOC00l,其原理电 路设计如图3所示。 33V l6v 47 H. F Cl ICap CONI 105 UI Col icap RE200BA f OUT C1183 PIR R E 133 w联 REF/RESET R SENSITIVE 183 R CAP 33v l05 33V 1039 83Ωc 25V 22uF 图3红外人体探测 传感器RE200B获取信号送入1IN+,利用BISS0001内部的运算放大器OP1 作为热释电红外传感器的前置放大,放大后经C4耦合至2IN,进行第二级放大。 由BISS0001内部的电压比较器构成的双向鉴幅器处理后,检出有效触发信号启 动延迟时间定时器。同时A与VC置1,设定为可重复触发工作状态,确保室内 有人的情况下持续输出高电平,避免不重复触发状态卜的短时闺低电平误判。 Oeek电子工程网 其中可变电阻Time为输出延迟时间Td的调节元件,可变电阻 Sensitive为灵敏 度调节元件,在具体设计屮可以根据式(4)调节Td。 T4≈49152 XR. x CY (4) 1.4周边控制模块 该模块实现供电控制与剩余电量提示,包括继电器驱动电路、LED电路。LED 由单片机直接驱动,在此不再赘述。继电器驱动电路如图4所小。 4.7k 9012 4.7k卫 92 Ik VT iT Ikn 9013P L O 9013 1kYT29013 Iko T 2ks 2kn 图4磁保持继电器驱动电路 继电器采用单线圈磁保持继电器,改变触点状态只需在A、B两端加上30ms 左右的反向脉冲即可,不需要持续供电维持闭合、断开状态,满足系统低功耗的 要求。单片机控制继电器只需改变PI.7、P1.6引脚状态即可,并禁止P1.7、P1.6 同为1,避免所有三极管同时导通造成电源短路故障。 2智能电表软件设计 软件设计包含用电监控、红外探测、掉电测以及串口通信,同样采用模块 化设计。本部分主要介绍用电监控、红外探测及掉电处理,串口通信限于篇幅则 不再详述。系统软件框图如图5所示。 Oeek电子工程网 复位 初始化 用电监控 串口通信 红外探测 掉电处理 图5软件框粱图 初始化包括单片机初始化和周边模块的初始化。系统加电后,单片机对各I /0凵重置为预定模式,看门狗初始化、串凵中断初始化、定吋器初始化、掉电 检测初始化等。周边模块即电能采集、红外探测以及控制模块的初始化启动 2.1用电监控 该部分为智能电表主要功能设计单元,包括电量处理、功率检测及数据存储。 程序初始化进入电量处理,首先读取內部 EEPROM中计数值 count,做为此 次计数的初始值 Acount。开启中断后即对INT0送入的每个电能脉冲下降沿响应 中断,并累加 Count,等待下一次下降沿六生新中断实现循环计数。 Count累 加至1600后W诚1并重新赋值给W,尔后清岺Tcou-nt,重新开始计数。当W≤1 时将启动LED提示程序,预警电量。 功率检测通过软件方法实现。利用定吋器,开启周期为5s的定吋,对此周 期内电量脉冲数进行累加统计,与设定值p进行比较,若》p则认为大功率用电, 立即切断供电,延时一段时间后恢复供电,并标记违规用电次数 Count,存于 内部 EEPROM中以备上位机数据录入 为确保数据存储安全可靠,软件设计中采川两种方法:一是电量值W每次完 成减1即存入单片机内部 EEPROM,然后向上位机更新电量数据,及时转存、更 新数据;二是数据分存时的对比,存入数据吋,单片机与上位机各自对W值进行 比对,只有更新后的W值小于原数据W时方为有效数据,确保数据存储准确无误。 2.2红外探测 Oeek电子工程网 此部分软件设计只需检测P1.5引脚是否为有高电平输入即可实现简单逻辑 判断。硬件上红外探测模块夲身有输出延时Td,结合软件上的冗余验证,确保 判断确无误。实际使用中还可以通过增加探测模块,经二极管线与后实现多个 信号源输入,提高探测范围和准度。 2.3掉电处理 基于STC内置的低电平检测功能,结合中断应用,当检测到P1.2郾电压低 于设定值4V时产生中断,单片机将 Acount值以及电量值W存入内部 EEPROM 作为下次计数启动初始值。其程序流程与电量计量模块相同,只是屮断优先级眳 低,故此处略去不再细述 3结束语 本智能电表的特点:一是用简单、实用、成熟的软硬件设计实现了宿舍无人 条件下的用电监控,杜绝用电胞患,实时提示功能简单实用;二是与现有公寓用 电管理终端相比,本电表可脱离集中器与上位机独立运行,功能上不再依赖中继 模块,可单独安装,不但大大降低了线路成本,还降低了施工难度,实测表明本 电表可智能化监控用电安全。

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