【正文】 ......... 24 負載識別模塊的設計 .............................................................................. 25 設計原理 ....................................................................................... 25 具體實現(xiàn) ....................................................................................... 27 本科生畢業(yè)設計（論文） V 其他電路的設計 ...................................................................................... 28 報警電路 ....................................................................................... 28 鍵盤電路 ....................................................................................... 29 顯示電路 ....................................................................................... 30 串行通訊 ....................................................................................... 31 up 監(jiān)控電路 ................................................................................... 32 工作電源 ....................................................................................... 34 第 5 章 系統(tǒng)軟件設計說明 ................................................................................... 35 總體軟件設計 .......................................................................................... 35 各主要模塊程序流程 .............................................................................. 35 第 6 章 經(jīng)濟效益分析 ........................................................................................... 44 第 7 章 總結 ........................................................................................................... 45 參考文獻 ................................................................................................................. 46 致 謝 ....................................................................................................................... 48 附 錄Ⅰ ................................................................................................................... 49 附 錄Ⅱ ................................................................................................................... 62 附 錄Ⅲ ................................................................................................................... 66 本科生畢業(yè)設計（論文） 1 第 1章 緒 論 電能計量、管理概述 隨著電力市場的發(fā)展，電力改革的深入，電力系統(tǒng)已經(jīng)開始由計劃經(jīng)濟向市場經(jīng)濟 轉變，這對電能的計量及管理提出了新的要求。對用電管理部門來說，最關心的不外乎三個問題：電量的計量、電量信息的采集、電費的收繳。而在其中起關鍵作用的是電能計量裝置，因為它直接關系到供需雙方的經(jīng)濟利益，而且先進的電能計量裝置對于管理效率的提高、用電管理系統(tǒng)的擴展都大有裨益。 電能計量裝置 電能表是一種計量某一段時間內通過的電能的累積值的表計。電能表經(jīng)歷了從感 應式到電子式，從單一的計量功能到集計量、控制、通訊等多種功能于一身的發(fā)展階段。從總體來看，目前的計量表計是感應式、電子式電能表并存，但長遠來說電子式電能表取代傳統(tǒng)的感應式電能表是大勢所趨。 感應式電能表由測量部分和輔助部分構成，測量部分包括驅動元件、轉動元件、制動元件、軸承、計度器和調整裝置；輔助部分由基架、端鈕盒和表殼組成。當有電流通過時，其電壓和電流線圈就將交變的電壓和電流轉變?yōu)榻蛔兊拇磐ǎ源藖眚寗愚D動部分（圓盤）旋轉，計數(shù)部分記錄圓盤所轉動的圈數(shù)，并將其轉換成相應的電能量顯示在計度器上。感應式電能表 具有可靠性高、制造簡便、價格便宜等優(yōu)點，其制造技術已經(jīng)非常成熟。但隨著人們對計量要求的提高，感應式 電能表在使用過程中暴露出越來越多的缺點，比如功能單一、準確度低、頻率范圍窄等。 到了 20 世紀 60 年代，為了擴展電能表的使用功能，出現(xiàn)了感應式脈沖電能表。這種表仍然采用了感應式電能表的測量機構，只是利用光電傳感器將電能轉換為電脈沖信號，通過電子電路對脈沖信號的計算與處理，完成電能的計量工作，它可以通過電子部分的各種變換來實現(xiàn)人們不同的實際需求。感應式脈沖電能表的出現(xiàn)極大地解決傳統(tǒng)電能表功能單一的問題，電能表可以通 過軟件編程實現(xiàn)遠程自動抄表、負荷控制參數(shù)的分散采集和存貯等功能，使得分時電價、需量電價等功能得到有效地實施和推廣。但是，感應式脈沖電能表僅僅解決了電能表的功能擴展問題，而對表計的準確度低和頻率適應范圍窄的問題仍無能為力。 隨著科技的發(fā)展及信息時代的到來，數(shù)字化產(chǎn)品層出不窮，遍及生產(chǎn)、生活 本科生畢業(yè)設計（論文） 2 的方方面面，電能計量表計 也不例外。 1976 年日本首先研制出了電子式電能表，帶來電能計量裝置的革命性變革。 從結構上來看，電子式電能表可分為四個部分。第一部分：電壓、電流輸入回路，是將被測功率的電壓和電流分別通過分壓器和互感器 變換為合適于電子式電能表乘法器所需要的小電壓送至乘法器。第二部分：乘法器，是一個功率轉換單元，當被測電路的電壓電流分別加到其相應的輸入端時，可轉換成與被測電路相應的直流電壓輸出，送至變換器進行 V－ f 轉換。乘法器是電子式電能表的核心，電子式電能表的測量原理就是使用它來實現(xiàn)功率和電能的測量，表計的測量精度也主要取決于它。第三部分：變換器，也稱電 壓 — 頻率（ V－ f）轉換電路。因乘法器輸出的是一個模擬量（直流電壓），用電壓表（數(shù)字式表）測量這個電壓，用功率單位（ W 或 KW）表示的測量結果就是功率數(shù)。測量電能時 需將這個電 壓轉換成相應的脈沖數(shù)，在一段時間內所累計的脈沖數(shù)才是要測量的電能量。第四部分：計數(shù)器，是將與功率成正比的脈沖數(shù)顯示出來的器件。絕大部分采取液晶或 LED顯示，也有通過步進電機推動齒輪用機械數(shù)字顯示的。 電能表電子化的實現(xiàn)和應用，使得電能表的功能從單一的電能量的計量向多功能化的方向發(fā)展。隨著人們用電水平的不斷提高和電能表制造技術的發(fā)展，已經(jīng)形成了眾多類型的電能表。如：多費率電能表（或稱分時電能表、復費率表、峰谷表）、預付費電能表（或稱 IC 卡表）、多用戶電能表、多功能電能表等。 集中 式電能計量、管理 在我國，民用 電表的收費一直采用人工抄表、收費的方式，十分煩瑣，而且容易出錯。此外由于現(xiàn)在很多樓宇都裝有防盜門鎖，使得收費工作更加不方便。隨著電能計量裝置電子化的逐漸推廣應用與普及，使得計量精度的提高、抄表 /收費方式的改變、多功能 /多用戶的計量管理成為可能。 現(xiàn)行的抄表、收費方式主要有以下三種： 人工抄表收費方式：為用戶安裝普通計量儀表，按固定的時間由管理人員上門抄表和收費。這種方式需要管理人員多，工作量大；優(yōu)點是計量儀表成本低，收費方式容易被用戶接受，基本上不存在用戶電源被切斷的問題。 自動抄表收費方式：為用戶安裝具有 通訊能力的計量儀表，通過通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)自動完成用戶計量儀表的數(shù)據(jù)抄收，再通過金融網(wǎng)點以自動或人工方式完成繳費。這種方式技術難度高，通訊網(wǎng)絡建設及維護成本大；優(yōu)點是自動化程度高 ，節(jié)省人力，也容易實現(xiàn)系統(tǒng)的實時監(jiān)控。 IC 卡收費方式：為用戶安裝具有 IC 卡接口的計量儀表，以 IC 卡 作為傳輸介質在用戶和管理部門之間傳輸信息，自動實現(xiàn)計量儀表的抄收以及繳費工作。 本科生畢業(yè)設計（論文） 3 這種方式成本較高，信息傳輸不及時，同時讓用戶充當了信息通道的角色。優(yōu)點是實現(xiàn)了抄表、收費、控制的三位一體，徹底杜絕了欠費現(xiàn)象的發(fā)生，精簡了管理人員，降低了管理費用 。 針對目前許多新型住宅電能表 集中安裝的特點，綜合考慮不同抄表、收費方式的優(yōu)缺點，考慮采用多個具有通訊接口的用戶電能測量模塊構成通訊網(wǎng)絡，共用一套讀卡 /顯示電路，以 IC 卡作為傳輸介質，配合上位機的管理軟件，即可方便地構成一套多用戶集中式電能計量 /管理系統(tǒng)，很好地解決了計量、抄表、繳費 等問題。而由多個用戶共同承擔智能化的投入，從而提高了性價比，平均每戶造價僅略高于傳統(tǒng)感應式電表。 由此可見，使用電子式電能表，再配合相應的通訊電路及管理軟件構成的計量管理系統(tǒng)，可以有效地提高電力部門或物業(yè)公司對用戶進行科學管理的 能力，減少大量的繁重勞動。 課題的背景及意義 自 90 年代以來隨著大學校園學生公寓的普及，學生日常用電已逐步實行商業(yè)化管理，因此如何科學合理地管理學生公寓的用電情況是一個重要的研究課題。根據(jù)實際調查發(fā)現(xiàn)學生公寓的用電情況有以下特點： 各個大學的學生公寓用電管理方式基本相同，因此適合某個院校的電能管理系統(tǒng)稍經(jīng)改動便可以推廣到其他院校，因此開發(fā)研制一套適合學生公寓的只能用電管理系統(tǒng)具有廣泛的社會意義和較高的經(jīng)濟價值。 隨著學生公寓用電的商業(yè)化，越來越不便于學校對學生日常用電器的監(jiān)督和管理，因此導致很多學生隨意使用 一些諸如電爐子、熱得快等發(fā)熱性負載（以下統(tǒng)稱為惡性負載），時常導致一些公寓火災，雖然目前已有一些比較成熟的遠程抄表用電管理系統(tǒng)用于學生公寓，但還遵從一般的民用或小區(qū)管理模式，大都不具備惡性負載自動識別功能，即使具備也難以達到令人滿意的程度，時常導致一些識別錯誤，給學校用電管理部門和學生造成很大的不便。 從近幾年的應用情況來看，國內現(xiàn)有的校園電能管理方式比較單一，只能簡單地記錄用戶的每月電量，再據(jù)此進行電費結算。隨著全電子式電能表技術的逐漸成熟和電能管理日趨科學化的要求，學校對公寓用電的管理已不滿足于僅僅對每 月電能數(shù)據(jù)的抄錄和電費的收繳，還要求每個學生的用電量由其所有的智能開關支路的耗電量決定，與其他學生的用電無關，從而達到收費公平、控制合理的目的。 隨著計算機技術、通信技術、信息技術的發(fā)展，我國的民用和城市小區(qū)電能 本科生畢業(yè)設計（論文） 4 管理已有很多比較成熟的方案，而大學公寓的用電管理卻還剛剛起步，基本還是小區(qū)管理模式的簡單移植，在很大程度上不適合學校電能管理的實際要求。 針對以上情況，本文提出了帶身份識別的公寓電能計量控制系統(tǒng)。 本課題的設計任務與要求 本設計 充分考慮到學生公寓用電的實際特點以及現(xiàn)代電能管理的發(fā)展趨勢，將電能記錄、違 章用電查處、電能檢測和一對一收費，集中計量與管理等功能結合起來，實現(xiàn)了合理用電與科學管電相結合的目的。 設計的基本技術要求具有巡回顯示各用戶剩余電費、用戶通過 IC 卡預存電費及身份識別后方可用電、實現(xiàn)自動的欠費預報警和欠費斷電、通過 RS485 總線通信與上位機進行通信，從而實現(xiàn)校園用電系統(tǒng)的集中管理。 精度要求為高于原模擬表的 5%的指標。 本科生畢業(yè)設計（論文） 5 第 2章 方案設計與論證 帶身份識別的公寓電能計量控制系統(tǒng)主要包括電能計量系統(tǒng)和身份識別（預付費）系統(tǒng)。電能計量系統(tǒng)完成了電能測量、電能值顯示、超負 荷斷電等功能；