【正文】 d reasonable for students villas Energy management is to be resolved into one of the important topics. This paper analyzes the domestic civilian and Area Energy Management System based on the status of student apartments and electricity management in the actual situation, A design with the identification of student apartments intelligent power management system. The system can spot and the management level two ponents. Field level through a dedicated power measurement and AD7755 chip with A/D conversion function of 80C196 embedded microprocessor KB and the identification circuit (IC circuit prepaid electricity) as the core personal consumption data measurement, Realtime dynamic type identification resistive heating load for the right side of the apartment monitor, investigate unusual electricity, thereby effectively limiting the use of students, such as faster heat, furnace son, incandescent easy use of fire appliances, Communication through the pletion of the apartment39。對(duì)用電管理部門來(lái)說(shuō)，最關(guān)心的不外乎三個(gè)問(wèn)題：電量的計(jì)量、電量信息的采集、電費(fèi)的收繳。從總體來(lái)看，目前的計(jì)量表計(jì)是感應(yīng)式、電子式電能表并存，但長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)電子式電能表取代傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表是大勢(shì)所趨。但隨著人們對(duì)計(jì)量要求的提高，感應(yīng)式 電能表在使用過(guò)程中暴露出越來(lái)越多的缺點(diǎn)，比如功能單一、準(zhǔn)確度低、頻率范圍窄等。但是，感應(yīng)式脈沖電能表僅僅解決了電能表的功能擴(kuò)展問(wèn)題，而對(duì)表計(jì)的準(zhǔn)確度低和頻率適應(yīng)范圍窄的問(wèn)題仍無(wú)能為力。第一部分：電壓、電流輸入回路，是將被測(cè)功率的電壓和電流分別通過(guò)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。因乘法器輸出的是一個(gè)模擬量（直流電壓），用電壓表（數(shù)字式表）測(cè)量這個(gè)電壓，用功率單位（ W 或 KW）表示的測(cè)量結(jié)果就是功率數(shù)。 電能表電子化的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用，使得電能表的功能從單一的電能量的計(jì)量向多功能化的方向發(fā)展。此外由于現(xiàn)在很多樓宇都裝有防盜門鎖，使得收費(fèi)工作更加不方便。 自動(dòng)抄表收費(fèi)方式：為用戶安裝具有 通訊能力的計(jì)量?jī)x表，通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自動(dòng)完成用戶計(jì)量?jī)x表的數(shù)據(jù)抄收，再通過(guò)金融網(wǎng)點(diǎn)以自動(dòng)或人工方式完成繳費(fèi)。優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了抄表、收費(fèi)、控制的三位一體，徹底杜絕了欠費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生，精簡(jiǎn)了管理人員，降低了管理費(fèi)用 。 課題的背景及意義 自 90 年代以來(lái)隨著大學(xué)校園學(xué)生公寓的普及，學(xué)生日常用電已逐步實(shí)行商業(yè)化管理，因此如何科學(xué)合理地管理學(xué)生公寓的用電情況是一個(gè)重要的研究課題。隨著全電子式電能表技術(shù)的逐漸成熟和電能管理日趨科學(xué)化的要求，學(xué)校對(duì)公寓用電的管理已不滿足于僅僅對(duì)每 月電能數(shù)據(jù)的抄錄和電費(fèi)的收繳，還要求每個(gè)學(xué)生的用電量由其所有的智能開關(guān)支路的耗電量決定，與其他學(xué)生的用電無(wú)關(guān)，從而達(dá)到收費(fèi)公平、控制合理的目的。 設(shè)計(jì)的基本技術(shù)要求具有巡回顯示各用戶剩余電費(fèi)、用戶通過(guò) IC 卡預(yù)存電費(fèi)及身份識(shí)別后方可用電、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的欠費(fèi)預(yù)報(bào)警和欠費(fèi)斷電、通過(guò) RS485 總線通信與上位機(jī)進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)校園用電系統(tǒng)的集中管理。前者主要追求可靠性，后者要求高安全性。當(dāng)紅外線照射在“黑條”處，紅外線被吸收，無(wú)反射，即接收管接收不到紅外線；當(dāng)紅外線照在其他部分時(shí)，被反射，接收管能接收到紅 外線。 模數(shù)轉(zhuǎn)換式 對(duì)電流和電壓分別采樣，再通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后送入單片機(jī)進(jìn)行相乘運(yùn)算。無(wú)須專門的 A/D 轉(zhuǎn)換器，大大減少了硬件成本。系統(tǒng)框圖如圖 所示 。系統(tǒng)框圖如圖 所示。其中，模擬乘法器、低通濾波器和 V/F 變換器采用集成電路 ADE7755。 非加密存儲(chǔ)器卡信息存儲(chǔ)方便、使用簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，很多場(chǎng)合可替代磁卡。 安全性加密存儲(chǔ)器卡內(nèi)嵌芯片在存儲(chǔ)區(qū)外增加了控制邏輯。若在限定的次數(shù)密碼仍不對(duì) ，則卡片死鎖作廢。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 CPU 卡（ Smart Cards 接觸型）內(nèi)嵌芯片相當(dāng)于一個(gè)特殊類型的單片機(jī)，內(nèi)部除了帶控制器、存儲(chǔ)器、時(shí)序控制邏輯外，還帶有算法單元和操作系統(tǒng)。通常，射頻 CPU 卡沒(méi)有自己的供電電源（電池），只是在讀寫器 響應(yīng)范圍之內(nèi)，卡才是有源的，卡所需要的能量以及時(shí)鐘脈沖、數(shù)據(jù)，都是通過(guò)耦合單元的電磁耦合作用傳輸給卡的。 采用射頻 CPU卡作為銷售電能的傳輸媒質(zhì)，不但安全性甚強(qiáng)，而且可靠性高，經(jīng)久耐用。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 3章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)思想 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要思路是房間內(nèi)每人一個(gè)用電支路，經(jīng)射頻卡識(shí)別身份后 用戶支路接通，用戶電網(wǎng)的大電壓和大電流信號(hào)分別經(jīng)過(guò) PT（電壓互感器）、 CT（電流互感器）以及對(duì)應(yīng)的電壓變換電路、電流變換電路變成適合于電能計(jì)量芯片輸入的 小電壓和小電流，經(jīng)電能專用計(jì)量芯片變成電能脈沖信號(hào)。當(dāng)用戶的余額不足時(shí)，將通過(guò)報(bào)警提醒用戶盡快充值，如超過(guò)限額將予以斷電。 每個(gè) 上位機(jī) 對(duì)應(yīng)一棟公寓樓，每個(gè)用戶板對(duì)應(yīng)一個(gè) 房間，其中用戶板包括一個(gè)專門的通訊 /控制模塊 （采集終端）以及每個(gè) 學(xué)生用戶 對(duì)應(yīng)的專門的電能采集模塊 （采集前端） 。 每個(gè)用戶對(duì)應(yīng)一個(gè)電能采集前端，其硬件的物理構(gòu)成主要有電能采集模塊ADE775濾波電路構(gòu)成，該模塊的功能有二：其一負(fù)責(zé)將用戶的電能轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖；其二將電網(wǎng)上的電壓和電流信號(hào)變換成 0～ 5V 范圍內(nèi)的模擬信號(hào)。單片機(jī)的應(yīng)用打破了人們的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想因此應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，如： 智能化儀器儀表、機(jī)電一體化、各種工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、串行自動(dòng)呼叫應(yīng)答系統(tǒng)、列車無(wú)線通信系統(tǒng)、無(wú)線遙控系統(tǒng)、洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐、高級(jí)智能玩具、電子門鈴和家用防盜報(bào)警器等，在配上單片機(jī)后，提高了自動(dòng)化程度，增加了功能，使人類的生活更加方便舒適、豐富多彩。 80C196KB即是此系列的產(chǎn)品。 80C196KB 是繼8096BH 之后， Intel 公司又推出了一系列高性能的 CHMOS 系列 16 位單片機(jī) ——80 C1的一種，其性能特點(diǎn)簡(jiǎn)要介紹如下： （ 1） CPU算術(shù)邏 輯單元不再采用常規(guī)的累加器結(jié)構(gòu)，而改用了寄存器到寄存器的結(jié)構(gòu)； CPU的操作直接面向 256 字節(jié)的寄存器，消除了一般 CPU結(jié)構(gòu)中存在的累加器的“瓶頸”效應(yīng)，提高了其速度和數(shù)據(jù)吞吐能力。可以對(duì)帶符號(hào)數(shù)和不帶符號(hào)數(shù)進(jìn)行操作； 16 位乘 16 位的指令執(zhí)行時(shí)間為 ～ ， 32 位除以 16 指令的執(zhí)行時(shí)間為 ～ ；還有符號(hào)擴(kuò)展、數(shù)據(jù)規(guī)格化等指令。其各引腳功能如下： I0.～ ：數(shù)據(jù)線（雙向） CE：片選線 OE：輸出使能 WE：寫入使能 2864 采用單一 +5V電源供電，它的最大量工作電流為 160mA，最的維持電流為 60mA，典型讀出時(shí)間最大為 250s。通過(guò)80C196KB 的 P3 口經(jīng) 74LS373 提供 8 位地址， ～ 提供高 5 位地址。實(shí)現(xiàn)片選。該芯片采用CMOS 制造工藝，因此具有功耗低的特點(diǎn)，在維持狀態(tài)下只需要幾個(gè)微安電流，很適于應(yīng)用在需要低功耗的場(chǎng)合。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用80C196KB 的 WR、 RD 的控制線， WR 信號(hào)接 6264 的 WE 端， RD 信號(hào)接 6264的 OE 端， 6264 的 CE 端由 P4 口經(jīng) 74LS138 的選通，實(shí)現(xiàn)片選。值得注意的是， 74LS373 的 G 端和80C196KB 的 ALE（地址鎖存信號(hào)）連接，在 ALE 的下降沿將程序存儲(chǔ)器的低 8 位地址鎖存起來(lái)。當(dāng)有電器用電時(shí)，負(fù)載上的瞬時(shí)電功率 ??tp 等于負(fù)載兩端的瞬時(shí)電壓 ??tu 與流過(guò)負(fù)載的瞬時(shí)電流 ??ti 的乘積，其表達(dá)式為 ??tp = ??tu 一般將有功功率 P 定義為瞬時(shí)功率 ??tp 在一個(gè)周期 T內(nèi)的平均值。經(jīng)過(guò)精心挑選，最終選擇了美國(guó) Analog Device 公司推出的 ADE7755。這為設(shè)計(jì)一種低成本、高精度、多功能的電能計(jì)量系統(tǒng)方案提供了保證。 ? 芯片采用 CMOS 工藝，單 +5v 供電，供耗極低。引腳 CF 以較高頻率輸出有功功率的瞬時(shí)值，用于校 驗(yàn)或與 MCU接口，內(nèi)部的相位匹配電路使電壓和電流通道的相位始終是匹配的。 660mv，該通道同時(shí)具有過(guò)電壓保護(hù)電路。 235 mV 1 0 8 177。 2） 當(dāng)輸入的電壓信號(hào)與電流信號(hào)不為標(biāo)準(zhǔn)正弦波時(shí) 實(shí)際應(yīng)用中，所有電壓和電流波形均含有一定的諧波成分。因此 ADE7755 產(chǎn)生的頻率與平均有功功率成正比。 而對(duì)于 ADE7755 的低頻輸出端 F F2，其輸出頻率很低，對(duì)瞬時(shí)有功功率已有足夠的平均作用，因此大大衰減了正弦成分，獲得幾乎無(wú)紋波的輸出。獲取有功功率信息。 表 CF的輸出頻率 SCF S1 S0 F 的最高 輸出頻率（ Hz） CF 的最高輸出頻率（ Hz） 1 0 0 128F= 0 0 0 64F= 1 0 1 64F= 0 0 1 32F= 1 1 0 32F= 0 1 0 16F= 1 1 1 16F= 0 1 1 2048F=5570 由 ADE7755 構(gòu)成的計(jì)量模塊具有抗?jié)搫?dòng)功能，即如果輸出頻率低于某最低頻率時(shí)，在 CF、 F1 和 F2 引腳上沒(méi)有脈沖輸出。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 ADE7755與控制器的接口 電能計(jì)量的硬件電路 采集前端的主要功能是將輸入的電壓和電流信號(hào)變換為能夠反映功率的脈沖信號(hào)，本方案中采用全數(shù)字處理的電能計(jì)量芯片 ADE7755 作為取樣電路的核心芯片，其原理圖如 圖 所示 圖 電能采集電路原理圖 圖 中， V1P、 V2P 是用戶入口電線經(jīng)過(guò)電流和電壓互感器獲得的電流、電壓取樣信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)是以差動(dòng)的形式分別接入 ADE7755 的電流輸入端（ V1P、1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 4 M a y 2 0 0 7 S h e e t o f F i l e : E : \畢業(yè)設(shè)計(jì) \成品 \參考 \電路圖 . d d b D r a w n B y :C 1 50 . 0 1 u fC 1 40 . 0 1 u fR21KR31KR4470R5470C 1 20 . 0 1 u fT1C 1 30 . 0 1 u fV 1 PV 1 N相線 中線R71KR61KV 2 PV 2 NT2DVDDA C / D CAVDDNCV 1 PV 1 NV 2 NV 2 PR E S TR E FAGNDS C F S1S0G1G0C L K I NC L K O U TNCR E V PDGNDCFF2F1u1A D E 7 7 5 5C20 . 1 uC60 . 1 u fC810ufC910ufC71 0 0 ufC40 . 1 u+ C110u+ C310u+ C510ufGNDV C CV C CV C CV 1 PV 1 NV 2 NV 2 PV C CV C CGNDDOUTD I N用戶 1C 1 133pC 1 033pJTC R Y S T A LDOUTD I NGNDADE7755 CF REVP ? MCU up/down 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAV C CWPS C LS D AA0A1A2GNDu24A T 2 4 C 0 4V C CH S O . 1