【正文】 又能對(duì)欠費(fèi)用戶進(jìn)行警告、停電、送電控制，節(jié)省了大量人工抄表的時(shí)間和費(fèi)用。另外具有較低 的價(jià)格，主要是因?yàn)樵撓到y(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件研發(fā)都是由我們自己完成的，而其它廠家技術(shù)產(chǎn)品大都申請(qǐng)了專利，所以高校在購(gòu)買的時(shí)候要花很多資金。 4) 進(jìn)行了系統(tǒng)的抗干擾分析與設(shè)計(jì)。 圖 21 系統(tǒng)組成框圖 167。管理員可實(shí)時(shí)查閱各房間的用電情況，并進(jìn)行用電統(tǒng)計(jì)與打印報(bào)表等。引腳 CF 以較高頻率形式輸出有功功率瞬時(shí)值，用于校驗(yàn)或與 MCU接口。在絕大多數(shù)場(chǎng)合關(guān)心的是負(fù)載上消耗的有功功率，有功功率 P定義為瞬時(shí)功率 p(t)在一個(gè)周期內(nèi)的平均值，即 ? ?? ? ? ????? c os2c osc os1 VIdttVIdtVITP ???? ? ? （ 32） 為了得到有功功率分量（即直流分量），只要對(duì)瞬時(shí)功率信號(hào)進(jìn)行低通濾波就行了。 圖 32 ADE7755 與 單片機(jī)連接電路 頻率輸出 CF 端連接到了單片機(jī)的端口，單片機(jī)在內(nèi)部定時(shí)器設(shè)定的積分時(shí)間內(nèi)對(duì) CF輸出的脈沖計(jì)數(shù)，平均功率正比于平均頻率，由下式確定： 平均功率＝平均頻率＝脈沖個(gè)數(shù)／積分時(shí)間 在一個(gè)積分周期內(nèi)消耗的電能為： 電能＝平均功率積分時(shí)間 ＝（脈沖個(gè)數(shù)／積分時(shí)間）積分時(shí)間＝脈沖個(gè)數(shù) CF 頻率常數(shù)的選擇是根據(jù)邏輯輸入 SCF 確定的，有兩種選擇方式，一種是 32 F1（ SCF=1），一種是 16 F1（ SCF＝ 0）。圖 33 為采樣板電路圖．采樣板電路通過(guò)采樣電阻 (錳銅合金制成 )獲取的電流采樣信號(hào)由芯片 6 腳輸入，經(jīng)過(guò)可變電阻網(wǎng)絡(luò)的衰減后的電壓采樣信號(hào)由芯片 8 腳輸入，兩路信號(hào)在芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量累加運(yùn)算，并在內(nèi)部實(shí)現(xiàn) A 仍轉(zhuǎn)換，以脈沖方式由 2 24 腳輸出供給機(jī)械計(jì)度器，由 22 腳輸出經(jīng)光耦隔離后經(jīng)母板插座通過(guò)選通的三態(tài)門輸入到單 片機(jī)的 P3． 4 腳進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理。電阻 R2 R30 即是光耦電路的輸出電阻，也是驅(qū)動(dòng)電路 BH3023 的輸入電阻。 4) 雙數(shù)據(jù)指針 。 10) 8個(gè)中斷源 。 P1 口有 8 根 I/O 線，共有 28 種組合，能區(qū)分 256 個(gè)不同的單片機(jī)。 顯示板的設(shè)計(jì) 在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， LED 顯示方式由于具有使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)而得到廣 泛應(yīng)用。它有以下特點(diǎn) : 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 1) 輸出驅(qū)動(dòng)能力 :15 個(gè) LSTTL 負(fù)載 2) 輸出直接接口到 CMOS, NMOS 和 TTL 3) 操作電壓范圍為 : 到 4) 低的輸入電流 : 串行移位寄存器接收外部輸入串行數(shù)據(jù)，一方面可進(jìn)行串行數(shù)據(jù)輸出，同時(shí)向鎖存器提供 8 位并行輸入數(shù)據(jù)，并具有異步復(fù)位功能； 8 位鎖存器可三態(tài)輸出并行數(shù)據(jù)。若采用普通的 LED 并行顯示方式需擴(kuò)展 單片機(jī)接口，電路復(fù)雜、成本高。三片 74HC595A 的移位時(shí)鐘輸入端 SRCLK 連接在一起與單片機(jī)的 相連，該引腳上升沿有效時(shí) (用單片機(jī)軟件設(shè)置 )，把輸入的串行數(shù)據(jù)移入移位寄存器 。某房間的電能采樣信號(hào)通過(guò)被選通的三態(tài)門由數(shù)據(jù)總線輸入到單片機(jī) 89S52 的 引腳。數(shù)據(jù)可以每次一個(gè)字節(jié)或多達(dá) 31 字節(jié)多字節(jié)形式傳送到 CK / RAM 或從其中送出。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 5) ~ 滿度工作范圍 。 13) 備份電源引腳可用作電 池或超容量電容器的輸入端 。位 1 到位 5 指定進(jìn)行輸入或輸出的特定寄存器。下午 5 點(diǎn)到晚上 10 點(diǎn) )集中供電，周六到周口全天供電，也可根據(jù)用戶的實(shí)際情況，自由設(shè)置，更改每天的停送電時(shí)間。 167。 8) 對(duì)所有的存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行硬件寫(xiě)保護(hù) 。 24LC16B 的引腳功能及應(yīng)用 的引腳功能 SCL:串行時(shí)鐘輸入端。假設(shè) A0, A1, A2 分別接 :+5V“地”、“地”，當(dāng) 作為片選地址使用時(shí)，該芯片的地址就是“ 100。 通信電路設(shè)計(jì) 下位機(jī)（單片機(jī)）采用的是 RS485 標(biāo)準(zhǔn)通信接口，而計(jì)算機(jī)采用的是 RS232 標(biāo)準(zhǔn)，并且單片機(jī)的 I/O 端口輸出的是 TTL 電平，與 RS485 標(biāo)準(zhǔn)的電平一致，而與 RS232 標(biāo)準(zhǔn)不符合。為了滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，編制軟件時(shí)必須注意以下幾點(diǎn) ]24[ ： 可靠性。 實(shí)時(shí)性。 167。 掉電啟動(dòng)；系統(tǒng)停電或重新上電后啟動(dòng)。 （ 4）通訊中斷工作。 （ 7） 與上位機(jī)通信。 主程序流程圖 YNNNNNNYYYYY數(shù)器為一半掉電啟動(dòng)開(kāi)關(guān)控制上位機(jī)通信負(fù)荷控制更新顯示置如入標(biāo)志輸入標(biāo)志區(qū)清零置顯示緩沖區(qū)初始化 I 2C預(yù)置電量存 I 2C報(bào)警符合存 I 2C本機(jī)編號(hào)存 I 2C本機(jī)編號(hào)送內(nèi)存與 I 2C內(nèi) 本機(jī)編號(hào)相同否？讀 I 2C內(nèi)本機(jī)編號(hào)巡回計(jì)量68 H =1 ？65 H =1 ？63 H =1 ？61 H =1 ？設(shè)計(jì)軟件陷阱啟動(dòng)看門狗定時(shí)器設(shè)置讀開(kāi)關(guān)狀態(tài)標(biāo)志禁用電器工作區(qū)初始化干擾啟動(dòng)與本機(jī)編號(hào)相同否？輸入本機(jī)編號(hào)延時(shí)啟動(dòng)初始化開(kāi) 始 圖 41 主程序流程圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 167。 3） E2：對(duì)某采集板上某單元卡的表指針數(shù)進(jìn)行操作。 5） FA：對(duì)某采集板上某單元卡的電量數(shù)進(jìn)行修改操作。電量報(bào)警值的數(shù)據(jù)格式是 OX OX OX OX(XXXX 四位整數(shù) )．如果上位機(jī)發(fā)出的命令后帶數(shù)據(jù)，則下位機(jī)修改電量報(bào)警值，寫(xiě)入相應(yīng)的存貯單元，返回此單元內(nèi)的電量報(bào)警值給上位機(jī)。 清數(shù)據(jù)處理標(biāo)志65H取房間號(hào)（1 16）變二進(jìn)制送R3房間為0？變?yōu)?F號(hào)取命令碼E 2命令？E 3命令？E 4命令？C 1命令？E 5命令？E 6命令？C 0命令？E 1命令？E 0命令？ 對(duì)房間號(hào)操作返 回追加電量操作表指針操作房間開(kāi)關(guān)操作電量修改操作單戶讀表指針置負(fù)荷報(bào)警值置電量報(bào)警值巡檢16個(gè)房間YYYYYYYYYNNNNNNNNNYN 圖 42 通訊數(shù)據(jù)處理流程圖 167。本系統(tǒng)顯示電路硬件主要由 3 片 74HC595A 芯片實(shí)現(xiàn)，軟件主要由顯示緩沖區(qū)更新子程序及定時(shí)顯示中斷子程序?qū)崿F(xiàn)。根據(jù)狀態(tài)位標(biāo)志確定是否有負(fù)荷報(bào)警。由 EEPROM 中取出某房間待更新數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成非壓縮 BCD 碼送入顯示緩沖區(qū)。系統(tǒng)顯示方式如下： （ 1）正常工作顯示． 12 位 LED 顯示器巡回顯示 16 個(gè)房間的用電信息，每個(gè)房間信息顯示時(shí)間為 3 秒鐘，發(fā)光二極管熄滅。 9)C1：對(duì)某采集板上某單元卡的 表指針數(shù)進(jìn)行讀操作。負(fù)荷報(bào)警值的數(shù)據(jù)格式是 OX OX(XX 兩位整數(shù) )，界面顯示為 XXX（ W）。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 4） E3：對(duì)某采集板上某單元卡的開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作。 2） El：對(duì)某采集板上某單元卡的電量數(shù)進(jìn)行追加操作。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 （ 9） 巡回計(jì)量。主程序依據(jù) 61H 標(biāo)志 (3 秒定時(shí)到否 )決定是否更新顯示緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。中斷定時(shí)時(shí)間為 。 主程序模塊 167。 可測(cè)試性。通常是指軟件系統(tǒng)容易理解和閱讀，容易發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并能改正錯(cuò)誤。 圖 310 通信電路 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)同等重要，硬件是基石，軟件是靈魂。 CPU產(chǎn)生控制總線收發(fā)的串行時(shí)鐘 SCL，并產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳送的啟動(dòng)條件和停止條件。用于硬件數(shù)據(jù)保護(hù)，當(dāng)其無(wú)效時(shí) (低電平 )，可以對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)器進(jìn)行正常的讀 /寫(xiě)操作。 12) 8腳 DIP， 8 或 14 腳 SOIC 封裝 。 4) 兩線串行接口總線，與 I2C 兼容 。 167。 DS1302 共有 12 個(gè)寄存器，其中有 7 個(gè)寄存器與日歷 /時(shí)鐘有關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為 BCD 碼形式。 表 31 DS1302 控制字的含義 1R A MC KA 4 A 0A 1A 2A 3R DW0123457 6 最高有效位必須為邏輯 1。 9) 與 DS1202 兼容 。 DS1302 特性 DS1302 的特性如下： 1) 實(shí)時(shí)時(shí)鐘，具有計(jì)算 2100 之前的秒、分、時(shí)、周、日、月、年的能力 以及閏年調(diào)整能力 。通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)通信。 167。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 37 LED 顯示電路 系統(tǒng) 12 個(gè) LED的顯示電路原理如圖 37 所示。 167。由于本設(shè)計(jì)要顯示 3 位房間號(hào)、用戶的當(dāng)前用電量 6 位，剩余電量 3 位，因此需 12 個(gè) LED 數(shù)碼管。 單片機(jī) P0 口 P0 口分時(shí)用作低 8 位地址線、數(shù)據(jù)線，同時(shí) 74LS07 ]11[發(fā)光二極管相連，用來(lái)指示單片機(jī)是否正常供電。通過(guò) RS485 口可以與其他系統(tǒng)通信。當(dāng)寫(xiě) EEPROM 時(shí)， 程序可通過(guò)閃存正常執(zhí)行 。因此單片機(jī)技術(shù)促進(jìn)了電測(cè)領(lǐng)域向智能化方向發(fā)展。系統(tǒng)采用模擬地 與數(shù)字地分離接地方式，通過(guò)電感 L0 實(shí)現(xiàn)直流共地并阻隔交流干擾 ]6][5[ 。但當(dāng)電路負(fù)荷較大時(shí)，功率脈沖較快，這就需要加快 CPU 的采樣速度或降低電脈沖常數(shù)以保證不會(huì)“漏”掉脈沖。由于相乘后的 LPF 不是理想的濾波器，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 因此 LPF 輸出的瞬時(shí)有功功率信號(hào)還包含了相當(dāng)大的瞬時(shí)功率信息，即cos(2ω t)。 8%（溫度系數(shù)典型值 30ppm/oC），能為外部電路提供基準(zhǔn)＋ 5V 單電源、低功耗（典型值 15Mw） 。 167。本系統(tǒng)采用軟件控制方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)大功率電器的檢測(cè)與控制。本設(shè)計(jì)中一個(gè)控制柜內(nèi)含有 8 個(gè)單片機(jī)子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)與微機(jī)間采用 485 網(wǎng)絡(luò)連接。 本課題的工作及創(chuàng)新 本課題為實(shí)際應(yīng)用課題，本文的主要研究工作如下： 1) 硬件設(shè)計(jì)采用了分功能塊的設(shè)計(jì)模式。本課題為了解決上述問(wèn)題，以最低的性價(jià)比，吸取上述各高校所使用的用電控制與管理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，自行研發(fā)并設(shè)計(jì)了學(xué)生宿舍用電控制管理系統(tǒng)。為學(xué)生宿舍用電管理提供了科學(xué)的管理方法，使管理更嚴(yán)謹(jǐn)，增強(qiáng)人們的科學(xué)管理意識(shí)；對(duì)非正常用電，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警，對(duì)超額用電實(shí)時(shí)自動(dòng)斷電，可基本杜絕違 章電器的使用，消除火災(zāi)隱患；以往由于學(xué)生公寓無(wú)償供電，使很多宿舍的開(kāi)關(guān)失去作用，不熄燈現(xiàn)象嚴(yán)重，不僅造成了很大的浪費(fèi)，而且對(duì)提高學(xué)生公寓整體管理水平增加了難度。因此如何建立一套科學(xué)完善的用電管理系統(tǒng)一直是各高校用電主管部門急待解決的問(wèn)題。由于學(xué)校大包大攬，統(tǒng)收統(tǒng)支，學(xué)生無(wú)用電經(jīng)濟(jì)責(zé)任，電腦 24 小時(shí)開(kāi)機(jī)上網(wǎng)，長(zhǎng)明燈大量存在，造成學(xué)校電量浪費(fèi)。 學(xué)生宿舍用電控制管理系統(tǒng)的研制背景 隨著高等學(xué)校后勤社會(huì)化改革的不斷推進(jìn)，各高等院校積極利用社會(huì)資金，通過(guò)多種渠道建設(shè)了一批又一批現(xiàn)代化、智能化的學(xué)生宿舍，宿舍內(nèi)的配置不僅能夠滿足學(xué)生的基本生活需求，而且裝有電熱水器，備有電話、電視和電腦高速網(wǎng)絡(luò)終端，室內(nèi)還留有空調(diào)插座等等。此外，實(shí)施用電收費(fèi)管理，必將帶來(lái)大量的人工抄表統(tǒng)計(jì)收費(fèi)工作，而傳統(tǒng)抄表方式的時(shí)效性差、統(tǒng)計(jì)工作量大、交費(fèi)手續(xù)極為繁瑣、易產(chǎn)生錯(cuò)抄、漏抄和估抄等現(xiàn)象，又造成了管理與實(shí)施的矛盾。 軟件抗干擾技術(shù) ............................................................................................ 43 結(jié) 論 ............................................................................................................................ 44 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） VI 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................... 45 致 謝 ............................................................................................................................ 47 附 錄 1 ....................................................................................................................... 48 附 錄 2 ....................................................................................................................... 49 附 錄 3 ..................................................................................