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畢業(yè)設計-學生公寓多用戶電能計量控制系統(tǒng)設計(更新版)

2025-01-24 19:01上一頁面

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【正文】 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)設計(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 . 1H S O . 2V1N)和電壓輸入端( V2N、 V2P),經(jīng) ADE7755 內(nèi)部乘法累加后由 CF、 F F2輸出反映有功功率大小的脈沖,其中 CF 頻率高,可反映瞬時有功功率的大小, FF2 頻率低,反映平均有功功率的大小。本系統(tǒng)采用 MF RC500 來實現(xiàn)讀卡功能。它包含一個易用的雙向 FIFO 緩沖區(qū)和一個可配置的中斷輸出。 模擬電路包含了一個具有非常低阻抗橋驅動器輸出的發(fā)送部分。本讀卡器采用的是獨立讀寫選通,地址線和數(shù)據(jù)線復用的連接方式。實現(xiàn)更多的功能。接收器可以檢測到并解碼非常弱的應答信號。即使使用非常低成本的器件也能滿足高速非接觸式通信的要求。 MF RC500 支持 ISO 14443A 所有的層。 再通過軟件編程將照明電路的電量平均分配給 8位用戶,從而實現(xiàn)電能的計費。 本科生畢業(yè)設計(論文) 18 輸出頻率與輸入電壓大小的關系如下式所示: F=( 1V 2V G 41?F ) / 2REFV ( 4- 8) 式中: F—— 引腳 F F2 輸出的脈沖頻率( Hz) 1V , 2V —— 通道 1, 2 差動輸入電壓有效值( V) G—— 增益( ),由 G0 和 G1 的邏輯輸入確定 REFV —— 基準電壓( 177。當 CF 用于校驗時,輸出頻率還應該用頻率計數(shù)器進一步平均以消除紋波。 30 mV ADE7755 的實際應用 1) 當輸入的電壓信號與電流信號不同相時 在電壓與電流同相的情況下,瞬時功率信號中的有功功率分量(即直流分量)為( V I/2);而在電壓與電流不同相(設電流滯后 電壓 ? 角)的情況下,瞬時功率信號中的有功功率分量(即直流分量)為( V I/2) ?cos 。 470mv,該通道同時具有過電流保護功能。 ? 滿足 IEC687/1036 標準的要求。 最早的電子式電子表只能通過使用分立的元件來實現(xiàn),但是隨著微電子技術的發(fā)展,電能計量新技術和新產(chǎn)品不斷問世,目前已開發(fā)出用于各種電能計量的專用集成電路,如單相電子式電能表專用集成電路 BL093雙向單相全電子式電能表專用集成電路 BL093 靜止式電子電度表專用大規(guī)模集成電路 GW6832PA等。圖中 74LS138 譯碼器的作用是將 ~ 的 三根地址數(shù)據(jù)復用線擴展為 Y0~ Y7八根控制線,用于對外電路進行控制。其中: 本科生畢業(yè)設計(論文) 13 A0~ A12:地址線; D0~ D7: 數(shù)據(jù)線 OE:數(shù)據(jù) 輸出允許信號 WE:寫選通信號 CE:片選信號 VCC:電源( +5V) GND:地。 ( 3)控制線的連接。 系統(tǒng)存儲器的擴展 程序存儲器的擴展 80C196KB 內(nèi)部沒有程序存儲器,因此設計中采用一片 2864 作為系統(tǒng)的程序存 儲器。另外, 196 系列單片機特別設計為低功耗芯片。 系統(tǒng)總體結構 原理 方 框圖 如圖 所示 。 并通過總線方式實現(xiàn)用戶計量數(shù)據(jù)遠傳實現(xiàn)自動抄表 。 以上的四種方案都是可行的,其管理系統(tǒng)也大同小異,只是根據(jù)保密性和可靠性要求選用不同的 IC 卡而已。 射頻 CPU卡 射頻 CPU卡是射頻識別系統(tǒng)的電子數(shù)據(jù)載體,卡中嵌有耦合元件和微電子芯片。只有密碼正確,才能存取數(shù)據(jù)。采用液晶顯示器,可大大減少功耗,并且可顯示漢字,使界面清晰、明了。 功率累加式 將端口電流和電壓先送入模擬乘法器相乘,得到一個與功率 P 成正比的模擬電壓(或電流),再經(jīng)過 V/F 變換(或 I/F 變換)變成頻率信號 f 。 U I I/U 變換 A/D 轉換 CPU 液晶顯示器 控制鍵盤 IC 卡卡座 A/D 轉換 AD0~ AD7 74LS373 74LS373 74LS373 74LS245 閉合開關 8 圖 模樹轉換式結構圖 本科生畢業(yè)設計(論文) 6 電壓頻率轉換式 采用電壓 /頻率( V/F)轉換器加單片機實現(xiàn)對電流和電壓的 A/D 轉換。 電能計量系統(tǒng)方案設計 現(xiàn)有電能計量方案有以下幾種: 機械電子式 前置通道采用原感應式電度表電路,通過對轉盤轉動圈數(shù)的計數(shù)來測量電能。 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)。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。 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。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。 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。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。 The upper management level PC at the core. through telephone lines or LAN munications at any time acquisition bottom PC data resources, through the pletion of various statistical database, analysis, can be kept informed of the entire campus apartment Finally, the harmonic grid data Energy and plete clearing business. This paper elaborates on the modulelevel design of software and hardware, antiinterference, IC card prepaid electricity circuit, Communication Protocol and vicious load identification theory, users must have the money to be put aside a certain amount of electricity to electricity, avoid the tariff arrears, when calculating the balance of the customer or have insufficient Arrearage. SCM is this balance of power failure or lack of alarm control。該系統(tǒng) 由現(xiàn)場級和管理級兩級組成 ,本文詳細闡述了現(xiàn)場級模塊的軟硬件設計方案 。 設計中給 宿舍內(nèi)的 用戶每人分配一條用電支路,用電時用戶先刷卡, 通過身份識別后, 該用戶的用電支路接通(通過繼電器控制通斷),其電源 插座可 插接電器 , 然后 系統(tǒng)將對其用電情況進行計量與控制。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。 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。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。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。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。根據(jù)實際調(diào)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。 精度要求為高于原模擬表的 5%的指標。這樣轉盤每轉一圈,產(chǎn)生一個脈沖,再通過對脈沖的整形、計數(shù)、顯示完成電能的計量。 CPU只需對 V/F 轉換后的脈沖進行定時計數(shù),便可測出電壓和電流的數(shù)字量。 這種方案不但兼有方案三 的優(yōu)點,而且對 CPU的要求低,采用 MCS51 系列單片機完全可以勝任。但由于本身不具備信息保密功能,因此只能用于保密性要求不高的場合,因此不適合本設計的要求。 這類器件保密性較好,應用較廣泛。 射頻 CPU卡必須配備相應的讀寫器,典型的射頻 CPU卡讀寫器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、 控制單元以及與卡連接的耦合元件。單片機通過采集接口實現(xiàn)對 8 個采集前端的電能采集,這里采集的是脈沖量,而不是直接的電度量,實際的電度 =(脈沖值247。通訊 /控制模塊電路由主機電路及外圍接口與控制電路組成,外圍控制電路由智能開關電路、顯示、報警電路、身份識別( IC 卡)電路及監(jiān)控電路四個部分組成, 實現(xiàn)電能的累計、電量信息的存儲及負載是否超限的判斷,以及接受上位機的控制命令并執(zhí)行響應的操作 ;電能采集模塊由信號條理電路及專用的電能采集芯片組成 ,實現(xiàn)電能的計量和實時數(shù)據(jù)的傳送 。 目前,單片機已形成多系列、多品種的 局面。 ( 2) 256 字節(jié)寄存器中, 24 字節(jié)是專用寄存器,其余 232 字節(jié)為通用寄存器。由于芯片內(nèi)部沒有“頁緩沖器”,因而允許對其快速寫入。因此 2864 的地址范圍是: 0000H~ 1FFFH。 擴展電路結構圖 80C196KB 與擴展的 EEPROM2864 及 RAM6264 的具體連接如圖 所示。 ??ti 。 電能計量芯片 ADE7755 ADE7755 是一種用于功率測量和電能計算的高準確度的專用集成電路芯片,它可與不同量程傳感器直接相連,從而達到簡化接口設計并提高功率測量的精確度和穩(wěn)定度的目的。 ? 具有在片電源監(jiān)控功能。 G0, G1 是電流通道中可編程增益放大器的增益選擇輸入端, 表 所列是通過 G0、 G1 來選擇增益的具體方法。瞬時電壓和電流可用傅立葉變換表示成諧波分量之和: ? ? ? ?hh h thVVtv ?? ??? ??? s i n2 00 ( 4- 4) 式中: ??tv —— 瞬時電壓 ; 0V —— h 次電壓諧波有效值 ; hV —— h 次 電壓諧波有效值 ; h? —— h 次電壓諧波的相位角 ; ? ? ? ?hh h thIIti ?? ??? ??? s i n2 00 ( 4- 5) 本科生畢業(yè)設計(論文) 17 式中: ??ti —— 瞬時電流; 0I —— 電流的直流分量; hI —— h 次電流諧波有效值; h? —— h 次電流諧波的相位 角; 瞬時電壓和電流相乘后所得的有功功率 P 可用基波分量 1P 和諧波分量 HP 之和表示: HPPP ?? 1 ( 4- 6) 其中: 1111 cos?IVP? ( 111 ??? ?? ) hhh hH IVP ?c os0???? ( hhh ??? ?? ) 由上可見,電壓和電流相乘后經(jīng)過低通濾波器的數(shù)字輸出包含有功功率信息,但由于此低通濾波器不是理想濾波器,其輸出信號仍含有衰減的基波和諧波成分,即 ? ?th?cos ,其中 h=1, 2, 3,??。 由以上分析可見,電壓和電流波形提供的各次諧波都產(chǎn)生諧波有功功率分量。這個特性保證當不接負載時,電表不記錄能量。分別連接到單片機的 和 端,串行EEPROM 選用 AT24C04, AT24C04 為低電壓( ~ )、長壽命(可擦 寫 10萬次以上)器件。此外它還支持快遞 CRYPTOI 加密算法,用于驗證 MIFARE 系列產(chǎn)品。 本科生畢業(yè)設計(論文) 22 它以完全透明 的模式進行操作,因而支持 ISO 14443A 的所有層。 MF RC500 支持不同的并行微控制器接口,其智能自動探測邏輯可以自動適應系統(tǒng)總線的并行接口可直接連接到微處理器
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