【正文】 數(shù)，可得： （）于是，該次諧波的幅值和相位為 當(dāng)n=1時(shí)，即為基波的幅值和相角，為簡化運(yùn)算，采用傅氏算法時(shí)，N一般取12。在實(shí)際負(fù)載識別過程中，由于學(xué)生公寓電器類型多樣，直接對各種電器負(fù)載的功率進(jìn)行識別比較困難，因此可轉(zhuǎn)而識別計(jì)算機(jī)的功率，再從總功率中減去計(jì)算機(jī)的功率所得到的功率就是包含日光燈、白熾燈及違章電器等負(fù)載的功率。因?yàn)槿展鉄?、白熾燈等的功率較小，因此可設(shè)定一閥值，當(dāng)非計(jì)算機(jī)的功率大于這一閥值時(shí)，即認(rèn)為是違章用電。計(jì)算出負(fù)載用電時(shí)的總功率、其中所包含的計(jì)算機(jī)功率和非計(jì)算機(jī)的功率，誤差不超過20%，滿足工作要求。此種方法的不足是對下位機(jī)硬件的要求較高，必須保證電壓和電流的采樣數(shù)據(jù)是對應(yīng)的整周期數(shù)據(jù)。直接從原始樣本來進(jìn)行分類是無目的的，這是由于對分類來說，重要的不是一個(gè)模式的完整描述，而是導(dǎo)致區(qū)別不同類別模式的那些“選擇性”信息的提取，也就是說，特征提取的主要目的就是盡可能集中表現(xiàn)顯著類別差異的模式信息。另一個(gè)目的則是盡可能縮小數(shù)據(jù)集，以提高識別率，減少計(jì)算量。目前.，小波分析己經(jīng)廣泛地應(yīng)用于信號處理、地震勘探、語音識別與合成、機(jī)械故障診斷與監(jiān)控等科技領(lǐng)域。小波分析可以從多分辨率分析及濾波器組的概念上進(jìn)行解釋，通過對信號進(jìn)行多層小波分解，來提取信號的特征。小波分析可以看成用基本頻率為v()的帶通濾波器在不同尺度(也稱為層)a下對信號做濾波。在某級尺度下將信號分解成細(xì)節(jié)分量和概貌分量，在更高一級小波變換時(shí)，又將上一層的概貌分量分解成頻率成分更低的概貌分量和細(xì)節(jié)分量。這樣，隨著尺度的增大，信號中越來越多的高頻成分被提取出來，其中也包括高頻噪聲，而剩余的概貌分量則主要包含了信號中的低頻成分。由負(fù)載的電壓和電流信號的波形可推測，電壓和電流信號是由幾個(gè)不同頻率的正弦信號所組成，因此可以采樣小波變換來進(jìn)行負(fù)載識別。對負(fù)載的電流信號做5層Dmever小波分解，計(jì)算各負(fù)載電流值的平方和、細(xì)節(jié)部分第5層的能量以及概貌部分與細(xì)節(jié)部分第5層的能量的比值，根據(jù)這些特征值識別出大功率阻性負(fù)載與計(jì)算機(jī)。因此利用小波變換方法可識別用電負(fù)載中是否含有計(jì)算機(jī)負(fù)載、是單純的計(jì)算機(jī)負(fù)載還是計(jì)算機(jī)與其它電器的混合負(fù)載，還可以更進(jìn)一步的識別出計(jì)算機(jī)的臺數(shù)。但是不能區(qū)分是正弦電壓還是非正弦電壓，需要通過觀察電壓和電流的波形得到電壓的工作狀態(tài)。 本系統(tǒng)采用的算法采用傅立葉算法或小波分析算法時(shí)，計(jì)算量龐大，對處理器要求較高，在誤差要求不是很高的場合可以采用差值比較的算法。通過試驗(yàn)比較，一般小功率的電器，其使用時(shí)電流波形比較接近正弦函數(shù)，但像計(jì)算機(jī)一類的功率稍大的電器，其電流波形變化比較顯著，兩者的波形比較見下圖： 白熾燈的波形 圖 計(jì)算機(jī)的波形我們可以檢測其在出現(xiàn)突變值后的電流變化，如出現(xiàn)一個(gè)極大值之后的一段時(shí)間連續(xù)出現(xiàn)大值則可判斷其為大功率負(fù)載，而普通電器的電流變化較平緩，在一些情況下雖然也可能出現(xiàn)電流的跳變，但干擾過去以后，其電流的變化又恢復(fù)平緩變化。在本系統(tǒng)中，我們通過電流互感器和其外圍電路的參數(shù)選擇，使A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果與負(fù)載功率的大小形成每增加一個(gè)二進(jìn)制單位對應(yīng)負(fù)載增加1W的對應(yīng)。假設(shè)單個(gè)電器的最大限定值為300W，算法步驟如下：系統(tǒng)軟件每20mS對負(fù)載電流進(jìn)行1次采樣，每次A/D轉(zhuǎn)換后的值都與前次值求差，如果差值達(dá)到300W則將大值標(biāo)志位記1，并將上次A/D轉(zhuǎn)換的電流數(shù)據(jù)做為暫時(shí)設(shè)定值，繼續(xù)采樣電流的數(shù)據(jù)。接下來的A/D轉(zhuǎn)換值如果大于暫時(shí)設(shè)定值，則將計(jì)數(shù)器加1，則判斷目標(biāo)房間使用了大功率電器，計(jì)數(shù)器和大值標(biāo)志位清零，驅(qū)動繼電器斷電；，則其電流變化可能為干擾信號，計(jì)數(shù)器和大值標(biāo)志位清零，重新監(jiān)聽電流的變化。為了讓功率限定值可以方便的更改，在系統(tǒng)開始時(shí)，從外部輸入一電壓信號，單片機(jī)讀取該值后將該值作為電流跳變的基準(zhǔn)差值（系統(tǒng)中05V對應(yīng)0800W的功率變化）。第5章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)程序開始前，調(diào)用延時(shí)1秒子程序，使程序有足夠的時(shí)間躲過斷電后重新沖來電時(shí)可能存在的尖峰電流，保證單片機(jī)的穩(wěn)定工作；然后調(diào)用初始化子程序，進(jìn)行各控制寄存器的賦值及部分存儲地址分配。隨后進(jìn)行定時(shí)到標(biāo)志位判斷，定時(shí)的長短為差值比較算法中的單位周期。調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序時(shí)，第一次調(diào)用讀出無效數(shù)據(jù)，因?yàn)榈谝淮巫x出的數(shù)據(jù)為隨機(jī)的通道號轉(zhuǎn)換而來的，即讀出的數(shù)據(jù)為隨機(jī)數(shù)，無效。程序通過監(jiān)聽串行中斷的方式觸發(fā)收發(fā)子程序，收發(fā)子程序先進(jìn)行地址比較后回饋確認(rèn)信息，然后接收命令數(shù)據(jù)幀。減法及比較子程序檢測功率突變次數(shù)（本裝置設(shè)置為10次），如達(dá)到設(shè)定值，置斷電標(biāo)志位有效?？刂谱映绦蜻M(jìn)行繼電器的通斷控制。： 內(nèi)存分配表73H—7FH堆棧區(qū)71H存高4位設(shè)定值比較結(jié)果標(biāo)志70H存低8位設(shè)定值大值標(biāo)志位6FH存高4位差值強(qiáng)制斷電標(biāo)志位￤高4位減法出現(xiàn)負(fù)值標(biāo)志位60H低8位減法出現(xiàn)負(fù)值標(biāo)志位5FH存低8位差值斷電保護(hù)標(biāo)志位￤R7減法程序入口指針50HR6子程序中計(jì)數(shù)器存儲單元4FH存儲A/D轉(zhuǎn)換高4位結(jié)果R5￤R440HR3高于設(shè)定值（功率）次數(shù)計(jì)數(shù)器3FH存儲A/D轉(zhuǎn)換低8位結(jié)果R2A/D轉(zhuǎn)換程序中做計(jì)數(shù)器￤R1A/D轉(zhuǎn)換的模擬量通道號30HR0A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲單元地址指針MAIN主程序調(diào)用延時(shí)1秒子程序調(diào)用初始化子程序定時(shí)到標(biāo)志TR1=1？Y清零RTR大值標(biāo)志位NRI=1 時(shí)觸發(fā)串口中斷調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序差值比較算法子程序通信子程序調(diào)用控制子程序RETI中斷返回當(dāng)系統(tǒng)采用定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)A/D采樣循環(huán)，當(dāng)接收到上位機(jī)地址廣播時(shí)，采用中斷響應(yīng)方式，轉(zhuǎn)入通信子程序。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，必須將R3清空，保證目標(biāo)房間內(nèi)因沖擊出現(xiàn)的高電流不會誤導(dǎo)系統(tǒng)的算法判斷。 初始化子程序初始化子程序設(shè)置堆棧指針設(shè)置定時(shí)器寄存器設(shè)置各入口地址指針清零各自定義標(biāo)志位取A/D轉(zhuǎn)換通道號及控制字調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序存儲功率比較設(shè)定值轉(zhuǎn)定時(shí)到標(biāo)志判斷取A/D轉(zhuǎn)換通道號本程序兩次取A/D轉(zhuǎn)換通道號，這是因?yàn)榈谝淮螐耐ǖ?讀取單個(gè)電器功率負(fù)載上限的設(shè)定值，第二次取通道號0，后來的程序?qū)⒆x取目標(biāo)房間電流的數(shù)據(jù)值。注意：因?yàn)橥ǖ捞?接一可調(diào)分壓電阻，且其上限電壓為5V，而我們電流互感器設(shè)定：當(dāng)目標(biāo)房間負(fù)載為最大負(fù)載時(shí)其二次側(cè)負(fù)載電阻上的壓降為5V（這是因?yàn)門LC2543的最大模擬輸入值約為5V），則其分壓電阻的電壓數(shù)據(jù)值與單個(gè)電器功率上限設(shè)定值成正比關(guān)系，即：，所以其A/D轉(zhuǎn)換值即為上限設(shè)定值的二進(jìn)制度量表示。 A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖地址指針R0的值大于39H？NYAD10采樣子程序清零AD_CS選中2543移位循環(huán)4次A/D數(shù)據(jù)低4位存入@R0+8中移位循環(huán)8次A/D數(shù)據(jù)高8位存入@R0中地址指針R0+1復(fù)位R0 30H→R0 其中采樣數(shù)據(jù)長度為12位，MSB（高位）先導(dǎo)輸出，對一個(gè)通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的子程序?yàn)椋鹤映绦蛉肟?，寄存器A高4位中存放待轉(zhuǎn)換的模擬量通道號（本裝置為0通道），低4位存放控制字。子程序出口：R0寄存器中存放A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的入口地址（30H）。注意：調(diào)用A/D采樣子程序，第一次讀出的數(shù)據(jù)為隨機(jī)數(shù)，為無效數(shù)據(jù)應(yīng)先被調(diào)出。 差值比較算法子程序流程圖差值比較算法子程序=1？R3=1?NYN修改減法入口地址調(diào)用減法子程序調(diào)用比較子程序N=1？Y復(fù)位減法入口地址N=1？Y計(jì)數(shù)器R3加1轉(zhuǎn)控制子程序當(dāng)沒有出現(xiàn)大于300W的設(shè)定值前，減法程序求前次A/D轉(zhuǎn)換和本次A/D轉(zhuǎn)換的差值，若出現(xiàn)大值后，減法程序求出現(xiàn)大值前次的A/D轉(zhuǎn)換與以后的A/D轉(zhuǎn)換值（）的差值。 注意：比較標(biāo)志位只代表減數(shù)與被減數(shù)的關(guān)系，其意義隨減法程序的入口地址變化而變化。 減法子程序流程圖減法子程序、A/D數(shù)據(jù)低8位做減法CY=1？NY存儲數(shù)據(jù)低8位減法差值A(chǔ)/D數(shù)據(jù)高4位做減法CY=1？NY存儲數(shù)據(jù)高4位減法差值程序的總體思路是對采樣數(shù)據(jù)與前一次采樣周期的最后一次采樣做差運(yùn)算。A/D數(shù)據(jù)為兩字節(jié)，因此減法為兩字節(jié)減法運(yùn)算，先做低8位減法，再做高4位減法。注意：低字節(jié)、高字節(jié)做減法時(shí)都可能產(chǎn)生借位，特別設(shè)置了標(biāo)志位（、）來進(jìn)行標(biāo)志，為比較程序的判斷做準(zhǔn)備。 比較子程序流程圖YYNYNNN=1?比較標(biāo)志位置0=1?=1?比較子程序轉(zhuǎn)比較標(biāo)志位判斷比較標(biāo)志位置1轉(zhuǎn)比較標(biāo)志位判斷 比較子程序判斷減法子程序中減數(shù)與被減數(shù)的關(guān)系，若被減數(shù)大于減數(shù)置比較標(biāo)位為1，若被減數(shù)小于減數(shù)置比較標(biāo)志位為0。 通信子程序了流程圖通信子程序清RI等待主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)幀？是否為本機(jī)地址？PSW、PC等入堆棧并清零RI Y N Y準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)0→SM2 把本機(jī)地址發(fā)送給主機(jī) N Y 發(fā)數(shù)據(jù)或斷電？轉(zhuǎn)控制子程序發(fā)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)幀修改A/D數(shù)據(jù)存儲地址指針PSW、PC等出堆棧中斷返回RETI 控制子程序流程圖控制子程序？驅(qū)動光耦合器1→大值計(jì)數(shù)器R3為10？驅(qū)動光耦合器1→清零R3轉(zhuǎn)定時(shí)到標(biāo)志判斷附錄 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)總圖