【正文】 圖 41 學(xué)生公寓等效電路模型 u(t)=Usin(ωt) S iL(t) i1(t) Z1 i2(t) Z2 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 13 = ??2/2/2TTT{ k sin(ωt+φ)+ f [U sin(ωt)]} cos(nωt)dt = ??2/2/2TTTf [U sin(ωt)] cos(nωt)dt， n=2， 3， 4．．． b2n = ??2/2/2TTTiL(t)sin(nωt)dt (44) = ??2/2/2TTT{ k sin(ωt+φ)+ f [U sin(ωt)]} sin(nωt)dt = ??2/2/2TTTf [U sin(ωt)] sin(nωt)dt， n=2， 3， 4．．． 對比式 (41)~式 (44)可以看出， a2n = a1n， b2n = b1n， n=2， 3， 4．．．，即諧波分量不變。 Z2 為非線性負載，流過 Z2 的電流為 i2(t)=f [u(t)]=f [U sin(ωt)]； Z1 為待投入的負載，可以是線性負載 （ 阻性和感性 ） 和非線性負載。利用 FFT 變換來檢測電力諧波是 一種以數(shù)字信號處理為基礎(chǔ)的測量方法 ,其基本過程是對待測信號 （ 電壓或電流 ） 進行采樣，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換，再用計算機進行傅里葉變換，得到各次諧波的幅值和相位系數(shù)。 諧波檢測方法 諧波檢測方法 目前諧波檢測的方法主要有： （ 1） 采用模擬帶通或帶阻濾波器測量諧波； （ 2） 基于小波分析的諧波測量； （ 3） 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波測量； （ 4） 基于瞬時無功功率理論的檢測方法； （ 5） 基于傅立葉變換的諧波測量 [8]。由于應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目的就是要能夠識別各種電器負載的類型，因此可以用每種負載的類型編碼作為 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的要求輸出。典型 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可分為輸入層、隱層和輸出層，其特點是：各層神經(jīng)元僅與相鄰層神經(jīng)元之間有連接，連接權(quán)值可通過學(xué)習(xí)來調(diào)節(jié)，各層內(nèi)神經(jīng)元之間無任何連接，各層神經(jīng)元之間無反饋連接。此種方法的不足之處是不能區(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) [6]。由負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不同頻率的正弦信號所組成，因此可以采用小波變換來進行負載識別。小波分析優(yōu)于傅立葉變換的地方是，它在時域和頻域同時具有良好的局部化性質(zhì)。 基于小波變換的負載識別 的應(yīng)用 小波分析是一種信號的時間 — 尺度 （ 時間 — 頻率 ） 分析方法，它具有多分辨率分析的特點。一種負載識別理論的新出現(xiàn)或更新都會促使智能管理系統(tǒng)走上一個新臺階。 (5)注意在程序的有關(guān)位置處寫上功能注釋，提高程序的可讀性。 (4)為提高軟件設(shè)計的總體效率，在編寫應(yīng)用程序之前，應(yīng) 繪制出程序流程圖。 (2)各功能程序?qū)嵭心K化、子程序化，這樣便于調(diào)試、修改和擴展。 表 31 主要引腳說明 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 10 第 4 章 軟件設(shè)計 軟件設(shè)計概述 軟件設(shè)計 采用 的是 模塊化設(shè)計方法，根據(jù)設(shè)計要求分成相應(yīng)的模塊，然后分頭進行，提高軟件設(shè)計的工作效率。 S3C44B0X 芯片內(nèi)置同步串行口模塊 ,他可以和各種需要串行數(shù)據(jù)總線的外部設(shè)備進行連接， SIO 接口直接接在 MCP2510 的 SPI 接口上。我們這個系統(tǒng)的微控制器是 S3C44B0X 本身沒有集成 CAN 控制器芯片，選用了獨立的Microchip 公司的 MCP2510 芯片。下位機也可以將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)隨時傳送給上位機，以實現(xiàn)上位機對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測和系 統(tǒng)運行狀態(tài)的畫面顯示，校時、繼電器的斷合、電量等操作。 VCC5PWDN16FS17A06A17A28A39A410GND15A511SD01SD12SCLK3EOC/INT4CS20CSTART14REFM18REFP19A713A612GNDCT1CT210uFCT3GPD0GPD1GPD2GPD3GPD4GPD5A0A3A5A7V0UT TLV2548圖 32 TLV2548 引腳圖 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 名稱 引腳號 I/O 說明 SDO 1 O A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果通向 ARM的三態(tài)串行輸出端 SDI 2 I 串行數(shù)據(jù)輸入端 SCLK 3 I 外部串行時鐘輸入端 EOC/（ INT） 4 I 轉(zhuǎn)換結(jié)束或者主處理器中斷 VCC 5 I 電源 A0~A7 6~9 I 需要轉(zhuǎn)換的模擬信號輸入端，內(nèi)部多路復(fù)用 CSART 14 I 用于控制模擬輸入的開始和啟動轉(zhuǎn)換 GND 15 I 用于接地 CS 20 I 片選信號輸入 通信模塊 系統(tǒng)的通信部分可以實現(xiàn)下位機與上位機之間的通信。 TLV2548 和微處理器之間的數(shù)據(jù)傳輸最快和最有效的方法是用串行外設(shè)接口 (SPI)。每個周期采集 200 次，并且每個周期五路都要采集。它具有內(nèi)置轉(zhuǎn)換時鐘 (OSC)可以采用外部 SCLK 作為轉(zhuǎn)換時鐘源以獲取更高的轉(zhuǎn)換速度 （ 在 20MHz的 SCLK 時可高達 s） 。 TI 公司生產(chǎn) TLV2548 芯片是一個共性能、低功耗、高速度的 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。由于單片機獨特的I/O 操作和控制功能，高精度、接口簡單而又價格低廉的串行 A/D 芯片在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中受到歡迎。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換器的功能是將模擬量轉(zhuǎn)換為與其大小成正比的數(shù)字量信號。 工作電壓范圍：內(nèi)核 ， I/O 口： ～ 。 S3C44B0X 單片機簡介 S3C44B0X 是以 ARM7TMDI 為內(nèi)核的高性能 CPU，是 ARM 公司最早為業(yè)界普遍認可并且贏得最廣泛應(yīng)用的處理核。而當有單個功率在300W 以上的大功率電器接入時，瞬時電流的變化量將超過允許使用單個電器的上限值，單片機主控器將記憶該值，并在規(guī)定的時間內(nèi)連續(xù)采樣 N 次，通過進一步的比較和分析判斷：若為某一電器 （ 小于設(shè)定值 ） 接入時的沖擊或電網(wǎng)干擾電流，輸出模塊不動作，繼續(xù)供電；若是恒定的大功率電器接入，則單片機輸出控制信號使繼電器動作并停止供電，延時 30s 后再自動重合閘恢復(fù)送電，而設(shè)置 的總功率上限值，一方面可限制總用電功率，另一方面可實現(xiàn)用電安全保護。根據(jù)功率最小禁用電器 （ 一般為 300W） 接入時，設(shè)定單個電器的 上限值。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 6 在本管理系統(tǒng)中控制宿舍是否斷電由繼電器執(zhí)行的，繼電器串聯(lián)在公寓供電電線上，當發(fā)現(xiàn)違章電器或者定額電費用完時， S3C44B0X 會發(fā)出關(guān)斷信號，信號從通用I/O 發(fā)出，經(jīng)過滯回比較器、三極管和小繼電器，送到 12 V 直流繼電器，關(guān)斷對應(yīng)宿舍的供電。 為了提高供電可靠性，電路設(shè)計時加了強制開關(guān)。繼電器輸出形式的輸出通道，一般要加驅(qū)動電路，以提高驅(qū)動能力，從而控制繼電器動作。 系統(tǒng)中是用兩個 74HC04（ 反相器 ） 構(gòu)成的滯回比較器，滯回比較器又叫施密特觸發(fā)器。其中主控制模塊完成數(shù)據(jù)處理和輸出控制功能；信息檢測模塊完成對負載用電回路電流的采集功能； A/D 轉(zhuǎn)換模塊主要完成對主電路的電流進行采樣；輸出控制模塊實現(xiàn)控制負載用電回路通斷的功能；保護模塊完成短路保護功能；通信模塊可以實現(xiàn)上位機與下位機之間的通信；備用電源是為防止系統(tǒng)掉電時數(shù)據(jù)丟失而設(shè)置的。設(shè)置禁用下限值，對學(xué)生宿舍內(nèi)使用的電器進行智能識別，能自動識別所用電器是常規(guī)電器還是禁用的大功率阻性電器，從而限制大功率禁用電器的使用。 把計算機的開關(guān)電源當 作 220V 電網(wǎng)的一個負載，這種負載在 220V市電輸 入端看來等效于一個容性負載，雖然它的電壓波形還是正弦波，但是它的電流波形已經(jīng)畸變了，不再是規(guī)則的正弦波，而是接近脈沖波的波形 。 計算機的電源是開關(guān)電源，屬于非線性負載 （ 也叫整流性負載 ） 。 (3)感性負載接入電路后，電壓電流波形近似于正弦波，電流信號中只含有 1 次諧波和 3 次諧波，其它諧波的幅度近似為 0，且 1 次諧波幅度很大， 3 次諧波幅度很小。 各類負載接入電路 后的特點 (1)計算機類 負載接入電路后，其電流波形有兩個尖峰，已完全不同于正弦信號，包含了大量諧波，奇次諧波都有不同的分量存在，但幅度較大的主要是 9 次諧波，其它諧波的幅度較小。這可以從兩個方面來理解：其一，從能量角度來看，惡性負載是指將吸收的電能大部分轉(zhuǎn)化為熱能釋放，只有很少一部分轉(zhuǎn)化為其他能量（ 如：光能、機械能 ） ；其二，從伏安特性 （ VI） 角度來看，凡是 VI 特性類似于電阻 VI 特性的用電器，統(tǒng)稱為惡性負載 [3]。 (3)感性負載 ：電壓和電流的波形相同，相位不同，電流的 變化滯后電壓變化一個相位差，如日光燈。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 第 2 章 負載分類及特征 學(xué)生公寓常見的用電負載類型 及其特性 負載分類及其特性 通過調(diào)查研究，學(xué)生 公寓 常用的用電器可分為三大類 ： (1)計算機類 負載：這類負載在供電電壓為標