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功率设计

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学生公寓安全用电智能电表设计

导读: 本文着力于改进终端的用电安全监控及交互性等功能,提出了一种智能化终端——智能电表的设计。该智能电表可独立运行,单独安装于学生宿舍内,除能高精度计量电能之外,还可自动识别、限制大功率电器,宿舍无人则切断供电,杜绝大功率用电、无人用电的隐患。

  为有效管理学生公寓用电,国内许多高校在学生宿舍引入了集中式用电管理系统,此类系统一般由计量终端、中继模块及上位机组成,功能上过度依赖中继模块与上位机,只能实现简单的集中化用电管理,无法对大功率用电、无人用电等违规行为实时监控,无法杜绝违规用电带来的安全隐患,导致用电火灾时有发生;其次无电量实时提示功能,交互性差。

  本文着力于改进终端的用电安全监控及交互性等功能,提出了一种智能化终端——智能电表的设计。该智能电表可独立运行,单独安装于学生宿舍内,除能高精度计量电能之外,还可自动识别、限制大功率电器,宿舍无人则切断供电,杜绝大功率用电、无人用电的隐患;可实时提示电量不足,交互性大大增强;利用RS-485通讯模块可便捷接入现有用电管理系统,作为现有用电管理系统的终端。功能上的独立及单独安装也使得施工时只需简单的总线型供电线路即可,无需按照现有系统的星型供电线路施工,布线成本降低75%以上,施工难度也大大降低。

  1 智能电表硬件结构

  图1即智能电表基本结构框图。本电表由主控模块、热释电红外人体探测模块、计量模块、周边控制模块以及RS-485通信模块构成。硬件上采用模块化设计,可根据实际需要加入其他模块扩展功能。模块化设计使得各模块可独立运行,同时也可降低主控CPU负荷,只需进行简单响应各模块信号,无需复杂运算处理,简化程序运行,降低出错率。

 

  

 

  1.1 主控模块

  为彻底改变现有系统终端功能完全依赖中继实现的弊病,提高终端的独立工作与智能监控能力,将单片机作为终端的主控核心,脱离对中继功能上的依赖,独立对多路信号采集与判断,响应各种信号并执行相应动作。主控模块包括微处理器及周边电路,微处理器采用STC12C5 204AD单片机,其内置EEPROM、硬件看门狗以及掉电检测电路,丰富的内置功能模块可大大简化周边电路设计,同时也提高了系统本身的抗干扰能力。该主控模块功能如下:

  (1)通过外部中断INT0引脚采集电量模块送来的计数脉冲,计数并存储。

  (2)监控P1.2引脚电源电压,掉电时将用电数据存入内部EEPROM。

  (3)利用串口实现与集中器或上位机之间的数据传送、指令执行。

  (4)根据电量计算结果和红外检测状态启动周边控制模块,提示电量不足或切断供电,杜绝无人情况下电器运行,确保用电安全。

  原理图如图2所示。

 

  

 

  1.2 ADE7755计量模块

  电能计量部分采用专用计量芯片ADE7755,采用330μΩ锰铜分流器作为电流采样元件,将采样得到的电压输入V1P、V1N,另通过电阻网络将电压采样送至V2P、V2N,经内部转换、相乘后得到有功功率瞬时值,从引脚CF以较高频率输出至主控CPU引脚INT0产生中断,实现脉冲计数。主控模块累计脉冲个数,计满设定数值后清零,并将电能数值减1,存入内部EEPROM保存用电数据。本模块设定SCF=0,S1=1,S0=0,G1=G0=1,增益G为16,由公式

  

  已知8.06为常数,V1、G、Vref以及F1-4值给定,只需调整分压电阻即可调整V2值。本模块调整V2后设定脉冲常数为1 600,即计满1 600个脉冲为1 kW·h电量。可以设定更高的脉冲常数值进行计数,只需灵活改变相关参数即可。

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