宿舍用電智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[研究分析]

1、目 錄摘要及關(guān)鍵詞11 引言11.1 課題的提出11.2系統(tǒng)分析22方案論證及系統(tǒng)設(shè)計(jì)32.1有功功率測(cè)量方案論證32.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)53系統(tǒng)硬件介紹63.1單片機(jī)簡(jiǎn)介63.2單片機(jī)編程語言介紹73.3系統(tǒng)選擇73.4 AT89C51引腳功能介紹83.5定時(shí)器0和1使用104硬件設(shè)計(jì)114.1單片機(jī)最小系統(tǒng)114.2供電電路設(shè)計(jì)124.3繼電器接口電路135軟件設(shè)計(jì)145.1 Keil C51簡(jiǎn)介145.2各個(gè)模塊程序介紹166全文總結(jié)17附錄19參考文獻(xiàn)23謝 辭25技術(shù)發(fā)展高校公寓智能節(jié)水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，電力系統(tǒng)在學(xué)生宿舍樓中的應(yīng)用越來越廣泛，并且日趨復(fù)雜化。這就

2、對(duì)學(xué)生宿舍樓的電力交流參數(shù)的測(cè)試和管理水平提出了更高的要求。該文介紹了一種新型的，適用于學(xué)生宿舍樓電量測(cè)量的多參數(shù)電力系統(tǒng)模塊。該模塊基于采樣定理，利用準(zhǔn)同步采樣法對(duì)電力參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。整個(gè)系統(tǒng)由主控模塊、采樣測(cè)量模塊、顯示模塊等組成。主控單元模塊由Intel的16位單片機(jī)AT89C51作為核心處理器，對(duì)各個(gè)傳感器傳送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。數(shù)據(jù)處理傳輸模塊也是采用80C196KB作為CPU，對(duì)若干個(gè)集中監(jiān)控單元模塊傳上來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、控制。該系統(tǒng)還可以安裝串行通信接口與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)傳通信。關(guān)鍵詞：功率測(cè)量；AT89C51單片機(jī)；ADE7755；LED顯示1 引言1.1課題的提出高校學(xué)生宿舍

3、的用電管理問題，一直是擺在高校學(xué)生宿舍管理者面前的一道難題，傳統(tǒng)的以手工操作為主的學(xué)生宿舍用電管理方式，信息反饋慢，工作效率低，管理質(zhì)量差。在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用的今天，這種落后的管理方式與時(shí)代的步伐已顯得格格不入，對(duì)學(xué)生宿舍用電實(shí)行智能化、信息化管理，是信息時(shí)代對(duì)高校學(xué)生公寓管理工作提出的客觀要求。幾乎所有院校目前的學(xué)生公寓，是按房間安裝了電度表，對(duì)學(xué)生宿舍用電實(shí)行定額管理。學(xué)校按照規(guī)定給每個(gè)宿舍核撥用電定額。用電在定額以內(nèi)的部分，由學(xué)校承擔(dān)，定額以外的部分，由學(xué)生自己承擔(dān)。但是由于沒有安裝“學(xué)校用電收費(fèi)管理系統(tǒng)”等類似的相關(guān)系統(tǒng)軟件，在用電管理過程中，每抄一次表就需要花很長(zhǎng)的時(shí)

4、間，同時(shí)還有大量的數(shù)據(jù)和信息需要處理，既費(fèi)工又費(fèi)力，還容易出錯(cuò)。如何使數(shù)據(jù)與信息在用電管理系統(tǒng)的相關(guān)模塊間流動(dòng)起來，為學(xué)生宿舍用電管理提供科學(xué)的管理方法，使管理更嚴(yán)謹(jǐn)，同時(shí)更具有操作性，節(jié)省操作人員的勞動(dòng)，成為學(xué)校用電收費(fèi)管理人員的當(dāng)務(wù)之急。學(xué)校用電收費(fèi)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容：本系統(tǒng)是單機(jī)版的應(yīng)用系統(tǒng)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有以下功能：（1）用戶管理（2）電費(fèi)抄表登記（3）電費(fèi)收繳（正常、超支、停電）（4）報(bào)表統(tǒng)計(jì)打?。?）用戶用電查詢（6）系統(tǒng)維護(hù)等。本系統(tǒng)具備的特點(diǎn)有：界面美觀，操作方便；大大提高工作效率；能及時(shí)、準(zhǔn)確地反映學(xué)生宿舍用電情況；信息收集、處理、存儲(chǔ)、打印方便；收費(fèi)程序更加規(guī)范；系統(tǒng)可維護(hù)性強(qiáng)

5、、管理集中。本系統(tǒng)前臺(tái)利用Visual Basic語言、后臺(tái)使用ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行開發(fā)，適用于windows xp，或更高的軟件支持平臺(tái)，便于以后的系統(tǒng)擴(kuò)展與更新，有著較好的開發(fā)前景。使用本系統(tǒng)后可提高學(xué)生們的節(jié)電意識(shí)，減少大手大腳隨意浪費(fèi)電能的現(xiàn)象，對(duì)于學(xué)校用電管理的規(guī)范化、制度化建設(shè)等工作都起到積極的作用。1.2系統(tǒng)分析學(xué)校用電收費(fèi)管理系統(tǒng)主要用于記錄本學(xué)校學(xué)生公寓寢室的用電情況并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行超支電費(fèi)收取，并對(duì)用電用戶、管理員檔案資料、用電相關(guān)信息等進(jìn)行錄入與維護(hù)工作。其主要的業(yè)務(wù)流程如下：1. 作為電費(fèi)管理系統(tǒng)，首先得要有用電用戶、管理員的最基本信息；所以需要建立用電用戶、管理員的

6、檔案資料，系統(tǒng)管理員對(duì)其進(jìn)行添加、刪除、修改等維護(hù)工作。2. 每個(gè)月的月末，抄表員收集好各寢室的上月及本月電表讀數(shù)，先進(jìn)行手工抄錄。然后將相關(guān)資料交給系統(tǒng)管理員或者直接進(jìn)入抄表系統(tǒng)，設(shè)置好本月電表的基本信息、抄表情況、電費(fèi)單價(jià)、收費(fèi)時(shí)間等系統(tǒng)參數(shù)；再將每個(gè)寢室的相關(guān)電表讀數(shù)輸入系統(tǒng)進(jìn)行電腦自動(dòng)計(jì)量和計(jì)費(fèi)。3. 將本月所有的電表信息輸入電腦后，既可完成了抄表工作。系統(tǒng)管理員再根據(jù)本月的電表信息，對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)和維護(hù)。檢驗(yàn)無誤后，再發(fā)布繳費(fèi)通知和本月的電費(fèi)清單，并提供電腦查詢電量電費(fèi)等信息。4. 發(fā)布繳費(fèi)通知后，便可開始對(duì)用戶進(jìn)行收取電費(fèi)工作。收費(fèi)員或者系統(tǒng)管理員進(jìn)入收費(fèi)系統(tǒng)，對(duì)用戶進(jìn)行收取用電用戶

7、當(dāng)月的電費(fèi)、以往的欠款、當(dāng)月及以往的滯納金，并將收費(fèi)情況進(jìn)行登記。5. 繳費(fèi)完畢后，對(duì)已繳費(fèi)或未按時(shí)繳費(fèi)的用戶進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。對(duì)未按時(shí)繳費(fèi)的用戶發(fā)布逾期情況的通知，并對(duì)逾期情況嚴(yán)重的用戶采取停電措施。6. 系統(tǒng)管理員要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)工作，以防止重要數(shù)據(jù)的丟失而加大工作量1。2方案論證及系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1有功功率測(cè)量方案論證對(duì)于交流功率，有： （式1） （式2） （式3）其中瞬時(shí)功率 （式4）其中有功功率 （式5）其中無功功率 （式6）其中視在功率 （式7）所以 （式8）有功功率測(cè)量方案分感應(yīng)式電能測(cè)量和電子式測(cè)量功率。這里主要論述電子式有功功率測(cè)量方案：方案一：用四象限模擬乘法

8、器。功率P=UI，所以可以用模擬乘法器測(cè)量功率，基本原理如圖。設(shè)，ZL是負(fù)載，經(jīng)過RC濾波器后，其平均值代表有功功率2。 圖1所示，這種方法是用純模擬器件進(jìn)行處理，他的特點(diǎn)是成本高，容易受干擾，精度不如意做高。圖1 純模擬電路處理電路方案二： 直接對(duì)電壓，電流進(jìn)行ADC采樣，用軟件計(jì)算有功功率。這種方法是用兩路ADC分別對(duì)電壓和電流進(jìn)行量化，其中： （式9） （式10）N是一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，T為電壓電流的周期，為采樣間隔時(shí)間，和是電壓和電流采樣點(diǎn)的離散值。單相有功功率的平均值是： （式11）單相功率因數(shù)的計(jì)算： （式12）這種方法是用微處理器直接對(duì)電壓，電流進(jìn)行ADC采樣，特點(diǎn)是ADC硬件

9、成本高，因?yàn)橐龃罅窟\(yùn)算對(duì)微處理器性能要求比較高，精度也不容易做高3。方案三：用專用電能計(jì)量芯片。如ADI公司的ADE7755專用電能計(jì)量芯片。ADE7755是用于電能計(jì)量設(shè)備上的芯片，它將有功功率的信息以頻率的形式輸出。在50/60Hz輸入信號(hào)時(shí)都能滿足IEC687/1036標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試精度要求，在1000：1的輸入動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，測(cè)試誤差小于0.1%。ADE7755特點(diǎn)：(1)在50/60Hz輸入信號(hào)時(shí)都能滿足IEC687/1036標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試精度要求，在1000：1的輸入動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，測(cè)試誤差小于0.1%； (2)具有負(fù)功率或錯(cuò)線指示功能； (3)片內(nèi)帶有抗混疊濾波器； (4)帶有電源電壓

10、檢測(cè)功能，電源電壓降低到80VDD時(shí)，芯片自動(dòng)復(fù)位； (5)2.5V片內(nèi)高精度參考電壓源，絕對(duì)偏差小于4%，溫漂小于20ppm/； (6)5V單電源工作，正常工作時(shí)芯片功耗30mW； (7)工作溫度范圍4085的特點(diǎn)；(8)成本設(shè)定開蜂鳴器斷開繼電器關(guān)蜂鳴器打開繼電器Key4=0顯示測(cè)量值開始NN2定時(shí)器0中斷流程圖時(shí)間變量加1L_time0+;入口RETI3外部中斷0流程圖入口如果正在計(jì)數(shù)停止計(jì)數(shù)開始計(jì)數(shù)RETI4定時(shí)器1中斷流程圖入口計(jì)數(shù)其重裝每10ms中斷一次計(jì)算千位、百位、十位、個(gè)位及小數(shù)點(diǎn)的段碼顯示個(gè)位顯示十位顯示百位顯示千位掃描按鍵第一個(gè)按鍵按下第二個(gè)按鍵按下第三個(gè)按鍵按下第四個(gè)按

11、鍵按下移動(dòng)光標(biāo)顯示設(shè)定值光標(biāo)所在位加1光標(biāo)所在位加1切換顯示設(shè)定值與測(cè)量值RETI參考文獻(xiàn)：1劉福啟,韓寶華.電子制作2005年合定本M.北京:電子制作雜志社,20052閹石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京:高等教育出版社,20043謝嘉奎.電子線路線性部分(第四版)M.北京:高等教育出版社,20044劉樂善,劉學(xué)清.微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用M.武漢:華中科技大學(xué)出版社,20055薛永毅.新型電源電路應(yīng)用實(shí)例M.北京:電子工業(yè)出版社,20016高峰.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京:科學(xué)出版社,20037Jean J.Labrosse,邵貝貝.嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uC/OS-M.北京:北京航空航

12、天大學(xué)出版社,20038 樓然苗.51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,20019 趙亮.單片機(jī)匯編語言編程與實(shí)例.北京:人民郵電出版社,200310 潘云鶴等.面向智能計(jì)算的記憶結(jié)構(gòu)理論綜述.計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展.1994,Vol.31，NO.12：374211 胡建軍、郭英凱等.基于計(jì)算智能的模糊規(guī)則自動(dòng)生成.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),1999,NO.11:1408141312 史培植.智能科學(xué)基本問題.13 董聰,郭曉華.智能計(jì)算機(jī)中的熱點(diǎn)問題.計(jì)算機(jī)科學(xué),1999,26(4):5914 張江,林華等.統(tǒng)一論集與人工只能.中國(guó)工程科學(xué),2002,Vol.4,No.3:404715 楊文龍編.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，200016 馬忠梅等.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，199717 馮建華.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開發(fā)M.北京：人民郵電出版社，200418 R David , H Alia. Pet ri Net s and Grafcet -Tools for Modeling Discrete Event Systems. Prentice Hall. New York. London ,1992.19 M J Stanton , W F Arnold , A A Buck. Model2ing