完整版基于学生宿舍用电自动控制系统的研究毕业设计.docx
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完整版基于学生宿舍用电自动控制系统的研究毕业设计
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摘要
目前大学生宿舍已普遍实行公寓化管理,如何科学合理地对学生进行电能管理仍是一个亟待解决的问题。
本文设计了一种采用ADI公司的电能计量芯片ADE7755的用电自动控制器,通过对用电情况的监视,保证正常用电,同时查处异常用电,从而有效地限制了学生使用热得快、电热毯、电磁炉等易造成电路的超负荷运行,甚至引起火灾的大功率用电器。
该装置监测到宿舍用电功率值超过限定功率值时即自动断电同时发出报警声,并能通过数码管显示当前电流值,电压值,功率值。
关键词:
功率测量AT89C51单片机ADE7755LED显示
Designforapartmentselectricautomaticcontroller
Abstract:
CurrentcollegedormitoryofenergymeteringapplyADIADE7755chips,throughthepoweroftheautomaticcontrollerforuseofsurveillance,ensurethenormalandabnormalelectricalpower,atthesametime,thuseffectivelylimitsthestudentsusecookeretcbytheinfluxofcircuit,andevencausefirepowerappliances.Thisdevicetothedormitoryelectricitypowermonitoringoverlimitedpowerautomaticallywhenthealarmsoundpower,andalsocandisplaythecurrentthroughdigitaltube,voltage,powervalue.
Keywords:
powermeasurement;AT89C51chip;ADE7755chip;LEDdisplay
目次
第一章公寓自动用电器概述……………………………………………………………1
1.1课题的背景………………………………………………………………………1
1.2课题研究的意义…………………………………………………………………1
1.3课题研究的目的…………………………………………………………………1
第二章方案论证及系统设计……………………………………………………………2
2.1有功功率测量方案论证…………………………………………………………2
2.2系统设计…………………………………………………………………………4
第三章系统硬件介绍……………………………………………………………………5
3.1单片机简介………………………………………………………………………5
3.1.1单片机简介………………………………………………………………5
3.1.2单片机编程语言简介……………………………………………………6
3.1.3系统选择…………………………………………………………………7
3.1.4AT89C51引脚功能介绍…………………………………………………9
3.1.5定时器0和1使用………………………………………………………11
3.2ADE7755原理介绍………………………………………………………………12
3.2.1ADE7755简介……………………………………………………………12
3.2.2ADE7755的用功功率测量原理…………………………………………15
第四章硬件设计…………………………………………………………………………17
4.1单片机最小系统………………………………………………………………17
4.2供电电路设计…………………………………………………………………18
4.3继电气接口电路………………………………………………………………19
4.4键盘电路设计…………………………………………………………………20
4.5显示电路设计…………………………………………………………………22
4.6电量采集电路硬件设计………………………………………………………22
第五章软件设计…………………………………………………………………………24
5.1KeilC5简介……………………………………………………………………24
5.2各个模块程序介绍………………………………………………………………26
5.2.1键盘子程序设计…………………………………………………………26
5.2.2显示子程序………………………………………………………………26
5.2.3定时器1子程序…………………………………………………………28
5.2.4频率子程序………………………………………………………………29
第六章全文总结与展望…………………………………………………………………31
6.1结论………………………………………………………………………………31
6.2设计完善…………………………………………………………………………32
6.3展望………………………………………………………………………………32
致谢………………………………………………………………………………………33
参考文献…………………………………………………………………………………34
附录一………………………………………………………………………………………
附录二………………………………………………………………………………………
第一章公寓用电自动控制器概述
1.1课题的背景
随着人们生活水平的提高,以及微电子,自动控制和计算机等技术的飞速发展和广泛应用,人们对住宅的安全性能的要求也越来越高,智能住宅的安全防范系统也应运而生。
而在当今智能化住宅小区蓬勃发展的时候,却忽视了同样需要智能化管理的一块巨大市场——大学校园。
随着物质生活的富裕,和计划生育的实施,当代的大学生是在家长的溺爱和应试教育的模式下成长起来的一代,大多缺乏独立生活的能力,和对生活常识的了解,对能源的节约意识也不够强。
所以公寓寝室经常发生诸如能源浪费,火灾等事件,给学校造成了巨大的损失,也给学生的生命财产带来了巨大的威胁。
高校后勤社会化是社会主义市场经济发展的必然趋势,是我国高等教育跨越性发展的前提,是科教兴国战略的客观需要。
而在高校的各项后勤工作中,学生公寓的管理和服务是后勤工作不可或缺的重要组成部分,因此必然成为改革中的重要内容。
但学生公寓等后勤设施不完善、管理水平有待提高,仍然是制约高等教育发展的一个关键因素。
1.2课题研究的意义
为此,为进一步规范加强学生公寓的管理,健全防火安全长效机制。
在完善规章制度,健全组织机构的同时,利用先进的科技手段,发展智能化管理系统。
坚决杜绝违章用电,特别是学生公寓内的违章用电问题,做好学生公寓的防火防盗工作。
充分依靠技术手段完善管理缺陷,实现管理智能化。
教育部近年来曾两次下发文件,要求“学生公寓内要设立火灾预警监视系统、恶性用电识别装置,通过技术防范设施防止火灾发生”。
据京华时报报道,北京市高校秋季学生公寓安全检查也于2006年10月10日正式启动。
其中,检查重点为学生公寓安全,尤其是用电安全。
但要真正做到用电安全,必须在平时对学生公寓的用电进行控制。
1.3课题研究的目的
本课题根据安全防范系统的发展现状及其发展趋势,研究并设计了一个具体针对学生公寓特殊情况的,比较完整的用电安全防范系统。
其目的就是设计一个限电自动控制器,使其在允许用电功率范围内能正常用电,超过限定功率即自动停电且发出报警声,并能通过数码管显示当前电流,电压,功率值。
第二章方案论证及系统设计
2.1有功功率测量方案论证
对于交流功率,有:
其中瞬时功率
其中有功功率
其中无功功率
其中视在功率
所以
有功功率测量方案分感应式电能测量和电子式测量功率。
电子式测量功率是采用乘法器来实现电功率测量的,被测电压和电流通过电压变换器和电流变换器转换后送至乘法器,乘法器完成电压和电流瞬时值相乘,输出一个与平均功率成正比的直流电压,再用模拟电路或微处理系统进行处理。
这里主要论述电子式有功功率测量方案:
方案一:
用四象限模拟乘法器。
功率P=UI,所以可以用模拟乘法器测量功率,基本原理如图。
设,,,ZL是负载,经过RC滤波器后,其平均值代表有功功率。
如图2.1所示,这种方法是用纯模拟器件进行处理,它的缺点是成本高,容易受干扰,精度不高。
图2.1纯模拟电路处理电路
方案二:
直接对电压,电流进行ADC采样,用软件计算有功功率。
这种方法是用两路ADC分别对电压和电流进行量化,其中:
N是一个周期内的采样点数,,T为电压电流的周期,为采样间隔时间,和是电压和电流采样点的离散值。
单相有功功率的平均值是:
单相功率因数的计算:
这种方法是用微处理器直接对电压,电流进行ADC采样,特点是ADC硬件成本高,因为要做大量运算对微处理器性能要求比较高,精度也不容易做高【1】。
方案三:
用专用电能计量芯片。
如ADI公司的ADE7755专用电能计量芯片。
ADE7755是用于电能计量设备上的芯片,它将有功功率的信息以频率的形式输出。
在5060Hz输入信号时都能满足IEC标准规定的测试精度要求,在1000:
1的输入动态范围内,测试误差小于0.1%。
ADE7755特点
(1)在5060Hz输入信号时都能满足IEC标准规定的测试精度要求,在1000:
1的输入动态范围内,测试误差小于0.1%。
(2)具有负功率或错线指示功能。
(3)片内带有抗混叠滤波器。
(4)带有电源电压检测功能,电源电压降低到80%VDD时,芯片自动复位。
(5)2.5V片内高精度参考电压源,绝对偏差小于4%,温漂小于20ppm℃。
(6)5V单电源工作,正常工作时芯片功耗30mW。
(7)工作温度范围-40~85℃的特点。
(8)成本<1美元。
根据上面各种方案的优缺点分析,采用第三种方案。
2.2系统设计
系统设计的思想是用专用电能计量芯片对系统功率进行测试,用单片机对系统功率进行实时监控,但一段时间内的功率平均值超过设定值时,控制继电器切断电路,当人工处理后重新接通电路,对用户供电【2】。
系统示意图如图2.2所示。
图2.2系统示意图
第三章系统硬件介绍
3.1单片机介绍
3.1.1单片机简介
1.单片机概述
单片微机(Single-ChipMicrocomputer)简称单片机,也有的叫做微处理(Micro-Processor简写μP)或微控制器(Micro-Controller简写μC),通常统称微型处理部件(MicroControllerUnit简写MCU)。
一般的说,单片机就是在一块硅片上集成CPU、RAM、ROM、定时器计数器、和多种IO的完整的数字处理系统。
二十世纪,微电子、IC集成电路行业发展迅速,其中单片机行业的发展最引人注目。
单片机功能强、价格便宜、使用灵活,在计算机应用领域中发挥着极其重要的作用。
从INTEL公司于1971年生产第一颗单片机Intel-4004开始,开创了电子应用的“智能化”新时代。
单片机以其高性价比和灵活性,牢固树立了其在嵌入式微控制系统中的“霸主”地位,在PC机以286、386、Pentium、PⅢ高速更新换代的同时,单片机却“始终如一”
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