住宅共用路灯用电量分配系统设计.docx
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住宅共用路灯用电量分配系统设计
毕业设计说明书
公用路灯用电量分配系统的设计
专业
电子信息工程
学生姓名
王乾
班级
BMZ电子082
学号
0861407225
指导教师
曹妍
完成日期
2012年5月31日
公用路灯用电量分配系统的设计
摘要:
随着住房制度改革的深入,越来越多的居民买了商品房,原来的单位住宅楼的公用路灯费用是由单位出资的,而商品住宅楼内的居民来自不同的单位,要不要安装路灯?
安装路灯后费用如何解决?
“公用路灯用电量分配系统”是为了解决商品住宅楼内公用路灯的收缴费用问题。
系统的设计包括硬件部分和软件部分的设计,硬件部分主要功能模块由单片机芯片AT89C2051,复位及看门狗电路MAX813L,继电器接口电路,数码管显示电路等组成。
系统以AT89C2051单片机为核心,利用其指令来实现对住宅公用路灯用电量的自动分配。
介绍了软件编程思想及设计中应考虑和解决的几个主要问题。
公用路灯用电量分配系统具有低功耗、可靠性、安全性、低成本等特点。
设计解决了楼道路灯电费收缴的难题,有较好的实用价值。
关键词:
公用路灯;用电量分配;单片机;看门狗;继电器电路
Designonpublicstreetlampofpowerconsumptiondistributionsystem
Abstract:
Alongwiththedevelopingofthehousesystem,moreandmorepeoplehaveboughtthecommodityapartment,thecostofstreetlampwaspaidbytheunitinthepast,butthepeopleinthecommodityarecomingfromdifferentplaces.Dotheyneedthestreetlampandhowtopaythecostforeveryone?
"Publicstreetlampofpowerconsumptiondistributionsystem",cansolveallofthem.
Thedesignincludesthesystematichardwareblockdiagramstructure,somemainfunctionmodule(theAT89C2051microcomputerandwatchdogtimerMAX813L,relayinterfacecircuit,etc.)andunitcircuit,thesoftwareprogrammingthoughtandtheproblemsinthedesigning.ThesystemtakesAT89C2051monolithicintegratedcircuitasakey,usingitsinstructiontogetthepublicstreetlampofpowerconsumptionofautomaticassignment.Andwiththeilluminatedexaminationsysteminthestreetlightstartbuttonelectriccircuit,itcanactaccordingtotheenvironmentbrightnesstocontrolwhethertousethestreetlight.Assignthedevicetohavelowconsumptioninpowerconsumptionofpublicstreetlamp;dependability;securities;safety,andlowcost.Thustheproblemofcollectingstairwaylampelectricitycostwillbesettledwell.
Keywords:
publicstreetlamp;powerconsumptiondistribution;microcomputer;watchdogtimer;relayinterfacecircuit
公用路灯用电量分配系统的设计
1概述
本课题的设计目标是利用单片机基础知识、汇编语言等技术设计出—用电量分配装置能快速准确的使楼道内的路灯用电的电费能自动的分摊到用户的电表中去,以便解决用户安装路灯后费用收缴不方便的难题。
本设计只有采用智能化才能满足(成本因素、功能因素、性能因素等)功能要求。
为此,本设计选择了ATMEL51系列单片机89C2051作为控制核心,它的掉电运行模式能满足低功耗的要求。
该系统的设计要点为:
a.系统时钟为1MHZ,目的是减少系统功能。
因为系统对运行速度要求很低,均为ms级以上。
b.环境照度检测电路采用单电源比较器LM393实现。
当环境照度变低,使得光敏电阻的阻值大于100千欧时,比较器LM393翻转,1脚输出为低电平送入单片机引脚P30。
单片机根据此引脚电平状态决定是否可以使用路灯。
c.路灯点亮按钮电路。
当任何一个楼层住户门口的路灯按钮按下时,均会通过光电耦合器TLP521-2,使得单片机P32引脚产生一个负跳变,从而触发外中断INTO,唤醒单片机,控制继电器电路动作,点亮路灯。
当然,路灯能否点亮首先取决于P30的状态。
d.看门狗及复位电路由MAX813L实现。
MAX813L本身具有上电复位、手动复位功能,同时利用内含的看门狗电路,保证系统能自动从死机状态恢复正常工作。
P33为喂狗信号输出引脚。
只要保证能及时喂狗,就能避免系统复位。
e.继电器接口电路均采用光电隔离,以提高系统的抗干扰能力,实现强、弱电系统的隔离。
为了降低功耗,采用工作电压为12V的小型封装继电器。
因为5V继电器的驱动电流大,功耗也会提高。
f.继电器电路动作设计的关键是继电器触点合、断的延时时间,必须考虑继电器的动作有一定时滞,否则,会出现上个继电器尚未彻底断开,下一个继电器已经动合的现象,使得系统分配精度出现较大误差,甚至不能正常分配。
g.主系统采用+5V电源。
为了降低成本,采用“变压器降压-整流-滤波-稳压”的线性电源。
这里选用了78M053端稳压器。
变压器尽管与继电器工作电源所需的变压器为同一变压器,但绕组副边独立,减小相互影响。
h.继电器工作电压为+12V,考虑到继电器对电压要求不是很高的特点,这里采用“变压器-降压-整流”的方式,没有稳压,同时也没有大容量电容滤波。
这是在实际开发过程中,发现如果有大容量电容滤波,会出现继电器动作失常的现象。
原因是:
大容量电容储存的电能使得继电器关断时间延长。
虽然已经考虑到继电器动作存在延时的问题,但还导致上一个继电器没有关断,下一个继电器已经动合的现象。
本设计的主要任务是实现单片机对用电量分配装置的智能化控制。
要实现以下几个目标:
a.电费的自动分摊;
b.保证系统死机后的自恢复;
c.保证系统长年累月的进行;
d.保证装置本身的安全性。
本文针对以上几方面,对住宅公用路灯用电量分配装置设计了一些可行性方案,并对这些方案进行了分析。
2课题研究背景与意义
公用路灯用电量分配系统广泛应用于现代化的单元住宅楼,解决商品住宅楼内公用路灯的收缴费用问题。
2.1课题研究背景
本文主要研究的是住宅小区中公用路灯用电量的分配装置。
随着人民生活水平的提高和住房制度改革的深入,越来越多的居民买了商品房,住进了商品住宅楼。
住宅小区的建设水平也在日益提高,不仅规划设计合理、功能齐全、配套完善,而且环境优美,深受城市居民的喜爱,其中住宅小区的路灯对小区作用尤其是夜间照明的作用越来越受到人们的重视。
随之而来的问题是,原来单位住宅楼是由单位安装路灯并由单位负责缴费的,楼内居住的单位职工不用担心没路灯和收缴费用的问题;而商品楼内的住户来自不同的单位,要不要安装路灯?
装了路灯后费用如何收取?
这就出现了所谓的路灯问题。
为什么呢?
因为首先安装路灯不便利,其次安装路灯后费用收缴不方便。
很多城市已经普及了1户1表,小区的路灯用电从哪里来?
对于以上的问题,目前往往采用以下两个办法解决:
其一是为每个楼道路灯接一个电表,但此方法需要根据电表度数人工分摊,有人上门挨户定期收费,十分不方便;
二是把楼道路灯接入楼道内某住户电表,大概估算后由各住户协商出资,但此方法容易引起纠纷。
2.2课题研究意义
鉴于以上情况,楼道路灯问题正日益成为住房商品化后的一大难题。
住宅公用路灯用电量分配装置正是为了彻底解决楼道路灯的费用分担问题而设计的。
采用该装置后,楼道路灯的电费能自动分摊到住户各自的电表内,解决了住户的后顾之忧,给生活带来了便利。
本电量分配器在绝大多数时间里处于非正常工作状态,只有在使用路灯或进行点灯时间的调整时通过按键才能被唤醒,进入正常工作状态。
另外,由于看门狗的作用,可在系统死机自动恢复正常。
因此,它不仅具有较高的稳定性、可靠性和安全性,而且还具有低成本的特点,具有一定的市场推广应用价值。
3单片机简介
3.1单片机的简单介绍
单片微型计算机简称单片机,是典型的嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit),常用英文字母的缩写MCU表示单片机,它最早是被用在工业控制领域。
单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。
最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成在复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
概括的讲就是把中央处理器CPU(CentralProcessingUnit)、存储器(Memory)、定时器、I/0(Input/Output)接口电路等一些计算机的主要功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
它体积小、质量轻、价格便宜,为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
虽然单片机只是一个芯片,但从组合和功能上看,它已具有微型计算机系统的含义。
单片机把微型计算机的各主要部分集成在一块芯片上,大大缩短了系统内信号传送距离,从而提高了系统的可靠性及运行速度。
因而在工业测控领域中,单片机系统是最理想的控制系统。
所以,单片机是典型的嵌入式系统,是嵌入式系统低端应用的最佳选择。
由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺,使其具有很多显著的特点,因而在各个领域都得到了迅猛的发展。
单片机主要有如下特点:
a.有优异的性能价格比。
b.集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上,内部采用总线结构,减少了各芯片之间的连线,大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。
另外,其体积小,对于强磁场环境易于采取屏蔽措施,适合在恶劣环境下工作。
c.控制功能强。
为了满足工业控制的要求,一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。
单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。
d.低功耗、低电压,便于生产便携式产品。
e.外部总线增加了IC(Inter-IntegratedCircuit)及SPI(SerialPeripheralInterface)等串行总线方式,进一
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