摘
着信息技术发展快速应电理快速步入信息化轨道弥补现公寓电理系统功结构缺陷着重考虑电理系统安全监控等功系统结构改进强化系统终端功文分析国宿舍集体电理发展趋势结合现条件针目前宿舍供电网络中动化水低障率高等现状设计提出种智电网宿舍电监控解决方案该系统单片机AT89S52控制核心数字量送入单片机进行数处理然通LCD液晶显示电压电流功率等实时值集成SPI串行总线模拟数字功模块简化外围电路设计够实现电网运行状态实时监测远程控制高压熔断器断开闭合电计量历史电状况进行分析等传统设计相系统避免布线烦恼宿舍起更加整洁干净时模块化设计系统维护更加方便扩展性加强适理集体化宿舍
关键词：安全电单片机电监控
Abstract
With the development and rapid application of information technology power management has also stepped into the information track rapidly In order to make up for the functional and structural defects of the current apartment electric management system it emphasizes the improvement of the power management system in security monitoring and so on and the structure of the system and strengthens the terminal function of the system This paper analyzes the development trend of collective electricity management in domestic dormitories and combines the existing conditions to design the current situation of low automation level and high failure rate in the current dormitory power supply network A monitoring solution for dormitory power consumption under smart grid is proposed The system takes the MCU AT89S52 as the control core and sends the digital amount to the single chip computer for data processing and then displays the real time value of the voltage and current the power and so on through the LCD liquid crystal SPI serial bus and analog and digital function modules are integrated which simplifies the design of peripheral circuits It can realize realtime monitoring of the operation state of the power grid remote control the disconnection and closure of high voltage fuse electric energy measurement and the analysis of the historical electricity use Compared with traditional design the system avoids the trouble of wiring and makes the dormitories look more neat and clean At the same time modular design system maintenance is more convenient expansibility is enhanced and is suitable for managing collectivized dormitories
Key words safe power consumption single chip microcomputer power consumption monitoring
目 录
摘 I
Abstract II
第章 前言 1
11研究背景 1
12研究意义 1
13智电系统总体方案 1
第二章 电量监控系统硬件设计 1
21硬件电路 1
211单片机系统模块 1
213开关量输入输出部分 2
211复位电路 3
212时钟脉 3
213中断系统 4
214存储电路 4
22硬件外围电路实现 5
221键盘电路设计 5
222显示电路设计 6
223电源模块 7
224蜂鸣器驱动模块 7
225测温电路 8
23测量电路设计 9
231功率电测量电路 9
232电压测量电路 10
233电流测量电路 10
24系统外部通讯模块 10
241 RS485通信总线 10
242串行通信电路设计 11
第三章 电量监控系统软件设计分析 12
31软件处理程序设计 12
311C语言介绍 12
312流程设计 12
32功实现子程序 13
321报警程序设计 13
322显示模块 14
323中断程序 14
334测温子程序 15
335电力信号检测处理程序 16
33位机理软件监测实现 17
331监控中心功 18
332监控中心软件选择 18
第四章 系统功测试 19
41测试方法 19
42测试程 19
第五章 总结展 21
51结 21
52展 21
参考文献 22
附录 24
致谢 25
第章 前言
11研究背景
着生活水断提高生活环境提出更高求学生电出现样性需求首先体现电器数量电功率增加部分学校保证电安全降低理成采取限时电方法种方法法检测限制学生通变压插排功率电气设备宿舍隐患然存现系统存诸足计量精度低交互性弱尤现系统安全电严重缺乏监控力功需改进外现电理系统结构设计改进集中式机柜安装布线成高施工复杂基更限制宿舍功率电气设计种采限制功率方法功电监控系统限制功率设备外具电计量线抄表电压显示等功时兼时钟显示火灾报警等辅助功鉴原开发套兼顾监测电网远程智控制系统系统够应口密集住宿 结合新通讯图形显示技术搭建套具备远程通讯户线通讯功宿舍电监控系统
12研究意义
着学院项理工作断深入学生电器增普学院电安全隐患浪费成安全节理急解决问题特学生宿舍电安全隐患问题发热电器超负荷电时应实现动判断动控制（动断电供电）电量储值计量动检测违规电电监控等问题解决实际需出发改变原落电理模式利校园网资源建立套科学完善学生公寓电理系统学生公寓电点信息进行集中处理通计算机实现统控制理校勤电部门急解决问题需设计开发基单片机智宿舍安全电监控系统
13智电系统总体方案
智电系统硬件部分模块包括：电源电路部分测量控制电路部分通信电路部分光强度检测部分电源电路部分市电通开关电源变成24V5V控制柜中接口板控板中芯片供电防止突然掉电系统数致命性影响系统中设置备电源延时保护数测量控制电路分采集计量电路继电器控制电路采集计量电路89S52单片机AD1674A模数转换芯片电压电流互感器组成锁存电路继电器驱动继电器三部分构成继电器控制电路单片机计算功率累计电量继电器开断状况通液晶显示器时反映出接受位机命令时信息传服务器供电系统结构图图31示
ADC0808
AT89C52
LCD
显示
电压信号
电流信号
键 盘
电 源
时钟复位
图11 智供电系统结构图
设计AT89C52作核心控制器电压电流2路输入信号AD转换测参数通LCD显示实时数路电参数采集系统包括模数转换模块时钟复位模块LCD显示模块键盘模块电源系统总体结构图11示
第二章 电量监控系统硬件设计
21硬件电路
211单片机系统模块
单片机指集成块芯片完整计算机系统部分功集成块芯片具完整计算机需部分部件：CPU存部外部总线系统目前部分会具外存时集成诸通讯接口定时器实时时钟等外围设备现强单片机系统甚声音图网络复杂输入输出系统集成块芯片
设计中系统应该包括：单片机晶振电路复位电路等图21示晶振电路C1C2晶振组成晶振单片机提供工作信号脉速率单片机工作速率简单说没晶振没时钟周期没时钟周期法执行程序代码单片机法工作果RST持续高电单片机处循环复位状态次复位单片机程序会第条开始新执行外额外设计滤波防干扰电路C13R12组成电源先接入单片机Vcc效减少中杂波带干扰
图21 单片机系统
213开关量输入输出部分
铃声控制器根接收开关信号判断铃声系统运行状态需接收开关信号开关信号电路板接口传入光电隔离器
图22 数输入通道
电网报警铃声系统运行时控制曳引体转动时输出数字量传递校园铃声系统运行状态设计中控制器输出 8 数字量信号电路输入端样接 P0 口端接 P14 P14 1 时 P0 口数输出部分
图23 数输出通道
211复位电路
AT89S52复位引脚（Reset）连接高电超两机器周期产生复位动作12MHz始终脉例时钟脉112μs2机器周期2μs运行中外界干扰等素单片机程序陷入死循环状态跑飞摆脱困境单片机复位重新启动单片机复位引脚连接该引脚产生2μs高电脉产生复位工作图24示中电容两端接钮开关作手动强制复位
图24 复位电路
时间增加电容面电压值慢慢增 RST 引脚电压值逐渐降低RST 引脚电压值降低低电时AT89S52单片机恢复正常状态称电复位
212时钟脉
AT89S52 单片机部已具备振荡电路 GND 引脚方两引脚（ 1819 引脚）连接简单石英振荡晶体（Crystal）设计中采部时钟电路 XTAL1 XTAL2 引脚外接定时元件部振荡电路产生激振荡定时元件通常采石英晶体电容组成联谐振回路时钟脉部分电路图25示
图25 时钟脉电路设计
213中断系统
处理完该事件回原中止方继续原工作样程称中断发送：CPU数写入发送缓器SBUF时启动发送发送完帧数硬件动TI置位果中断源相应位置位该中断源优先级高果相应位复位该中断源优先级低接收：串口允许接收数时串口接收数帧数接收完成硬件动RI置位EA：标志位置位中断复位禁止中断中断源相应中断矢量压入程序计数器PC程序转中断服务程序执行
214存储电路
系统中许关键数基电信息事件信息屏幕校准系数汉字库等求掉电动存储外接非易失存储芯片便系统断电次读取单片机新购电量原表剩余电量相加新剩余电量存断电保存EEPROM芯片中单片机实时数采集处理批量数时仅片提供RAM远远够时利单片机扩展功扩展外部数存储器
图26 CAT24WC256单片机接口电路
C1 滤波电容滤 24WC256 芯片电源附干扰信号采双电源供电方案24WC256 中记录数会丢失
22硬件外围电路实现
221键盘电路设计
文键盘设置包括四键：启动键温度增加键温度降低键确认键通四键整体配合根设置温度限值观察报警灯工作状态调节程安全应键序号排列图27示AT89S52行口P1接4×4矩阵键盘P10－P13作输入线P14－P17作输出线液晶显示器显示键0－F序号行线通拉电阻接+5V键时行线处高电状态键时行线电状态行线相连接列线电决定键盘输入信息进程
1 CPU判断否键
2 确定键
3 键代表信息翻译成计算机识代码者特征符号
图27 键盘单片机硬件连接图
222显示电路设计
简单显示器LED 发光二极出简单开关量信息复杂较完整显示器应该 CRT监视器者屏幕较 LCD 液晶屏实时测量结果该系统机接口液晶显示部含七达林顿放功输入高电时输出低电输入低电时输出高电时钟信号升加CP 端时移位寄存器移位8 时钟脉8 二进制数部移入74LS164中MR 复位端该位低电时移位寄存器位复O 高电时时钟脉起作
图28 显示电路
223电源模块
采3节5号电池进行供电J10接入中前两组电容耦滤波供芯片电源更加干净滑获标准33伏电压电路加入SPY0029三端稳压器两二极防止误电源接反造成必损失设置操作程中千万电源接反反电压超定值二极会损坏达保护目
图29 电源模块
224蜂鸣器驱动模块
采压电式蜂鸣器压电式蜂鸣器谐振荡器压电蜂鸣片阻抗匹配器鸣箱外壳等组成谐振荡器晶体集成电路构成接通电源（1515V直流工作电压）谐振荡器起振输出15～25kHZ音频信号阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声
图210 音频输出电路图
电流达超限会报警报警电路单片机P23口相连单片机输出低电时蜂鸣器会发出报警信号说明电流已超规定限值外部输出设备应该启动进行相应措施复位钮电路允许范围报警电路会触动持续声音够引起关注系统报警电路采间断声音频闪灯光实现务实现软件实现赘述
225测温电路
完整智家电网络形成温度信息作智显示终端空调等控温设备进行动调控重户享健康然室环境选DS18B20芯片作数字温度传感器DS18B20提供9~12位摄氏温度测量功通条数线进行数收发处理器DS18B20间仅需条连接线机够控制机设备通漏极开路三态端口连该数线允许设备发送数时释放该线设备单线通常求外接5K拉电阻样该线空闲时状态高电测温范围55～＋125℃温度转换配置9位10位11位12位应分辨率分05℃025℃0125℃00625℃图213示DS18B20PIC32MX460F512L接口电路
图211 DS18B20接口电路
23测量电路设计
231功率电测量电路
AD7755美国AD公司推出脉输出高精度电功率测量芯片次设计功电表采样电阻R采600 μΩ锰铜电阻CF校验脉引脚次设计CF引脚脉频率测量功率电计量CF输出频率F倍频系数获SCF引脚输入逻辑电决定通单片机计数器计量CF引脚脉数计量3 200脉1 kW·h电功率电测量电路图212示
图212 功率电测量电路
232电压测量电路
系统设计中单片机通接收命令控制高压熔断器断开闭合采气动控制保证次控制动作完成电源进线三相四线制针相电压分相计量通调节电位器电压原边线圈输入相电压均220V 时副边线圈两端电压恰1V压力信号通压力传感器转化微电压变化信号文采LM324运算放器信号进行放路A＼D转换电路压力检测电路图213示
图213 电压采样
233电流测量电路
该模块中输入电流通检测电路取样转电压信号差分运放电流方进行识利衰减电路信号调整适合AD输入电压值电压范围03V运放构成缓器电压信号输入线节点模块ADIN端
图214 电流传感器模块电路图
24系统外部通讯模块
241 RS485通信总线
串行通信指数字节分成位位形式单根数线完成数信息传输发送接收满足RS485电求需外接接口芯片进行电间转换接口芯片原理图218示
图215 RS485接口芯片原理
串口线电较高容易易损坏开发板接口电路芯片达异步串口通信接口电气通信兼容5V逻辑RS485端口连接时需电转换实现 TTL 电路连接
242串行通信电路设计
系统单片机TXDRXD信号通MAX3O28芯片TTL电转化R458电单片机TXD位机RXD单片机RXD位机TXD间接相连时两机建立两机间通信
图216 MAX3082接口电路
第三章 电量监控系统软件设计分析
31软件处理程序设计
311C语言介绍
汇编C语言单片机程序设计语言重形式单片机开发员进行程序开发常语言形式汇编语言种代机器语言进行程序设计语言汇编语言特点条指令出助记符进行目标程序检查修改程序中错误程序运行结果进行分析直正确止时采C语言进行编程时必单片机接口结构深解编译器动完成变量存储单元分配开发员更专注应软件设计加快软件开发速度
312流程设计
宿舍安全电系统软件部分针系统需实现功软件模块化设计思路进行设计整系统软件程序包括程序测距子程序显示子程序种通信接口子程序文思路进行软件设计子务包括温度测量电力信号检测显示位机通信等
开 始
初始化
启动AD转换
AD转换结束？
送转换数单片机相应址
显示数转换存储
数显示
延时1秒程序
通道号+1
通道号清零
通道号8？
图31 系统程序流程图
32功实现子程序
321报警程序设计
蜂鸣器需两引线加315V直流电压产生3KHz左右蜂鸣振荡音响电压式蜂鸣器结构简单耗电少更适应单片机系统中应压电式蜂鸣器约需10mA驱动电流晶体三极驱动报警程序设计图32示
驱动报
警电路
报警鸣音
报警
判触发信号
Y
N
图32 报警程序流程图
322显示模块
MAX7219 译码方式采非 BCD 译码程序中设置张LCD 码表存储 0F 十六数字 LCD 编码程序结构更简单MAX7219 部显示控制寄存器初始化程序初始化部分次完成
图33 显示子程序流程图
323中断程序
中断服务程序中进入中断服务程序处计数值读出保存 RAM 中该数进行处理计算相应距离值转换十进制送 PORTB1 口显示输出果中断源相应位置位该中断源优先级高果相应位复位该中断源优先级低接收：串口允许接收数时串口接收数帧数接收完成硬件动 RI 置位
图34 中断程序流程图
334测温子程序
测温子程序中包括读出温度程序温度转换命令程序计算温度程序DS18B20时序求严格程序般汇编语言编写DS18B20读出温度程序流程图图35示
图35 读出温度程序流程图
335电力信号检测处理程序
智电表基重功电计量包括数初始化实时电脉数累计功率识限制存储相应控制动作
图36电量处理流程
33位机理软件监测实现
331监控中心功
图37 监控中心功示意图
监控中心实现通信模块通信完成数接收显示存储控制命令发送监控中心功示意图图37示监控中心设计完成软件结构设计应程序编制
332监控中心软件选择
LabwindowsCvlNationalInstruments公司推出套面测控领域软件开发台ANSIC核心功强灵活C语言台数采集分析表达测控专业工具机接起熟悉C语言开发员建立检测系统动测量环境数采集系统程监控系统等提供理想软件开发环境
第四章 系统功测试
41测试方法
测试采黑盒测试法等价类划分法该测试求首先需求分析阶段设计系统功模块设计出测试方案找出系统否实现需求功没问题出模块然进行软件模块修改终确保系统通测试通方体会结合相关规范软件界面功进行断改进完善达较满意效果软件户界面功测试检验目标实现情况
42测试程
系统调安装调试完成系统软件进行检测试验确认系统运行前提面提方案进行功测试
图41 查询测试
查询结果符合 12 幢学生公寓房间电欠费实际情况
图42 违规电功率设定
20221 公寓 750W 电吹风检测结果系统显示图 64 示
图43 违规电断电警告检测
检测结果 20 幢学生公寓电柜相关采集卡采集该房间(20221 房)电信息传系统该房间进行关闭电系统设定三十秒重新开启该房间电
第五章 总结展
51结
课题学生公寓智电理作高校勤智电理重组成部分校学生公寓实际情况进行调查分析研究基础阐述学生公寓智电理研究现状校学生电相关规章制度综合电计量电监控电查询收费等功进行综合分析结合电系统硬件设施理需求通软件工程设计方法实现项目软件开发次设计功率电器限电控制宿舍电计量线抄表火灾报警等功集体方便高校宿舍电理效限制宿舍功率电器减火灾发生概率降低学生损失
现实验条件文遵循低成设计原充分考虑监控系统居民实际生活中应性推广性围绕智显示终端丰富资源接口强处理力进行业务功构思根先模块化设计局部完善设计方法智显示终端功分八部分基满足户时家庭电理求
52展
着电力企业计量动化系统应发展实时数库程度行业规范标准断提高配电动化系统动化业务通信需求断提升通信系统迎全新挑战机遇文方面进行进步研究：
（1）专家系统模糊决策神网络等新技术研究应利新技术模拟计量动化设备种运行状态开发出调度辅助软件理决策
（2）结合现实功需求着重变压器纬度信息关联换表参数动发网线损公式动更新终端电话号码根动匹配填补终端调试查询障终端增加障类型等方面深化系统功应建设电量数中心系统智计量系统提供力技术支持效支撑
参考文献
[1] 李爱秋季昌瑞基单片机电力载波学生宿舍电理系统[J〕机电工程201825(2)6769
[2] 陈霞利ADE7755实现电功功率测量[J1山东理工学学报201418(5)6871
[3] 彭娜黎英基RS485总线通信协议实现田云南学学报201729(52)259262
[4] 丁鉴洋周磊学校寝室电力监测系统设计[J]杭州电子科技学学报2017(06)
[5] 雍静桂智牛亮亮礼强基回参数模型低压系统串联电弧障识[J]电工技术学报2018(08)
[6] 邹修国基计算机视觉农作物病虫害识研究现状[J]计算机系统应2018(06)
[7] 牛卢璐贾宏杰种适非侵入式负荷监测暂态事件检测算法[J]电力系统动化2015(09)
[8] 李静杨涵文斌张国庆宁伟红电计量系统发展综述[J]电力系统保护控制2016(11)
[9] 袁洪芳杨祺程杰基嵌入式系统网络化电理系统[J]铁路计算机应2016(02)
[10] 肖雪Matlab波分析信号处理中应[J]科技广场2017(01)
[11] 孙鹏董荣刚郑志成基波分析信号特征频段量变障电弧诊断技术研究[J]高压电器2010(07)
[12] 文玲易先军等基Medbus协议实时温度监控系统开发[J]微计算机信息201824(42)104106
[13] Dallas Semiconductor Inc DS18B20 Programmable Resolution 1Wire DigitalthermometerdatasheethttpdatasheetsmaximiccomendsDS18B20pdf20160508
[14] CraigDBefusCImplementation of a distributed control system for electric distribution circuit reconfiguration Power Engineering Society General Meeting2015IEEE 2015
[15] ByoungHee KimTowards LonWorks technology and its applications to automation Science and Technology2000KORUS 2000ProceedingsThe 4th KoreaRussia International Symposium on 2016
附录
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摘
着信息技术发展快速应电理快速步入信息化轨道弥补现公寓电理系统功结构缺陷着重考虑电理系统安全监控等功系统结构改进强化系统终端功文分析国宿舍集体电理发展趋势结合现条件针目前宿舍供电网络中动化水低障率高等现状设计提出种智电网宿舍电监控解决方案该系统单片机AT89S52控制核心数字量送入单片机进行数处理然通LCD液晶显示电压电流功率等实时值集成SPI串行总线模拟数字功模块简化外围电路设计够实现电网运行状态实时监测远程控制高压熔断器断开闭合电计量历史电状况进行分析等传统设计相系统避免布线烦恼宿舍起更加整洁干净时模块化设计系统维护更加方便扩展性加强适理集体化宿舍
关键词：安全电单片机电监控
Abstract
With the development and rapid application of information technology power management has also stepped into the information track rapidly In order to make up for the functional and structural defects of the current apartment electric management system it emphasizes the improvement of the power management system in security monitoring and so on and the structure of the system and strengthens the terminal function of the system This paper analyzes the development trend of collective electricity management in domestic dormitories and combines the existing conditions to design the current situation of low automation level and high failure rate in the current dormitory power supply network A monitoring solution for dormitory power consumption under smart grid is proposed The system takes the MCU AT89S52 as the control core and sends the digital amount to the single chip computer for data processing and then displays the real time value of the voltage and current the power and so on through the LCD liquid crystal SPI serial bus and analog and digital function modules are integrated which simplifies the design of peripheral circuits It can realize realtime monitoring of the operation state of the power grid remote control the disconnection and closure of high voltage fuse electric energy measurement and the analysis of the historical electricity use Compared with traditional design the system avoids the trouble of wiring and makes the dormitories look more neat and clean At the same time modular design system maintenance is more convenient expansibility is enhanced and is suitable for managing collectivized dormitories
Key words safe power consumption single chip microcomputer power consumption monitoring
目 录
摘 I
Abstract II
第章 前言 1
11研究背景 1
12研究意义 1
13智电系统总体方案 1
第二章 电量监控系统硬件设计 1
21硬件电路 1
211单片机系统模块 1
213开关量输入输出部分 2
211复位电路 3
212时钟脉 3
213中断系统 4
214存储电路 4
22硬件外围电路实现 5
221键盘电路设计 5
222显示电路设计 6
223电源模块 7
224蜂鸣器驱动模块 7
225测温电路 8
23测量电路设计 9
231功率电测量电路 9
232电压测量电路 10
233电流测量电路 10
24系统外部通讯模块 10
241 RS485通信总线 10
242串行通信电路设计 11
第三章 电量监控系统软件设计分析 12
31软件处理程序设计 12
311C语言介绍 12
312流程设计 12
32功实现子程序 13
321报警程序设计 13
322显示模块 14
323中断程序 14
334测温子程序 15
335电力信号检测处理程序 16
33位机理软件监测实现 17
331监控中心功 18
332监控中心软件选择 18
第四章 系统功测试 19
41测试方法 19
42测试程 19
第五章 总结展 21
51结 21
52展 21
参考文献 22
附录 24
致谢 25
第章 前言
11研究背景
着生活水断提高生活环境提出更高求学生电出现样性需求首先体现电器数量电功率增加部分学校保证电安全降低理成采取限时电方法种方法法检测限制学生通变压插排功率电气设备宿舍隐患然存现系统存诸足计量精度低交互性弱尤现系统安全电严重缺乏监控力功需改进外现电理系统结构设计改进集中式机柜安装布线成高施工复杂基更限制宿舍功率电气设计种采限制功率方法功电监控系统限制功率设备外具电计量线抄表电压显示等功时兼时钟显示火灾报警等辅助功鉴原开发套兼顾监测电网远程智控制系统系统够应口密集住宿 结合新通讯图形显示技术搭建套具备远程通讯户线通讯功宿舍电监控系统
12研究意义
着学院项理工作断深入学生电器增普学院电安全隐患浪费成安全节理急解决问题特学生宿舍电安全隐患问题发热电器超负荷电时应实现动判断动控制（动断电供电）电量储值计量动检测违规电电监控等问题解决实际需出发改变原落电理模式利校园网资源建立套科学完善学生公寓电理系统学生公寓电点信息进行集中处理通计算机实现统控制理校勤电部门急解决问题需设计开发基单片机智宿舍安全电监控系统
13智电系统总体方案
智电系统硬件部分模块包括：电源电路部分测量控制电路部分通信电路部分光强度检测部分电源电路部分市电通开关电源变成24V5V控制柜中接口板控板中芯片供电防止突然掉电系统数致命性影响系统中设置备电源延时保护数测量控制电路分采集计量电路继电器控制电路采集计量电路89S52单片机AD1674A模数转换芯片电压电流互感器组成锁存电路继电器驱动继电器三部分构成继电器控制电路单片机计算功率累计电量继电器开断状况通液晶显示器时反映出接受位机命令时信息传服务器供电系统结构图图31示
ADC0808
AT89C52
LCD
显示
电压信号
电流信号
键 盘
电 源
时钟复位
图11 智供电系统结构图
设计AT89C52作核心控制器电压电流2路输入信号AD转换测参数通LCD显示实时数路电参数采集系统包括模数转换模块时钟复位模块LCD显示模块键盘模块电源系统总体结构图11示
第二章 电量监控系统硬件设计
21硬件电路
211单片机系统模块
单片机指集成块芯片完整计算机系统部分功集成块芯片具完整计算机需部分部件：CPU存部外部总线系统目前部分会具外存时集成诸通讯接口定时器实时时钟等外围设备现强单片机系统甚声音图网络复杂输入输出系统集成块芯片
设计中系统应该包括：单片机晶振电路复位电路等图21示晶振电路C1C2晶振组成晶振单片机提供工作信号脉速率单片机工作速率简单说没晶振没时钟周期没时钟周期法执行程序代码单片机法工作果RST持续高电单片机处循环复位状态次复位单片机程序会第条开始新执行外额外设计滤波防干扰电路C13R12组成电源先接入单片机Vcc效减少中杂波带干扰
图21 单片机系统
213开关量输入输出部分
铃声控制器根接收开关信号判断铃声系统运行状态需接收开关信号开关信号电路板接口传入光电隔离器
图22 数输入通道
电网报警铃声系统运行时控制曳引体转动时输出数字量传递校园铃声系统运行状态设计中控制器输出 8 数字量信号电路输入端样接 P0 口端接 P14 P14 1 时 P0 口数输出部分
图23 数输出通道
211复位电路
AT89S52复位引脚（Reset）连接高电超两机器周期产生复位动作12MHz始终脉例时钟脉112μs2机器周期2μs运行中外界干扰等素单片机程序陷入死循环状态跑飞摆脱困境单片机复位重新启动单片机复位引脚连接该引脚产生2μs高电脉产生复位工作图24示中电容两端接钮开关作手动强制复位
图24 复位电路
时间增加电容面电压值慢慢增 RST 引脚电压值逐渐降低RST 引脚电压值降低低电时AT89S52单片机恢复正常状态称电复位
212时钟脉
AT89S52 单片机部已具备振荡电路 GND 引脚方两引脚（ 1819 引脚）连接简单石英振荡晶体（Crystal）设计中采部时钟电路 XTAL1 XTAL2 引脚外接定时元件部振荡电路产生激振荡定时元件通常采石英晶体电容组成联谐振回路时钟脉部分电路图25示
图25 时钟脉电路设计
213中断系统
处理完该事件回原中止方继续原工作样程称中断发送：CPU数写入发送缓器SBUF时启动发送发送完帧数硬件动TI置位果中断源相应位置位该中断源优先级高果相应位复位该中断源优先级低接收：串口允许接收数时串口接收数帧数接收完成硬件动RI置位EA：标志位置位中断复位禁止中断中断源相应中断矢量压入程序计数器PC程序转中断服务程序执行
214存储电路
系统中许关键数基电信息事件信息屏幕校准系数汉字库等求掉电动存储外接非易失存储芯片便系统断电次读取单片机新购电量原表剩余电量相加新剩余电量存断电保存EEPROM芯片中单片机实时数采集处理批量数时仅片提供RAM远远够时利单片机扩展功扩展外部数存储器
图26 CAT24WC256单片机接口电路
C1 滤波电容滤 24WC256 芯片电源附干扰信号采双电源供电方案24WC256 中记录数会丢失
22硬件外围电路实现
221键盘电路设计
文键盘设置包括四键：启动键温度增加键温度降低键确认键通四键整体配合根设置温度限值观察报警灯工作状态调节程安全应键序号排列图27示AT89S52行口P1接4×4矩阵键盘P10－P13作输入线P14－P17作输出线液晶显示器显示键0－F序号行线通拉电阻接+5V键时行线处高电状态键时行线电状态行线相连接列线电决定键盘输入信息进程
1 CPU判断否键
2 确定键
3 键代表信息翻译成计算机识代码者特征符号
图27 键盘单片机硬件连接图
222显示电路设计
简单显示器LED 发光二极出简单开关量信息复杂较完整显示器应该 CRT监视器者屏幕较 LCD 液晶屏实时测量结果该系统机接口液晶显示部含七达林顿放功输入高电时输出低电输入低电时输出高电时钟信号升加CP 端时移位寄存器移位8 时钟脉8 二进制数部移入74LS164中MR 复位端该位低电时移位寄存器位复O 高电时时钟脉起作
图28 显示电路
223电源模块
采3节5号电池进行供电J10接入中前两组电容耦滤波供芯片电源更加干净滑获标准33伏电压电路加入SPY0029三端稳压器两二极防止误电源接反造成必损失设置操作程中千万电源接反反电压超定值二极会损坏达保护目
图29 电源模块
224蜂鸣器驱动模块
采压电式蜂鸣器压电式蜂鸣器谐振荡器压电蜂鸣片阻抗匹配器鸣箱外壳等组成谐振荡器晶体集成电路构成接通电源（1515V直流工作电压）谐振荡器起振输出15～25kHZ音频信号阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声
图210 音频输出电路图
电流达超限会报警报警电路单片机P23口相连单片机输出低电时蜂鸣器会发出报警信号说明电流已超规定限值外部输出设备应该启动进行相应措施复位钮电路允许范围报警电路会触动持续声音够引起关注系统报警电路采间断声音频闪灯光实现务实现软件实现赘述
225测温电路
完整智家电网络形成温度信息作智显示终端空调等控温设备进行动调控重户享健康然室环境选DS18B20芯片作数字温度传感器DS18B20提供9~12位摄氏温度测量功通条数线进行数收发处理器DS18B20间仅需条连接线机够控制机设备通漏极开路三态端口连该数线允许设备发送数时释放该线设备单线通常求外接5K拉电阻样该线空闲时状态高电测温范围55～＋125℃温度转换配置9位10位11位12位应分辨率分05℃025℃0125℃00625℃图213示DS18B20PIC32MX460F512L接口电路
图211 DS18B20接口电路
23测量电路设计
231功率电测量电路
AD7755美国AD公司推出脉输出高精度电功率测量芯片次设计功电表采样电阻R采600 μΩ锰铜电阻CF校验脉引脚次设计CF引脚脉频率测量功率电计量CF输出频率F倍频系数获SCF引脚输入逻辑电决定通单片机计数器计量CF引脚脉数计量3 200脉1 kW·h电功率电测量电路图212示
图212 功率电测量电路
232电压测量电路
系统设计中单片机通接收命令控制高压熔断器断开闭合采气动控制保证次控制动作完成电源进线三相四线制针相电压分相计量通调节电位器电压原边线圈输入相电压均220V 时副边线圈两端电压恰1V压力信号通压力传感器转化微电压变化信号文采LM324运算放器信号进行放路A＼D转换电路压力检测电路图213示
图213 电压采样
233电流测量电路
该模块中输入电流通检测电路取样转电压信号差分运放电流方进行识利衰减电路信号调整适合AD输入电压值电压范围03V运放构成缓器电压信号输入线节点模块ADIN端
图214 电流传感器模块电路图
24系统外部通讯模块
241 RS485通信总线
串行通信指数字节分成位位形式单根数线完成数信息传输发送接收满足RS485电求需外接接口芯片进行电间转换接口芯片原理图218示
图215 RS485接口芯片原理
串口线电较高容易易损坏开发板接口电路芯片达异步串口通信接口电气通信兼容5V逻辑RS485端口连接时需电转换实现 TTL 电路连接
242串行通信电路设计
系统单片机TXDRXD信号通MAX3O28芯片TTL电转化R458电单片机TXD位机RXD单片机RXD位机TXD间接相连时两机建立两机间通信
图216 MAX3082接口电路
第三章 电量监控系统软件设计分析
31软件处理程序设计
311C语言介绍
汇编C语言单片机程序设计语言重形式单片机开发员进行程序开发常语言形式汇编语言种代机器语言进行程序设计语言汇编语言特点条指令出助记符进行目标程序检查修改程序中错误程序运行结果进行分析直正确止时采C语言进行编程时必单片机接口结构深解编译器动完成变量存储单元分配开发员更专注应软件设计加快软件开发速度
312流程设计
宿舍安全电系统软件部分针系统需实现功软件模块化设计思路进行设计整系统软件程序包括程序测距子程序显示子程序种通信接口子程序文思路进行软件设计子务包括温度测量电力信号检测显示位机通信等
开 始
初始化
启动AD转换
AD转换结束？
送转换数单片机相应址
显示数转换存储
数显示
延时1秒程序
通道号+1
通道号清零
通道号8？
图31 系统程序流程图
32功实现子程序
321报警程序设计
蜂鸣器需两引线加315V直流电压产生3KHz左右蜂鸣振荡音响电压式蜂鸣器结构简单耗电少更适应单片机系统中应压电式蜂鸣器约需10mA驱动电流晶体三极驱动报警程序设计图32示
驱动报
警电路
报警鸣音
报警
判触发信号
Y
N
图32 报警程序流程图
322显示模块
MAX7219 译码方式采非 BCD 译码程序中设置张LCD 码表存储 0F 十六数字 LCD 编码程序结构更简单MAX7219 部显示控制寄存器初始化程序初始化部分次完成
图33 显示子程序流程图
323中断程序
中断服务程序中进入中断服务程序处计数值读出保存 RAM 中该数进行处理计算相应距离值转换十进制送 PORTB1 口显示输出果中断源相应位置位该中断源优先级高果相应位复位该中断源优先级低接收：串口允许接收数时串口接收数帧数接收完成硬件动 RI 置位
图34 中断程序流程图
334测温子程序
测温子程序中包括读出温度程序温度转换命令程序计算温度程序DS18B20时序求严格程序般汇编语言编写DS18B20读出温度程序流程图图35示
图35 读出温度程序流程图
335电力信号检测处理程序
智电表基重功电计量包括数初始化实时电脉数累计功率识限制存储相应控制动作
图36电量处理流程
33位机理软件监测实现
331监控中心功
图37 监控中心功示意图
监控中心实现通信模块通信完成数接收显示存储控制命令发送监控中心功示意图图37示监控中心设计完成软件结构设计应程序编制
332监控中心软件选择
LabwindowsCvlNationalInstruments公司推出套面测控领域软件开发台ANSIC核心功强灵活C语言台数采集分析表达测控专业工具机接起熟悉C语言开发员建立检测系统动测量环境数采集系统程监控系统等提供理想软件开发环境
第四章 系统功测试
41测试方法
测试采黑盒测试法等价类划分法该测试求首先需求分析阶段设计系统功模块设计出测试方案找出系统否实现需求功没问题出模块然进行软件模块修改终确保系统通测试通方体会结合相关规范软件界面功进行断改进完善达较满意效果软件户界面功测试检验目标实现情况
42测试程
系统调安装调试完成系统软件进行检测试验确认系统运行前提面提方案进行功测试
图41 查询测试
查询结果符合 12 幢学生公寓房间电欠费实际情况
图42 违规电功率设定
20221 公寓 750W 电吹风检测结果系统显示图 64 示
图43 违规电断电警告检测
检测结果 20 幢学生公寓电柜相关采集卡采集该房间(20221 房)电信息传系统该房间进行关闭电系统设定三十秒重新开启该房间电
第五章 总结展
51结
课题学生公寓智电理作高校勤智电理重组成部分校学生公寓实际情况进行调查分析研究基础阐述学生公寓智电理研究现状校学生电相关规章制度综合电计量电监控电查询收费等功进行综合分析结合电系统硬件设施理需求通软件工程设计方法实现项目软件开发次设计功率电器限电控制宿舍电计量线抄表火灾报警等功集体方便高校宿舍电理效限制宿舍功率电器减火灾发生概率降低学生损失
现实验条件文遵循低成设计原充分考虑监控系统居民实际生活中应性推广性围绕智显示终端丰富资源接口强处理力进行业务功构思根先模块化设计局部完善设计方法智显示终端功分八部分基满足户时家庭电理求
52展
着电力企业计量动化系统应发展实时数库程度行业规范标准断提高配电动化系统动化业务通信需求断提升通信系统迎全新挑战机遇文方面进行进步研究：
（1）专家系统模糊决策神网络等新技术研究应利新技术模拟计量动化设备种运行状态开发出调度辅助软件理决策
（2）结合现实功需求着重变压器纬度信息关联换表参数动发网线损公式动更新终端电话号码根动匹配填补终端调试查询障终端增加障类型等方面深化系统功应建设电量数中心系统智计量系统提供力技术支持效支撑
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