學(xué)生公寓安全用電智能電表設(shè)計(jì)

摘要：針對目前高校學(xué)生公寓無用電安全監(jiān)控能力、無實(shí)時(shí)電量預(yù)警等弊端，提出一種基于ADE7755計(jì)量芯片、利用熱釋電紅外探測技術(shù)、以單片機(jī)為控制核心的智能電表設(shè)計(jì)，可智能識(shí)別、限制大功率電器運(yùn)行以及杜絕無人用電，并可實(shí)時(shí)預(yù)警電量，實(shí)現(xiàn)了用電監(jiān)控智能化，具有廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：智能監(jiān)控；模塊化；熱釋電紅外探測；ADE7755；功率檢測

為有效管理學(xué)生公寓用電，國內(nèi)許多高校在學(xué)生宿舍引入了集中式用電管理系統(tǒng)，此類系統(tǒng)一般由計(jì)量終端、中繼模塊及上位機(jī)組成，功能上過度依賴中繼模塊與上位機(jī)，只能實(shí)現(xiàn)簡單的集中化用電管理，無法對大功率用電、無人用電等違規(guī)行為實(shí)時(shí)監(jiān)控，無法杜絕違規(guī)用電帶來的安全隱患，導(dǎo)致用電火災(zāi)時(shí)有發(fā)生；其次無電量實(shí)時(shí)提示功能，交互性差。
本文著力于改進(jìn)終端的用電安全監(jiān)控及交互性等功能，提出了一種智能化終端——智能電表的設(shè)計(jì)。該智能電表可獨(dú)立運(yùn)行，單獨(dú)安裝于學(xué)生宿舍內(nèi)，除能高精度計(jì)量電能之外，還可自動(dòng)識(shí)別、限制大功率電器，宿舍無人則切斷供電，杜絕大功率用電、無人用電的隱患；可實(shí)時(shí)提示電量不足，交互性大大增強(qiáng)；利用RS-485通訊模塊可便捷接入現(xiàn)有用電管理系統(tǒng)，作為現(xiàn)有用電管理系統(tǒng)的終端。功能上的獨(dú)立及單獨(dú)安裝也使得施工時(shí)只需簡單的總線型供電線路即可，無需按照現(xiàn)有系統(tǒng)的星型供電線路施工，布線成本降低75％以上，施工難度也大大降低。

1 智能電表硬件結(jié)構(gòu)
圖1即智能電表基本結(jié)構(gòu)框圖。本電表由主控模塊、熱釋電紅外人體探測模塊、計(jì)量模塊、周邊控制模塊以及RS-485通信模塊構(gòu)成。硬件上采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)實(shí)際需要加入其他模塊擴(kuò)展功能。模塊化設(shè)計(jì)使得各模塊可獨(dú)立運(yùn)行，同時(shí)也可降低主控CPU負(fù)荷，只需進(jìn)行簡單響應(yīng)各模塊信號(hào)，無需復(fù)雜運(yùn)算處理，簡化程序運(yùn)行，降低出錯(cuò)率。

1．1 主控模塊
為徹底改變現(xiàn)有系統(tǒng)終端功能完全依賴中繼實(shí)現(xiàn)的弊病，提高終端的獨(dú)立工作與智能監(jiān)控能力，將單片機(jī)作為終端的主控核心，脫離對中繼功能上的依賴，獨(dú)立對多路信號(hào)采集與判斷，響應(yīng)各種信號(hào)并執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。主控模塊包括微處理器及周邊電路，微處理器采用STC12C5 204AD單片機(jī)，其內(nèi)置EEPROM、硬件看門狗以及掉電檢測電路，豐富的內(nèi)置功能模塊可大大簡化周邊電路設(shè)計(jì)，同時(shí)也提高了系統(tǒng)本身的抗干擾能力。該主控模塊功能如下：
(1)通過外部中斷INT0引腳采集電量模塊送來的計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)并存儲(chǔ)。
(2)監(jiān)控P1．2引腳電源電壓，掉電時(shí)將用電數(shù)據(jù)存入內(nèi)部EEPROM。
(3)利用串口實(shí)現(xiàn)與集中器或上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送、指令執(zhí)行。
(4)根據(jù)電量計(jì)算結(jié)果和紅外檢測狀態(tài)啟動(dòng)周邊控制模塊，提示電量不足或切斷供電，杜絕無人情況下電器運(yùn)行，確保用電安全。
原理圖如圖2所示。