學(xué)生公寓安全用電智能電表設(shè)計(jì)

繼電器采用單線圈磁保持繼電器，改變觸點(diǎn)狀態(tài)只需在A、B兩端加上30 ms左右的反向脈沖即可，不需要持續(xù)供電維持閉合、斷開狀態(tài)，滿足系統(tǒng)低功耗的要求。單片機(jī)控制繼電器只需改變P1.7、P1.6引腳狀態(tài)即可，并禁止P1.7、P1.6同為1，避免所有三極管同時(shí)導(dǎo)通造成電源短路故障。

2 智能電表軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)包含用電監(jiān)控、紅外探測(cè)、掉電檢測(cè)以及串口通信，同樣采用模塊化設(shè)計(jì)。本部分主要介紹用電監(jiān)控、紅外探測(cè)及掉電處理，串口通信限于篇幅則不再詳述。系統(tǒng)軟件框圖如圖5所示。

初始化包括單片機(jī)初始化和周邊模塊的初始化。系統(tǒng)加電后，單片機(jī)對(duì)各I／O口重置為預(yù)定模式，看門狗初始化、串口中斷初始化、定時(shí)器初始化、掉電檢測(cè)初始化等。周邊模塊即電能采集、紅外探測(cè)以及控制模塊的初始化啟動(dòng)。
2．1 用電監(jiān)控
該部分為智能電表主要功能設(shè)計(jì)單元，包括電量處理、功率檢測(cè)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
程序初始化進(jìn)入電量處理，首先讀取內(nèi)部EEPROM中計(jì)數(shù)值count，做為此次計(jì)數(shù)的初始值Tcount。開啟中斷后即對(duì)INT0送入的每個(gè)電能脈沖下降沿響應(yīng)中斷，并累加Tcount，等待下一次下降沿產(chǎn)生新中斷實(shí)現(xiàn)循環(huán)計(jì)數(shù)。Tcount累加至1 600后W減1并重新賦值給W，爾后清零Tcou-nt，重新開始計(jì)數(shù)。當(dāng)W≤1時(shí)將啟動(dòng)LED提示程序，預(yù)警電量。
功率檢測(cè)通過(guò)軟件方法實(shí)現(xiàn)。利用定時(shí)器，開啟周期為5 s的定時(shí)，對(duì)此周期內(nèi)電量脈沖數(shù)進(jìn)行累加統(tǒng)計(jì)，與設(shè)定值p進(jìn)行比較，若>p則認(rèn)為大功率用電，立即切斷供電，延時(shí)一段時(shí)間后恢復(fù)供電，并標(biāo)記違規(guī)用電次數(shù)Tcount，存于內(nèi)部EEPROM中以備上位機(jī)數(shù)據(jù)錄入。
為確保數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全可靠，軟件設(shè)計(jì)中采用兩種方法：一是電量值W每次完成減1即存入單片機(jī)內(nèi)部EEPROM，然后向上位機(jī)更新電量數(shù)據(jù)，及時(shí)轉(zhuǎn)存、更新數(shù)據(jù)；二是數(shù)據(jù)分存時(shí)的對(duì)比，存入數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)與上位機(jī)各自對(duì)W值進(jìn)行比對(duì)，只有更新后的W值小于原數(shù)據(jù)W時(shí)方為有效數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)存儲(chǔ)準(zhǔn)確無(wú)誤。
2．2 紅外探測(cè)
此部分軟件設(shè)計(jì)只需檢測(cè)P1．5引腳是否為有高電平輸入即可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單邏輯判斷。硬件上紅外探測(cè)模塊本身有輸出延時(shí)Td，結(jié)合軟件上的冗余驗(yàn)證，確保判斷正確無(wú)誤。實(shí)際使用中還可以通過(guò)增加探測(cè)模塊，經(jīng)二極管線與后實(shí)現(xiàn)多個(gè)信號(hào)源輸入，提高探測(cè)范圍和準(zhǔn)度。
2．3 掉電處理
基于STC內(nèi)置的低電平檢測(cè)功能，結(jié)合中斷應(yīng)用，當(dāng)檢測(cè)到P1.2腳電壓低于設(shè)定值4 V時(shí)產(chǎn)生中斷，單片機(jī)將Tcount值以及電量值W存入內(nèi)部EEPROM，作為下次計(jì)數(shù)啟動(dòng)初始值。其程序流程與電量計(jì)量模塊相同，只是中斷優(yōu)先級(jí)略低，故此處略去不再細(xì)述。

3 結(jié)束語(yǔ)
本智能電表的特點(diǎn)：一是用簡(jiǎn)單、實(shí)用、成熟的軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了宿舍無(wú)人條件下的用電監(jiān)控，杜絕用電隱患，實(shí)時(shí)提示功能簡(jiǎn)單實(shí)用；二是與現(xiàn)有公寓用電管理終端相比，本電表可脫離集中器與上位機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，功能上不再依賴中繼模塊，可單獨(dú)安裝，不但大大降低了線路成本，還降低了施工難度，實(shí)測(cè)表明本電表可智能化監(jiān)控用電安全。