多路智能用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘要：針對(duì)目前集體用電管理水平較低的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種多路智能用電系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)以STC加強(qiáng)型單片機(jī)為控制和通信核心，以BL0932B芯片為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)單相雙向功率電能計(jì)量模塊，以485總線和GSM模塊作為通信和控制手段。實(shí)際應(yīng)用表明系統(tǒng)智能化程度高，運(yùn)行可靠，達(dá)到預(yù)期效果。

　　引言

　　在企事業(yè)單位辦公及娛樂(lè)場(chǎng)所，特別是學(xué)校和工廠宿舍，違規(guī)使用大功率電器往往導(dǎo)致火災(zāi)等危害人民群眾財(cái)產(chǎn)甚至生命的事故發(fā)生。因此有些單位或場(chǎng)所采用了一些簡(jiǎn)單的手段進(jìn)行限制用電，要么不裝插座，要么直接限制總功率，超過(guò)該功率就斷電，或者對(duì)純阻性大功率負(fù)載進(jìn)行檢測(cè)。雖然限制了用電功率，但是前者總功率受限給用電者生活帶來(lái)了不便，而后者給使用新型設(shè)備比如功率轉(zhuǎn)換器的用戶鉆了空子，使用了大功率卻不受限制?；诖耍疚膶?duì)智能用電問(wèn)題進(jìn)行了研究，并設(shè)計(jì)出一款實(shí)用的多路智能用電系統(tǒng)。

　　1 智能用電系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　控電系統(tǒng)要求能夠?qū)Χ鄠€(gè)用電房間進(jìn)行智能控制，因此系統(tǒng)采用上、下位機(jī)兩級(jí)控制，485總線通信的架構(gòu)，使用GSM模塊進(jìn)行不定地點(diǎn)控制，更加人性化。

　　1.1 系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)以STC12C5A06S2單片機(jī)為核心處理與控制芯片，設(shè)計(jì)下位機(jī)分控系統(tǒng)，其負(fù)責(zé)對(duì)多個(gè)用電房間進(jìn)行信號(hào)采樣;以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為中心，設(shè)計(jì)上位終端機(jī)系統(tǒng)，其負(fù)責(zé)對(duì)各個(gè)房間的用電情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和管理?？梢詫⒎挚叵到y(tǒng)裝在用電端，將上位機(jī)放在控制室，各分控系統(tǒng)通過(guò)485總線與上位機(jī)通信，上位機(jī)通過(guò)GSM模塊與管理員進(jìn)行信息交互和控制命令傳輸。手持終端可以在不啟動(dòng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的情況下發(fā)布控制命令，滿足特定場(chǎng)合操作，提高系統(tǒng)操作的靈活性。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，其中N的設(shè)計(jì)取值范圍為1~24，M的設(shè)計(jì)取值范圍為1~200。

　　1.2 采樣電路設(shè)計(jì)

　　采樣電路可以使用先取樣在進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/單片機(jī)">單片機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)管理的房間多，CPU處理數(shù)據(jù)量大，會(huì)造成設(shè)計(jì)成本高，反應(yīng)慢或者計(jì)量不準(zhǔn)確。因此本系統(tǒng)選用上海貝嶺公司研發(fā)的BL0932B單相雙向功率電能計(jì)量芯片，能夠完成對(duì)用電房間或單元的功率采樣和計(jì)量。BL0932B芯片是BL0932的升級(jí)改進(jìn)型芯片，內(nèi)部集成模擬乘法器、壓頻轉(zhuǎn)換器和控制電路，能精確測(cè)量正負(fù)兩個(gè)方向的有功功率，線性度好，防潛動(dòng)，低功耗^[1]。

　　BL0932B通過(guò)對(duì)電壓和電流的采樣，計(jì)算出用電功率，并將其轉(zhuǎn)換為脈沖輸出，通過(guò)測(cè)量其輸出頻率即可得到當(dāng)前房間的用電功率。其中電流、及電壓的采樣通過(guò)與負(fù)載串聯(lián)的阻值為500μΩ的錳銅，再分別串接100Ω的電阻接入到BL0932B芯片的1、2腳。

　　采樣電路的傳遞函數(shù)如式1所示：

　　Fout=G×Vi×Vu×cosφ 式1

　　其中：Vi―電流取樣值;Vu―電壓取樣值;G―芯片增益;Fout―輸出脈沖頻率。

　　1.3 分控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　分控系統(tǒng)要求能夠?qū)?~24路采樣信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用電情況，特別是對(duì)大功率用電情況能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并警告，超過(guò)警告次數(shù)實(shí)時(shí)切斷電路，并對(duì)整個(gè)房間總功率設(shè)定上限，超過(guò)則斷電，并通過(guò)10位數(shù)碼管顯示各路用電情況。分控系統(tǒng)能夠通過(guò)485總線與上位機(jī)通信，還可以在現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立通過(guò)按鍵進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)其管理的各房間通/斷電控制，根據(jù)數(shù)碼管顯示代碼觀察各路的用電情況，分控系統(tǒng)加裝了充電電池、時(shí)鐘芯片，具有時(shí)間、數(shù)據(jù)記錄、異常溫度報(bào)警等功能。