毕业设计（论文）-基于单片机最小系统下电网数据采集的设计.doc

皖西学院本科毕业论文(设计)第1页基于单片机最小系统下电网数据采集的设计作者指导教师摘要：系统根据居民小区用电负荷的特点，利用单片机实行对用户的用电情况进行集中计量、集中管理和智能控制，并且利用串口通信技术完成上位机和下位机的数据传输与交换。论文对多用户用电计量方式与如何实现用电的智能控制进行了说明，对电能的采样、计量原理、开关控制以及数据显示进行了分析，完成了主要硬件电路的设计和参数的选择。经调试，系统能满足设计目标，满足居民小区用电管理要求。关键词:采样单片机电能计量电压BedroomelectricitymanagementsystemdesignwisdomAbstract:Accordingtothecharacteristicsofelectricityburdeninstudentsapartment,thesystemmakesuseofdampingtocentralizemeasurementandmanagementandintelligentcontroltotheelectricitycircumstanceoftheuserandalsousesthecommunicationtechniquetotransmitandexchangedatabetweenthehostcomputerandtheslavemicroprocessor.Thethesisgivesanintroductiontothecalculatewayofelectricitytomulti-userandtherealizationofintelligentcontroltopowerusing,andananalysistothesampling,measurementprinciplesofelectricity,switchcontrolanddatadisplay,sothatitcompletesthedesignofcircuitofthemainhardwareandtheselectionoftheparameter.Thesystemcansatisfytherequirementfelectricitymanagementinstudentsapartmentwhichisthedesigntargetafterthedebug.Keywords:samplingChampingpower-measuringVoltage皖西学院本科毕业论文(设计)第2页目录1绪论.41.1引言.41.2居民用电管理系统简介.42系统实现原理及主要技术指标.22.1系统的基本构成.22.1.1电量采样模块.22.1.2电压采样模块硬件部分.22.1.3电压采样模块软件部分.42.1.4单片机数据处理模块.62.1.5计量显示模块.62.1.6控制/保护模块.62.1.7上位机控制模块.62.2系统主要功能及技术指标.62.2.1系统主要功能.62.2.2主要技术指标.72.3系统主要结构特点.73功能电路的实现与分析.73.1计量/控制电路的原理分析.73.1.1功能需求.73.1.2电能计量原理与分析.73.1.3控制保护电路设计与分析.73.2单片机数据处理电路设计.103.2.1单片机的组成及结构.103.2.2存储器的结构.123.2.3定时器.123.3显示电路的设计.13皖西学院本科毕业论文(设计)第3页3.3.174HC595A芯片的工作原理.133.3.2显示电路的设计与分析.144系统软件设计与分析.164.1主程序设计.164.1.1主程序工作过程.164.2显示程序设计.184.2.1功能要求.184.2.2显示缓冲区更新子程序.184.2.3显示程序流程.184.3计量程序设计.194.3.1功能要求.194.3.2计量程序流程图.194.4负荷识别控制程序设计.204.4.1工作过程.204.4.2工作原理.204.4.3程序流程图（图4-4）.215总结与展望.225.1设计总结.225.2设计展望.22致谢.23参考文献.24附录：总体电路图.25皖西学院本科毕业论文(设计)第4页1绪论1.1引言近几年，随着社会的发展，人们的生活日益丰富，用电方式和用电量增加，实现对集体宿舍用电管理的科学化和智能化势在必行。但由于很多工厂集体宿舍的后勤部门、物业公司对用电知识宣传不够，致使很多人对安全用电、科学用电、规范用电缺乏必要的了解，私拉电线、拖欠电费等不良现象时有发生，由此引起的火灾、触电事故、用电纠纷时有发生，由此带来的人员伤亡、财产损失触目惊心。对后勤部门来说，既要保证人民正常的学习、生活用电，又要防止以上不良现象的发生，仅仅依靠管理人员的督促检查或是采用传统的用电管理模式，既费时费力、代价大，又难有理想的效果，综上所述，居民区供电系统存在的问题主要集中在：无法实现全区用电指标的分解及控制；无法对后勤供电设施进行科学的管理及合理的配置；无法实现准时、准确的用电量的统计及收费管理；无法进行学校整体用电成本的分析及核算；增加管理难度，造成用电安全隐患，失火现象时有发生。其根本的解决途径是采用一套新的计量管理系统。针对集体宿舍的用电特点，研制开发一套结构新颖、价格低廉的能够实现对用户用电情况进行集中计量、集中管理、实时控制的电能计量管理系统，实现面向用户的信息化、自动化管理，无疑具有积极的现实意义和广阔的发展前景。1.2居民用电管理系统简介本课题研制的集体宿舍用电智能管理系统采用了先进的电能计量芯片,是一种先进的集中式电能计量系统，具有电能计量,负荷识别，自动开关等功能。公寓用电智能管理系统属于新一代电能计量管理设备，它与传统的分立式电能计量设备，如机械式电度表、IC卡式电度表有根本的区别。机械式电度表和IC卡式电度表也可以集中的形式安装，但这仅仅是形式上的集中，实际上仍然是许多分立式电度表在独立工作。而集中式电能计量管理系统却不是这样，该系统是针对学生集体公寓特点研制开发的一种计量功能的一体化独立设备，同时还具有传统电能计量设备所不具有的负荷检测控制功能和统计分析功能，是适用于诸如学生公寓专用的集中管理模式。皖西学院本科毕业论文(设计)第2页2系统实现原理及主要技术指标2.1系统的基本构成该系统主要由电量采样模块(AD7755)、单片机数据采集处理模块、用电量显示模块、键盘、控制电路等组成等.系统基本框图如图1-1示。图1-1：系统组成基本框图2.1.1电量采样模块电量采样是此系统的核心之一,它将对电量进行采集,进行由模拟量到数字量的转换,然后送给单片机进行数据处理.该模块的核心电路是由AD7755组成的电能模数转换电路，它能将通过采样电阻(锰铜合金制成)获取的电流采样信号与电压采样信号在芯片内部实现电能计量累加运算，并在内部实现A/D转换，以脉冲方式输出供给机械计度3200imp/kWh，本系统采用CF输出1600imp/kWh供单片机进行计量处理。电量采样模块上另一部分电路是磁保持继电器控制电路，磁保持继电器用于负载开、关控制，采用正、负脉冲信号进行开、关驱动。驱动电路可用晶体管电路实现，亦可用专用集成芯片实现，本系统采用集成电路BH3023实现对继电器的驱动。2.1.2电压采样模块硬件部分根据设计思路，硬件主要利用了微机实验平台上的ADC0809模数转换器、8253定时/计数器以及LED显示输出等模块。电路原理图如下：1基本接口实验板部分皖西学院本科毕业论文(设计)第3页1)电位计模块，4个电位计输出4路15V的电压信号。2)ADC0809模数转换器，将4路电压信号接到IN0IN3，ADD_A、ADD_B、ADD_C分别接A0、A1、A2，CS_AD接CS0时，4个采样通道对应的地址分别为280H283H。3)延时模块，8253和8255组成延时电路。8255的PA0接到8253的OUT0，程序中查询计数是否结束。硬件电路图如图1所示。图1基本实验板上的电路图实验板上的LED显示部分实验板上主要用到了LED数码管显示电路，插孔CS1用于数码管段码的输出选通，插孔CS2用于数码管位选信号的输出选通。电路图如图2所示。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:15-Jan-2006SheetofFile:F:工作设计图keshe1.ddbDrawnBy:123U5A74LS32456U5B74LS32OC1CLK11D718D617D514D413D38D27D14D03Q02Q26Q15Q39Q412Q515Q616Q719VCC20U374374OC1CLK11D718D617D514D413D38D27D14D03Q02Q26Q15Q39Q412Q515Q616Q719VCC20U174374D11D22D33D44D55D66D77Y116Y215Y314Y413Y512Y611Y710U2MC14131A12A33A54A95A116A131Y22Y43Y64Y85Y106Y12U474071A12A33A54A95A116A131Y22Y43Y64Y85Y106Y12U6740712345678910T0S-5101AH12345678910T0S-5101AH12345678910T0S-5101AH12345678910T0S-5101AH12345678910T0S-5101AH12345678910+5vL7L8LED7LED8123456789PR7470*8HGFEDCBAS5S6S1S2S3S4CS1CS2IOWD0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D612J1+5CS1（基本接口实验板）CS2（基本接口实验板）图2LED数码管显示电路图皖西学院本科毕业论文(设计)第4页2.1.3电压采样模块软件部分根据功能需求，系统主程序主要包括初始化程序、A/D转换子程序和显示子程序。主程序流程图见图3所示。开始初始化调用A/D转换子程序调用显示子程序图3主程序流程图下面分别介绍各个子程序。1系统初始化系统开始运行后，初始化程序将采集数据存放单元清0，将LED显示数据存放单元清0。2A/