毕业论文宿舍用电智能管理系统设计.doc

编号: 毕业论文(设计)题 目 宿舍用电智能管理系统设计 指导教师 陈洁 学生姓名 宋书峰 学 号 200901701090 专 业 机械设计制造及其自动化 教学单位 德州学院机电工程系 （盖章）二O一三年五月十日德州学院毕业论文（设计）开题报告书2012年03月10日院（系）机电工程系专 业机械设计制造及其自动化姓 名宋书峰学 号200901701090论文（设计）题目宿舍用电智能管理系统设计一、选题目的和意义本课题根据安全防范系统的发展现状及其发展趋势，研究并设计了具体针对学生宿舍特殊情况的，比较完整的用电安全防护系统。其目的就是设计一个限电自动控制器，使其在允许用电功率范围内能正常用电，超过限定功率立即自动停电且发出报警声，并能通过数码管显示当前电流、电压、功率值。充分依靠在技术手段上完善管理，实现管理模式智能化。通过硬件系统的构建，实现防火防盗等功能。在完善规章制度健全组织机构的同时，利用先进的科技手段，发展智能化管理系统。坚决杜绝违章用电，特别是学生公寓内的违章用电问题，做好学生公寓的防火防盗工作。借助信息技术的手段，建设学生公寓管理服务，用计算机进行科学的管理和服务，充分实施高效服务。高校是人口密集的区域，人才聚集的地方，安全用电问题自然不容小视。该系统的建立首先减少了高校用电违规事件的发生率，便于学校对公寓安全用电问题的管理。其次，该系统的智能化程度进一步加深，智能化程度提高，简洁、高效。二、本选题在国内的研究现状和发展趋势随着人们生活水平的提高，以及微电子，自动控制和计算机等技术的飞速发展和广泛应用，目前，我国高等院校的公寓智能用电系统仍然以一种比较传统的方式运行并管理。单片机智能公寓的编程与实践设计在国内扔不完善。高校用电智能管理系统主要针对这一研究现状进行对公寓安全用电系统的智能化改造。如今单片机越来越广泛运用于许多智能化设施，但学生公寓等后勤设施不完善、管理水平有待提高，仍然是制约高等教育发展的一个关键因素。该课题虽有很多不完善之处，但单片机于高效智能用电系统的结合必将是将来智能化系统的主要趋势。由Intel的16位单片机AT89C51是很多公司常用的单片机类型，它代表着智能化程度先进程度，它的不断完善与发展必将促使高校公寓智能化程度的不断加深。三、课题设计方案 主要说明：研究（设计）的基本内容、观点及拟采取的研究途径和方法。 本设计为宿舍用电智能管理系统设计，以每个宿舍楼为一个系统为设计基础，设计思路包括分析学生公寓用电实际情况和电能管理现状；确定用电管理系统的总体设计方案；完成系统个部分软硬件设计，进行器件选型。在研究方法上要从用电群体和管理人员角度出发。首先，要能进行远程参数设置和远程复位。能有效识别热得快、电炉等恶性负载。其次要能对各公寓电能进行准确计量和记录。四、计划进度安排 主要说明：起止时间及分阶段的进度要求。2012.122013.1 确定论文题目，查阅分析资料；2013.12013.2 形成论文设计思路，完成开题报告；2013.22013.3 学习技术，进行系统设计；2013.32013.4 完成单片机编程计划，完成中期检查；2013.42013.5 完成论文撰写，准备答辩。五、主要参考文献1刘福启,韩宝华.电子制作2005年合定本M.北京:电子制作杂志社,20052阉石.数字电子技术基础M.北京:高等教育出版社,20043谢嘉奎.电子线路线性部分(第四版)M.北京:高等教育出版社,20044刘乐善,刘学清.微型计算机接口技术及应用M.武汉:华中科技大学出版社,20055薛永毅.新型电源电路应用实例M.北京:电子工业出版社,20016高峰.单片机微型计算机原理与接口技术M.北京:科学出版社,20037Jean J.Labrosse,邵贝贝.嵌入式实时操作系统UC/OS-M.北京:北京航空航天大学出版社,2003指导教师意见及建议： 签名： 年 月 日教学单位领导小组审批意见： 组长签名： 年 月 日德州学院毕业论文（设计）中期检查表院(系)：机电工程系 专业：机械设计制造及其自动化 2013 年 03月 10日毕业论文（设计）题目：宿舍用电智能管理系统设计学生姓名宋书峰学 号200901701090指导教师陈洁职 称副教授计划完成时间：2013年5月7日毕业论文（设计）的进度计划：2012.122013.1 确定论文题目，查阅分析资料；2013.12013.2 形成论文设计思路，完成开题报告；2013.22013.3 学习技术，进行系统设计；2013.32013.4 完成单片机编程计划，完成中期检查；2013.42013.5 完成论文撰写，准备答辩。完成情况：到现在为止，通过查阅资料，清楚了设计内容的要求，对宿舍用电智能管理系统有了更全面更深入的了解。同时，完成了毕业论文的设计思路，了解了当前宿舍用电的状况及节电的途径。完成了开题报告，初步完成了毕业论文的基本框架。今后将加快进度，完成系统设计与论文的撰写。指导教师评议（指出优点和不足，如有其它建议，可另附页）签名： 年 月 日备 注：目 录摘要及关键词11 引言11.1 课题的提出11.2系统分析22方案论证及系统设计32.1有功功率测量方案论证32.2系统设计53系统硬件介绍63.1单片机简介63.2单片机编程语言介绍73.3系统选择73.4 AT89C51引脚功能介绍83.5定时器0和1使用104硬件设计114.1单片机最小系统114.2供电电路设计124.3继电器接口电路135软件设计145.1 Keil C51简介145.2各个模块程序介绍166全文总结17附录19参考文献23谢 辞25高校公寓智能节水系统设计宋书峰（德州学院机电系，山东德州 253023）摘要：随着科学技术的不断进步和发展，电力系统在学生宿舍楼中的应用越来越广泛，并且日趋复杂化。这就对学生宿舍楼的电力交流参数的测试和管理水平提出了更高的要求。该文介绍了一种新型的，适用于学生宿舍楼电量测量的多参数电力系统模块。该模块基于采样定理，利用准同步采样法对电力参数进行测量。整个系统由主控模块、采样测量模块、显示模块等组成。主控单元模块由Intel的16位单片机AT89C51作为核心处理器，对各个传感器传送来的数据进行实时处理。数据处理传输模块也是采用80C196KB作为CPU，对若干个集中监控单元模块传上来的数据进行处理、控制。该系统还可以安装串行通信接口与上位计算机进行远传通信。关键词：功率测量；AT89C51单片机；ADE7755；LED显示1 引言1.1课题的提出高校学生宿舍的用电管理问题，一直是摆在高校学生宿舍管理者面前的一道难题，传统的以手工操作为主的学生宿舍用电管理方式，信息反馈慢，工作效率低，管理质量差。在计算机信息技术飞速发展与广泛应用的今天，这种落后的管理方式与时代的步伐已显得格格不入，对学生宿舍用电实行智能化、信息化管理，是信息时代对高校学生公寓管理工作提出的客观要求。几乎所有院校目前的学生公寓，是按房间安装了电度表，对学生宿舍用电实行定额管理。学校按照规定给每个宿舍核拨用电定额。用电在定额以内的部分，由学校承担，定额以外的部分，由学生自己承担。但是由于没有安装“学校用电收费管理系统”等类似的相关系统软件，在用电管理过程中，每抄一次表就需要花很长的时间，同时还有大量的数据和信息需要处理，既费工又费力，还容易出错。如何使数据与信息在用电管理系统的相关模块间流动起来，为学生宿舍用电管理提供科学的管理方法，使管理更严谨，同时更具有操作性，节省操作人员的劳动，成为学校用电收费管理人员的当务之急。学校用电收费管理系统设计内容：本系统是单机版的应用系统。本系统设计具有以下功能：（1）用户管理（2）电费抄表登记（3）电费收缴（正常、超支、停电）（4）报表统计打印（5）用户用电查询（6）系统维护等。本系统具备的特点有：界面美观，操作方便；大大提高工作效率；能及时、准确地反映学生宿舍用电情况；信息收集、处理、存储、打印方便；收费程序更加规范；系统可维护性强、管理集中。本系统前台利用Visual Basic语言、后台使用ACCESS数据库进行开发，适用于windows xp，或更高的软件支持平台，便于以后的系统扩展与更新，有着较好的开发前景。使用本系统后可提高学生们的节电意识，减少大手大脚随意浪费电能的现象，对于学校用电管理的规范化、制度化建设等工作都起到积极的作用。1.2系统分析学校用电收费管理系统主要用于记录本学校学生公寓寝室的用电情况并在此基础上进行超支电费收取，并对用电用户、管理员档案资料、用电相关信息等进行录入与维护工作。其主要的业务流程如下：1. 作为电费管理系统，首先得要有用电用户、管理员的最基本信息；所以需要建立用电用户、管理员的档案资料，系统管理员对其进行添加、删除、修改等维护工作。2. 每个月的月末，抄表员收集好各寝室的上月及本月电表读数，先进行手工抄录。然后将相关资料交给系统管理员或者直接进入抄表系统，设置好本月电表的基本信息、抄表情况、电费单价、收费时间等系统参数；再将每个寝室的相关电表读数输入系统进行电脑自动计量和计费。3. 将本月所有的电表信息输入电脑后，既可完成了抄表工作。系统管理员再根据本月的电表信息，对其进行校验和维护。检验无误后，再发布缴费通知和本月的电费清单，并提供电脑查询电量电费等信息。4. 发布缴费通知后，便可开始对用户进行收取电费工作。收费员或者系统管理员进入收费系统，对用户进行收取用电用户当月的电费、以往的欠款、当月及以往的滞纳金，并将收费情况进行登记。5. 缴费完毕后，对已缴费或未按时缴费的用户进行统计。对未按时缴费的用户发布逾期情况的通知，并对逾期情况严重的用户采取停电措施。6. 系统管理员要对整个系统的数据库进行数据备份和数据恢复工作，以防止重要数据的丢失而加大工作量1。2方案论证及系统设计2.1有功功率测量方案论证对于交流功率，有： （式1） （式2） （式3）其中瞬时功率 （式4）其中有功功率 （式5）其中无功功率 （式6）其中视在功率 （式7）所以 （式8）有功功率测量方案分感应式电能测量和电子式测量功率。这里主要论述电子式有功功率测量方案：方案一：用四象限模拟乘法器。功率P=UI，所以可以用模拟乘法器测量功率，基本原理如图。设，ZL是负载，经过RC滤波器后，其平均值代表有功功率2。 图1所示，这种方法是用纯模拟器件进行处理，他的特点是成本高，容易受干扰，精度不如意做高。图1 纯模拟电路处理电路方案二： 直接对电压，电流进行ADC采样，用软件计算有功功率。这种方法是用两路ADC分别对电压和电流进行量化，其中： （式9） （式10）N是一个周期内的采样点数，T为电压电流的周期，为采样间隔时间，和是电压和电流采样点的离散值。单相有功功率的平均值是： （式11）单相功率因数的计算： （式12）这种方法是用微处理器直接对电压，电流进行ADC采样，特点是ADC硬件成本高，因为要做大量运算对微处理器性能要求比较高，精度也不容易做高3。方案三：用专用电能计量芯片。如ADI公司的ADE7755专用电能计量芯片。ADE7755是用于电能计量设备上的芯片，它将有功功率的信息以频率的形式输出。在50/60Hz输入信号时都能满足IEC687/1036标准规定的测试精度要求，在1000：1的输入动态范围内，测试误差小于0.1%。ADE7755特点：(1)在50/60Hz输入信号时都能满足IEC687/1036标准规定的测试精度要求，在1000：1的输入动态范围内，测试误差小于0.1%； (2)具有负功率或错线指示功能； (3)片内带有抗混叠滤波器； (4)带有电源电压检测功能，电源电压降低到80VDD时，芯片自动复位； (5)2.5V片内高精度参考电压源，绝对偏差小于4%，温漂小于20ppm/； (6)5V单电源工作，正常工作时芯片功耗30mW； (7)工作温度范围4085的特点；(8)成本设定开蜂鸣器断开继电器关蜂鸣器打开继电器Key4=0显示测量值开始NN2定时器0中断流程图时间变量加1L_time0+;入口RETI3外部中断0流程图入口如果正在计数停止计数开始计数RETI4定时器1中断流程图入口计数其重装每10ms中断一次计算千位、百位、十位、个位及小数点的段码显示个位显示十位显示百位显示千位扫描按键第一个按键按下第二个按键按下第三个按键按下第四个按键按下移动光标显示设定值光标所在位加1光标所在位加1切换显示设定值与测量值RETI参考文献：1刘福启,韩宝华.电子制作2005年合定本M.北京:电子制作杂志社,20052阉石.数字电子技术基础M.北京:高等教育出版社,20043谢嘉奎.电子线路线性部分(第四版)M.北京:高等教育出版社,20044刘乐善,刘学清.微型计算机接口技术及应用M.武汉:华中科技大学出版社,20055薛永毅.新型电源电路应用实例M.北京:电子工业出版社,20016高峰.单片机微型计算机原理与接口技术M.北京:科学出版社,20037Jean J.Labrosse,邵贝贝.嵌入式实时操作系统uC/OS-M.北京:北京航空航天大学出版社,20038 楼然苗.51系列单片机设计实例.北京:北京航空航天大学出版社,20019 赵亮.单片机汇编语言编程与实例.北京:人民邮电出版社,200310 潘云鹤等.面向智能计算的记忆结构理论综述.计算机研究与发展.1994,Vol.31，NO.12：374211 胡建军、郭英凯等.基于计算智能的模糊规则自动生成.上海交通大学学报,1999,NO.11:1408141312 史培植.智能科学基本问题.13 董聪,郭晓华.智能计算机中的热点问题.计算机科学,1999,26(4):5914 张江,林华等.统一论集与人工只能.中国工程科学,2002,Vol.4,No.3:404715 杨文龙编.单片机原理及应用M.西安：西安电子科技大学出版社，200016 马忠梅等.单片机的C语言应用程序设计M.北京：北京航空航天大学出版社，199717 冯建华.单片机应用系统设计与产品开发M.北京：人民邮电出版社，200418 R David , H Alia. Pet ri Net s and Grafcet -Tools for Modeling Discrete Event Systems. Prentice Hall. New York. London ,1992.19 M J Stanton , W F Arnold , A A Buck. Model2ing and cont rol of manufacturing systems usingPet ri net s . In Proc. of the 13th IFACWorld Congress , pp. 329 - 334 , 1996.20 Holloway L E , Krogh B H , Giua A. A surveyof Pet ri net methods for cont rolledSmart Power Utilization Management System of Dormitory Design (Mechanical and Electronic Engineering Department of Dezhou University, Dezhou Shandong, 253015)Abstract:With the development and the unceasing progress of the science technology, the electrical power system is more and more widespread in student dormitory application and complicates day by day. This sets up a higher request to the student dormitory electric power exchange parameter test and the management level. This article introduced one kind new, is suitable for the student dormitory electric quantity survey multi parameter electric power intelligence module. This module based on the sampling theorem, carries on the survey using the orbit sampling law to the electric power parameter. The overall system by the master control module, the sampling survey module, the demonstration module and so on is composed. The master control unit module by Intel 16 monolithic integrated circuit AT89C51 took the core processor, the data which transmits to each sensor carries on the real-time processing. The data processing transmission module also is used 80C196KB to take CPU, passes on the data from certain poss centralized supervisory unit module to carry on processing and control. the recording function. This system also may install the serial communication connection to carry on the far biography correspondence with on position computer. Key words:power measurement; AT89C51 SCM; ADE7755; LED reveal谢 辞紧张的毕业设计就要结束了，大学四年的生活也到了尾声。此时此刻感慨万千，首先，感谢指导教师在这半年对我的指导、帮助和鼓励。再次，我要向机电工程系的全体老师表示感谢，感谢他们对我学习和生活上的关照，没有他们的谆谆教诲，我不可能掌握扎实的专业知识，也不可能顺利完成毕业设计。同时，我也要向与我同窗几载的同学表示感谢，学习上互助，生活中的点点滴滴使我们建立了伟大而又深厚的友谊。就要分别了，衷心祝福各位一路走好！在实际完成论文的过程中，由于受个人的知识、经验和能力的限制，论文肯定存在不足之处，我恳请各位老师提出批评和指正。我会在以后的学习和工作中严格要求自己，努力提高自己的专业水平，以不辜负老师对我的期望。德州学院毕业(论文)设计评语院（系）： 机 电 工 程 系 专业：机械设计制造及自动化学生姓名： 宋书峰 学号： 200901701090题 目： 高校公寓智能节水系统设计 指导教师评语：评定成绩： 指导教师签名： 年 月 日 德州学院毕业(论文)设计评语院（系）： 机 电 工 程 系 专业：机械设计制造及自动化学生姓名： 宋书峰 学号： 200901701090题 目： 高校公寓智能节水系统设计 指导教师评语：评定成绩： 指导教师签名： 年 月 日 德州学院毕业(论文)设计评语 院（系）： 机 电 工 程 系 专业：机械设计制造及自动化学生姓名： 宋书峰 学号： 200901701090 题 目： 高校公寓智能节水系统设计 答辩小组评语： 评定成绩： 答辩小组组长签名： 年 月 日 指导教师评定成绩（30%）评阅人评定成绩（30%）答辩小组评定成绩（40%）答辩委员会主任签字：年 月 日综合评定成绩袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁