家庭限电保护的设计

家庭限电控制器的设计,导师:赵聪慧答辩人:王涛学号:2005153633,论文框架,1,2,3,研究意义设计方案结语,设计目的及意义,随着人们物质生活水平的提高，很多大功率的家用电器走进了越来越多的家庭，但是在使用中却往往忽略了能源的节约。一份报告显示，我国的家用电器产品能耗普遍较高，比国际水平高出25至60。一些家庭为了生活方便和舒适而让空调长期运转，一些家庭的照明灯彻夜不关等现象都耗费了大量的能源，而我国有百分之八十以上电力生产依靠不可再生能源。我国人均占用资源不足，所以节约用电是我们日常生活中一件极其重要的事情。同时，长时间使用空调、微波炉、烤箱、电磁炉等大功率用电器，使电路超负荷供电，造成电路老化，增大了发生火灾事故的概率。本课题的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。,设计思路,使用专用电能计量芯片对系统功率进行测试，用单片机对系统功率进行实时监控，但一段时间内的功率平均值超过设定值时，控制继电器切断电路，当人工处理后重新接通电路，对用户供电。并使用4个7段LED数码管显示当前的电流、电压和功率。,电能计量芯片的介绍,采用ADE7755电能计量芯片，ADE7755是美国模拟器件公司开发出一种体积小巧、动态范围可达1000：1的新型电能测量集成电路。该IC内嵌了高精度的模数转换器和固定模式的数字处理信号处理器（DSP），具有数字积分、数字滤波和具有众多实用电能监测、计量功能，正成为新一代高性能全数字电能表的理想芯片。其技术指标超过IEC1036规定的准确度要求。AD7755为+5V单电源供电，低功耗的CMOS芯片；具有量程宽(负载能力高达4-6倍Ib)、精度高(在1%一500%Ib范围内，误差小于0.3%),内部具有掉电、上电自动复位电路等优点。ADE7755内部集成了两个2阶16位的一模数转换器、电压基准和计量有功功率所需的数字信号处理电路。ADE7755在低频输出端提供平均功率信息，在高频输出端输出频率正比有效功率的脉冲。,单片机AT89C51的介绍及其作用,AT89C51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可系统编程的Flash只读程序内存，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序内存既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，它灵活应用于各种控制领域。ADE7755与单片机一起构成数据处理转换部分。当测得的数据高于之前的设定值时，AT89C51的一个I/O口连接的继电器来实现限电目的则继电器断开，功率值恢复正常值时电路继续供电。,ADE7755的有功功率测量原理,负载两端的瞬时功率为：从上式可以看出，瞬时功率包含直流分量和交流分量两部分。在绝大多数场合特别是民用仪表关心的是负载上消耗的有功功率，有功功率P(t)定义为瞬时功率在一个周期内的平均值，即,ADE7755的有功功率测量原理,为了得到有功功率分量（即直流分量），只要对瞬时功率信号进行低通滤波即可。ADE7755的低频输出是通过对上述有功功率信号的累计产生的，即在两个输出脉冲之间通过长时间的累加，因此输出频率正比于平均有功功率。由于乘积后的LPF不是理想的滤波器，因此LPF输出的瞬时有功功率信号还包含了相当大的瞬时功率信息，即在一个积分周期内消耗的电能为：电能=平均功率积分时间=脉冲个数/积分时间积分时间=脉冲个数,继电器的选用,本设计采用上海贝斯特公司的BST-902型磁保持继电器。BST-902型大功率双稳态磁保持继电器的触点的开、合状态平时由永久磁钢速产生的磁力所保持，当继电器的触点需要开与合的状态转换时(即接通或切断负载)，只需用正(反)直流脉冲电压激励线圈，则继电器在瞬间就完成了开与合的状态转换。之后，线圈不需继续通电，仅依靠永久磁钢的磁力就能维持继电器的状态不变。,显示电路设计,显示电路采用7段LED数码管显示，4个7段LED数码管采用扫描形式进行，其阴极并联起来接到单片机P0口上，阳极分别用P2口4根线通过4个PNP型三极管控制。,AD7755外围元器件的选择,为了使通道VI(电流通道)的动态范围最大，选用阻值为0.01欧的分流器。选择分流器时，有几个重要问题应该考虑。第一，要使分流器的功耗最低。第二，如果功耗过高会给芯片散热带来困难。虽然分流器是采用低温度系数的锰铜合金材料制成的，但是在高温下对重负载仍会产生明显的误差，所以不宜选用阻值太大的分流器。第三，应该考虑电能表对相电压短路造成损害具有的防护能力。由于分流器的阻值非常小，所以外部短路对分流器的影响也非常小。因此分流器总