负载识别器的设计

1、石家庄铁道大学毕业设计负载识别器的设计The Design of Load Identifier2011 届 电气工程 系专业电气工程及其自动化学号学生姓名 指导教师完成日期2011年5月25日毕业设计成绩单学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化毕业设计题目负载识别器的设计指导教师姓名指导教帅职称讲师评定成绩指导教师得分评阅人得分答辩小组 组长得分成绩：院长（主任）签字:毕业设计任务书题目负载识别器设计学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化承担指导任务单位电气工程系导师 姓名导师 职称讲师一、主要内容分析电力负荷中，负载的种类；通过采集来的数据，进行分析。能识别出功率较大的纯电阻 性负载，并自

2、动断电。二、基本要求负载识别的算法，并根据要求，完成软硬件电路。三、主要技术指标（或研究方法）电网电压：180220V,瞬时功率：300W查阅相关资料，进行理论研究四、应收集的资料及参考文献高锋.单片微型计算机与接碇术.北京：科学出版社，2007刘卫国.C语言程序设计.北京：中国铁道出版社，2008阳宪慧.现场总线技术及其应用.北京：清华大学出版社，1999五、进度计划1-2周课题调研、收集、学习参考资料，查阅外文资料，做开题报告3-5周制定毕业设计方案6-9周设计硬件电路，确定各元件参数10-11周设计软件部分12-13周设计整体系统14-15周整理并撰写毕业设计论文，提交论文给指导老师16

3、周答辩教研室主任签字时间2010年12月16 日毕业设计开题报告负载识别器的设计学生姓名学号班级专业 电气工程及其自动化一、本课题的研究背景及意义近年来，随着高校规模的不断扩大，学生人数急剧上升， 许多高校都实行后勤管理社会化。与此同时，关于高校学生公寓火灾事故的报道也日益增多。据相关数据表明，这类火灾大部分是由于学生违章使用热得快、电炉子等大功率阻性负载造成的。为杜绝此类事故的发生，在确保学生正常用电的前提下，限制大功率阻性负载的使用，保障学生用电的安全性是 亟待解决的问题。针对这种情况而研制开发的智能负载识别器，可自动识别宿舍用电电器。 计算机、电视机等电器可不加限制地正常使用，而电炉子、

4、热得快等违章电器则无法使用， 从而消除了因使用违章电器带来的安全隐患。二、国内外发展状况目前市场上的负载识别器有 3种：(1)功率识别控制器：此类识别器以功率为识别参数，超过系统设定的功率阈值时，系 统自动跳闸。随着电器类型的增多， 大功率安全负载的产生，这种产品因无法满足现代需求而被市场淘汰。(2)模拟技术的恶性负载识别器：该产品的优点是成本较低，效果明显，对一般的大功 率阻性电热负载基本都能识别，基本解决了学生宿舍的安全用电问题；缺点是只能识别大功率的阻性电热负载(一般产品只能识别 300W似上的阻性负载)，而且随着用电系统中改变相 位设备(如计算机，日光灯)的增多，产品动作值的偏差就会变

5、大。(3)数字技术的恶意负载识别器：采用单片机技术，通过判断负载的变化，负载的特性 对恶性负载进行控制， 不仅可以有效的控制恶性负载的使用，而且成功解决了模拟产品因用电系统中感性设备的增多导致相位偏移的问题。三、本课题的研究方案(1)负载的种类及特性非线性整流性负载：这类负载在供电电压为标准正弦波的情况下，电流畸变成非正弦波呈脉冲状，包含了大量的谐波分量，如计算机、电视机、充电器、采用电子整流器的荧光灯 等。感性负载：电流和电压波形相同相位不同，电流滞后电压一定角度，cos 4小于零而大于-1 ,如日光灯。纯电阻性负载：电流和电压同相位，即 cos 4=1如热得快、电热杯、电饭煲、吹风机 等。

6、(2)识别的原理阻性负载尤其是恶性负载接入电路时，电路中的功率值发生台阶性变化，电路中的谐波值变化很小，功率因数接近于1。计算机类负载接入时，电路中的3次谐波值变化很大。(3)研究方法电路的稳态发生变化时，首先判断电路的功率和电流值是否超过设定的阈值，超过的话系统跳闸，没有超过，系统继续进行判断。如果电路中的3次谐波电流增加，证明有计算机类负载接入，系统不做任何动作；如果电路中的功率发生台阶性变化，功率因数增加，数值接近于1,并且谐波分量变化很小，证明有阻性负载接入，系统做进一步判断，如果功率值 在瞬间达到平稳值， 证明是电磁类加热负载接入， 系统不做任何判断， 如果功率以及电流经 过若干周期

7、后达到平稳值，证明有电阻丝加热类负载接入，系统跳闸；几秒后，没有恶性负载的前提下，系统重新供电。四、预期效果能自动识别房间内的用电情况，控制热得快、电炉子、电暖器等大功率恶性负载的使用，在插上恶性负载后能在几秒内断电，拔除恶性负载后能立即自动恢复供电。对电脑、日光灯、充电器等日常用电不加限制，从而大大地降低了火灾的发生概率，起到了安全节能的作用。指导教师签字时 间年 月日摘要为避免学生因使用大功率违章电器导致宿舍用电线路过载过热而引发火灾等 严重隐患，设计了一种负载识别器。对学生公寓用电主回路上的负载进行智能识别， 采用单片机进行处理和控制，准确地判断电路中接入负载的功率、电压、电流、谐 波等

8、特性，从而识别出大功率阻性负载电器并限制其使用，在节约用电、减少安全 隐患的同时又不影响常规电器的正常使用。首先对电压电流采样，经过信号调理后 送入单片机对其进行处理，用C语言程序实现恶性负载的识别并断电， 拔除恶性负 载后，系统重新供电，并用 CAN通信实现了上位机与下位机之间的数据传输。本设计主要分为硬件、软件和通信三大部分，本文详细介绍了负载的种类及特 性，负载的识别原理及研究方法，经实验验证，初步达到了恶性负载识别的目的， 从而消除了因使用违章电器带来的安全隐患，对学生安全用电具有重大意义。关键词：功率识别谐波分离恶性负载AbstractTo avoid the students us

9、ing high-powered violate for electrical leads to dormitory electricity line overload overheat and create a risk of fire hidden such seriou， sdesigned a kind of load identifier Recognizing the load in the apartment of students on the electricity main circuit ， Adopts single-chip microcomputer process

10、 and control， Accurately determine access to the load circuit powe， r voltage， current， harmonics and other characteristics， To identify high-power electrical resistance load and limit its use， In the conservation of electricity， reduce security risks at the same time without affecting the normal us

11、e of conventional appliancesFirst， the sampling voltage and curren，t After conditioning the signal into the microcontroller through its processing， using C language program to identify and implement the load off a vicious， vicious removal of the load， the system resupply Using the CAN communication

12、to realize data transmission between the PC and the lower level compute rThe design consists of hardware， software and communications of three parts， the paper describes the types and characteristics of the load， the load identification theory and research methods， validated by experiment， prelimina

13、ry achieved the purpose of malignant load identification Eliminated the safety hidden danger of students because of the use of illegal appliances， it is of great significance in a safe mannerKey words ： Power recognition Harmonic separation Malignant load目录第1章 绪论 11.1 课题研究的目的意义 11.2 课题发展现状 11.3 本设计主

14、要研究内容及创新点 21.3.1 主要研究内容 21.3.2 主要创新点 2第2章负载分类及特征 32.1 学生公寓常见的用电负载类型及其特性 32.1.1 负载分类及其特性 32.1.2 各类负载接入电路后的特点 3第3章 硬件设计 53.1 硬件设计思路 53.2 基本构成 53.3 基本工作原理 73.4 S3c44B0X单片机简介 73.5 A/D 转换模块的设计 83.6 通信模块 9第4章 软件设计 104.1 软件设计概述 104.2 负载识别理论的作用及其主要类型 104.2.1 基于小波变换的负载识别的应用 104.2.2 基于人工神经网络的负载识别的应用 114.3 谐波检测方法 114.3.1 谐波检测方法 114.3.2 学生公寓供电电流谐波分析 114.4 本系统采用的负载识别方法 144.4.1 识别的原理 144.4.2 研究方法 144.5 程序设计及流程图 144.6 C语言程序 164.7 实验数据 184.8 本章小结 18第5章 CAN通信设计 195.1 CAN总线概述 195.2 CAN总线的