寝室限电检测系统

1、挑战杯作品研究报告寝室智能限电检测系统二、系统功能1、实时监控如图1所示。实时监控原理：微机(上位机)由PC机构成,用VB 编写的程序通过串口与通信处理模块中的单片机通信,监督管理寝室工作情况。通信处理模块由W77E58 单片机构成。一方面与上位机交换信息,另一方面利用电力载波的调制解调芯片通过电力线和处理模块通信。宿舍处理模块由从控AT89C2051单片机构成,利用调制解调芯片通过电力线获取主控W77E58单片机的指令, 图1一方面控制开关动作;另一方面将工作状态通过电力线发送给主控机。该系统依靠计算机根据学生作息时间表实现定时控制;也可根据特殊情况进行人工控制,按下控制指令键实现开通或断开

2、线路。例如:当学生早上六点起床,需将寝室照明灯打开,则按下指令键,计算机发出开灯信号。当各个从控机接收到信号时,一方面发回应答信号;另一方面控制限电器,启动控制开关,接通线路。通过状态检测电路, 从控机向主控机返送控制开关状态,由状态显示器进行对应显示。实现了实时控制报警,并可显示具体位置,提醒值班人员及时处理。控制指令有一2、超负荷自动跳闸如图2所示图2自动跳闸及恢复原理：RC组成A/D转换器对负荷信号进行数据采集，将采集到的数据进行一系列运算、处理和判断，从而对用户是否使用了违三、硬件设计1、实时监控部分LM1893与单片机接口设计LM1893 是美国国家半导体公司生产的FSK制式的调制解

3、调芯片。能够实现可靠的串行数据的半双工电力线通信,具有发送和接收数据两种工作模式 1 。LM1893 内部电路可分为发送和接收两大部分,电路的工作模式由5脚控制(5脚为高电平时发送、为低电平时接收信号。信号经低通滤波器、直流消除电路和噪声滤波电路的信号处理后,通过12脚输出信号。图3接口电路图3主控单片机与LM1893连接,如图3所示。单片机TXD 和LM1893 数据输入端D IN 相连, RXD 和LM1893 输出端DOUT相连, P0. 0控制收/发模式。从控单片机与LM1893 的连接与主控机相同, 只是用P1. 0控制收/发模式。通信处理模块如图4所示该模块由于要使用两个串口分别对

4、上层和下层通信,因此主控制器使用华邦公司的W77E58单片机。W77E58单片机 2 内含2个增强型串口和32 kB大容量Flash存储器。指令集与51系列单片机完全兼容,非常适合在智能化监控系统中使用。W77E58 的连线非常方便,电路所需要的外部元件仅仅是1个晶振加2个电容驱动片内振荡器、1个连接到复位脚的电阻、电容。使用片内上电复位电路, XTAL1、XTAL2是参考振荡器端, 晶振频率为11. 059 MHz。其中串口0通过RS232总线接口与PC机相连,串口1则负责连接调制解调LM1893。W77E58自带有看门狗定时器,此定时器是一个独立于CPU自行运行的定时器,系统可通过编程将其

5、设置为系统监控器、时基发生器或事件定时器。因为单片机的信号电平符合TTL /CMOS标准, PC机的串口典型的RS2232信号在正、负电平之间摆动,因此需要MAX202芯片实现电平的转换。宿舍处理模块图5宿舍处理模块此宿舍处理模块需要完成两个方面的工作: 通过I/O接口读取外部设备的状态信息; 通过调制解调器LM1893响应主控机发送的查询请求,回送当前状态信息。宿舍处理模块由:从控AT89C2051 单片机、电流采集部分、电源通断部分、状态指示部分等组成。电流采集部分将电流信号转换为单片机能够处理的数字信号 3 , 由LTS252NP 传感器和模/数转换ADC0832组成。LTS252NP是

6、瑞士莱姆(LEM) 公司生产的电流互感器模块,这种变换器具有较好的频率响应,该传感器将宿舍的电流信号变为05 V的电压信号,模块使用5 V电源,电流量程为012 A。ADC0832 4 是带有串行输入/输出8位逐次逼近式模/数转换器,其转换时间为80s。它的两个模拟量输入通道是可编程的,可以由串行输入口D I的3位控制字指定通道。LTS252NP将电流信号以电压信号的形式提供给ADC0832。选择ADC0832的CH1为单端输入工作方式, CH0为不工作。所以,由D I端输入的控制字为“111”,可将D I固定接高电平。当单片机的P1. 2口将ADC0832的CS脚置低电平时, CLK的前3个

7、脉冲上升,从D I端输入控制字“111”,接下来的8个脉冲完成转换过程,转换后的8位数据就从P1. 0口读入到单片机中。3 触发模块MOC3041MOC3041的设计结构，是专门用于触发单、双向可控硅的触发模块，是用于低压逻辑电路控制高压大功率器件的芯片，特别适用于单片机与强电功率接口的连接。内部通过光耦将强电和弱点分开，实现了不同电压等级之间的无缝链接，避免了强弱点之间的干扰，它内部设置了过零触发装置，避免了由于非过零触发造成波形歧变对电网的污染，同时减少了负荷对电网的冲击。本方案中选择了该模块触发双向可控硅，实现单片机对房间供电的控制。触发模块MOC3041原理图电路设计说明 为了满足设计

8、要求，选择单片机控制。为了使所设计的产品能尽可能体积小，所以选择了带比较器的，且小型化封装的通用型89C2051芯片，借用比较器可实现A/D转换，省去外接A/D转换芯片，缩小体积。负荷显示采用两位数码管，单片机对其进行扫描动态显示，节省了89C2051芯片的硬件开支。单片机控制负荷电路采用先进的MOC3041触发模块，即实现了弱电对强电的控制，又达到了强弱电之间的有效隔离，同时由于其有过零触发功能，减少了可控硅工作时对电网的污染，特别适用民用电器。在P1.4引脚外接了一个二极管，主要是为了当P1.4引脚为低电平时，将电容上的电快速放掉，为下次A/D转换做准备，这是提高A/ D转换速度的一个关键

9、的器件。用该种方法进行A/D转换，必须尽量使用电容充电曲线的开始部分的线性段，同时辅以软件对RC充电特性进行修正。电容器应选用性能相对稳定的钽电容。在图2所示的电路中，P1.4输出端还接一个5.1K电阻到正电源Vcc。这个电阻是P1.4的外部上拉电阻，用于保证P1.4在输出逻辑“1”时有足够的高电平，也就是接近与Vcc的高电平。样机经过特别设计，整个电路分成两块小的电路板，可以安装在一个标准的继电器塑料壳中，能像一般的继电器一样安装在配电箱的导轨上，使用非常方便。如果产品化生产可以设计定制专门的外壳。四、软件设计为确保信息可靠传输，本控制器采用如下协议； (1) 从机的地址为000FFH;(2

10、) 地址0FFH作为一条控制命令,使所有的从机都处于SM2 = 1的状态;(3) 00H接受命令; 01H发送命令;(4) 从机状态字格式,如图7所示。ERR00000TRDYRRDYERR = 1,表示收到非法命令; TRDY = 1表示发送准备完毕; RRDY = 1表示接收准备完毕。设定单片机串行通讯口工作于方式3 (定时器1工作于方式2) ,波特率为9 600 b / s,晶振频率为11. 059MHz,当控制寄存器PCON 的SMOD = 0 时,将FDH 装入TH1和TL1, T1发出的波特率为9 600 b / s。主、从机流程图2、超负荷自动跳闸部分根据系统设计要求，结合AT89C2051硬件资源及系统硬件电路，智能限电器的程序流程如图8所示。图8参考文献：童诗白 华成英 模拟电子技术基础 第四版 高等教育出版 2006 阎石 数字电子技术基础 第五版 高等教育出版社 2004姚海彬 电工技术 高等教育出版社 1999张毅刚 彭喜元 单片机原理与应用设计 电子工业出版社 2010附录：器件清单