公寓用電智能管理系統設計與實現

[摘 要] 近年來，由于學生在宿舍使用違章電器而引發的火災事故越來越多，學生用電安全問題急需解決。根據學生公寓用電安全管理開發設計了用電智能管理系統，實現每個房間電量的采集、計算、顯示、保存、查詢等功能，采用Proteus軟件進行仿真設計，用Keil軟件編寫程序。

[關 鍵 詞] Proteus；智能管理系統；單片機

[中圖分類號] G647 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）13-0097-01

隱患險于明火，防范勝于救災。本設計根據學生在宿舍的安全防范問題，研究設計了一個比較完整的公寓用電智能管理系統。由AT89C52單片機、A/D轉換芯片、24C02C芯片、LCD顯示屏和繼電器等元器件組成，可以實現三個房間的電量采集、顯示、查詢和自動復位等功能。

一、單片機的選型

單片機是單片微型計算機的簡稱，它是微型計算機發展的產物。隨著大規模和超大規模集成電路的出現和發展，將計算機的CPU、RAM、ROM、多種I/O口和定時器/計時器集成在一片芯片上，形成了芯片級的計算機，因此單片機早期的含義稱為單片微型計算機（single chip microcomputer），直譯為單片機，沿用至今。AT89C52單片機與AT89C51單片機相比，AT89C52的RAM空間和內部FLASH更大，而且中斷源也多。因此，本設計采用AT89C52單片機作為此系統的控制核心。

二、硬件電路設計

系統整體方案設計：系統的電路組成，分別是采樣電路、顯示和查詢電路、保存電路、自動復位電路和單片機控制電路。采樣電路分別對三個房間的電量進行采集，A/D轉換，為單片機提供數字電能采樣信號。單片機控制電路是本設計的重點電路。

（一）采樣電路

三個房間的用電器都使用滑動變阻器來代替，改變滑動變阻器的阻值，就代表使用不同的用電器。三個房間分別對應各自的A/D轉換器，每個房間輸出的電壓都將經過A/D轉換器轉換為一個數字信號，在采樣電路中使用ADC0832芯片，然后送到單片機內。

（二）顯示和查詢電路

顯示部分采用LCD顯示屏，“切換”鍵控制顯示的是每個房間的電量、電流、電壓和功率。“查詢1”鍵、“查詢2”鍵、“查詢3”鍵分別控制顯示三個房間的電量。“清空”鍵則將三個房間的電量都清零。

（三）保存電路

電量的采集、顯示后需要把它保存起來，本次設計采用的是24C02C芯片，即是一種帶電可擦可編程只讀存儲器芯片。它具有掉電后數據不丟失的功能。

（四）自動復位電路

電路采用時間繼電器控制每個房間的自動斷送電，控制條件為每個房間的功率。設置最大功率為4000W，當超過此值時，則控制的相應電路自動斷電。超過4000W的即為惡性負載，當惡性負載消除，即將變阻器的功率調到4000W以下，則電路自動復位，接著之前的度數繼續顯示房間的用電量。

（五）單片機控制電路

單片機的P0口通過排阻分別與按鍵和繼電器相連；P1口接LCD顯示屏的D0～D7口；P2口接A/D轉換器；P3口接24C02C的串行數據和串行時鐘端口，以及顯示屏的使能端、寄存器選擇端和讀寫信號端。

1.晶振電路

XTAL1和XTAL2是晶體振蕩電路反相放大器輸入端和輸出端，通常外接一個晶振和兩個電容。選了33pf和30pf兩個電容起微調作用。單片機的運行速度取決于晶振的頻率，選擇11.0592MHz（晶振的振蕩頻率范圍通常是1.2MHz-12MHz）。

2.復位電路

上電瞬間時，電容充電可視為短路，這樣RST等效于接Vcc，電容充電時間由R、C的值決定，10 uF、1 K可滿足單片機復位時間要求（2周期的高電平），即實現高電平復位。電容充電完畢后，RST等效與通過1K接地，為低電平，單片機完成復位動作，開始執行程序。

三、軟件程序設計

主程序設計：在主程序中調用A/D轉換子程序、按鍵子程序、顯示子程序、保存子程序等程序來完成系統的采集、查詢、顯示和保存等功能。

（一）按鍵子程序設計

每個按鍵的功能都不相同，用戶可以根據不同的按鍵來顯示想要知道房間的信息。“按鍵1”控制顯示每個房間電量、電流、電壓、功率的顯示。剛運行時，顯示的是房間1的信息，然后依次循環顯示房間2、房間3、房間1的信息。“按鍵2”“按鍵3”“按鍵4”只控制顯示對應房間的用電量。“按鍵5”清空每個房間的用電量。“退出”則表示系統停止運行，LCD顯示屏熄滅。

（二）A/D轉換子程序設計

每個房間輸出的電壓都要經過A/D轉換器轉換為數字信號才能夠輸出。ADC0832是一種8位分辨率、雙通道的A/D轉換器，在工作時要進行通道選擇。它具有雙數據輸出，可作為數據校驗，減少誤差。

（三）顯示子程序設計

采用LCD1602顯示屏顯示各房間的用電量。LCD顯示有兩種模式，一種是切換模式，顯示房間的電量、電流、電壓和功率；一種是查詢模式，只顯示房間的用電量。

（四）保存子程序設計

學生在宿舍內使用功率過大的電器時，電路會自動斷電，這就需要把每次計算得出的電量保存起來，以方便查詢。用C語言將電量值送到24C02C芯片片中保存起來。

四、調試

可以根據主程序流程圖，將模擬調好的程序送入存儲器進行調試，檢查程序的運行是否符合流程圖的規定和活動狀態的正確變化，驅動負載相應的變化。及時根據現實的需要修改程序，寫入他們實際的設定值，對相應的硬件和軟件做相對應的調整。假如存在一些不成功或者不滿意的地方，通過反復檢查編寫的控制程序，一直調試掃描通電檢查接線故障，直到一個滿意的控制系統。

如今學生公寓等后勤設施不完善，管理水平有待提高，仍然是制約高等教育發展的一個關鍵因素。公寓用電智能管理系統主要針對這一現狀對公寓安全用電系統進行智能化改造。該設計雖有很多不完善之處，但單片機與智能用電系統的結合必將是將來智能化系統的主要趨勢。

參考文獻：

孫琳.公寓用電智能管理控制系統[J].遼寧師專學報，2004（10）：30.