大功率電器智能識別與用電安全控制器的設計

李世豪 何建強 王邊弛

摘 要：針對學生宿舍電源管理和用電安全問題，文章設計了一種可以自主識別大功率電器設備的控制器，該控制器通過電流互感器將信號送給Lvp358比較器，產生數字信號給單片機做判斷，自動識別用電器功率，限制大功率電器使用，是一種智能用電安全控制器。該控制器可以有效禁止宿舍內大功率電器的使用，消除因電器問題導致的用電安全隱患。

關鍵詞：智能控制器；用電安全；功率識別

隨著電子技術、通信技術和計算機網絡技術的迅速發展，智能配電控制系統應運而生。目前，我國已建立了學生公寓集中供電管理系統、一系列負荷識別模塊等產品[1]。然而該類產品性價比低，未廣泛使用。因此，需要設計一種允許小功率電器正常使用的智能識別用電器功率的控制器，本文設計了能夠智能識別出大功率的并限制其斷電以此來保證用電安全的控制器[2]。該控制器主要依靠單片機作為處理器來進行數據控制與處理。利用抗干擾濾波技術，避免各種電路的干擾，可精確確定出相關電路負載的功率特性，從而智能辨認出用電器功率大小，限制大功率電器的使用[3]。該控制器不但可以降低用電安全風險，而且不會影響常用電器的正常使用，對學生公寓安全用電有一定的借鑒作用。

1 系統構成

系統主要由A/D轉換、保護、輸出控制、信息檢測和主控器等五大模塊構成，如圖1所示。A/D轉換的模塊主要負責主電路電流采樣功能；保護模塊負責保護電路的功能即短路保護功能；輸出控制模塊負責斷開電路中負載；信息檢測模塊負責對負載電路的電流進行采集；主控器模塊負責輸出控制和數據的處理。

2 硬件設計

2.1 主控制器與A/D模塊的設計

主控器選用AT89C2051，它是一款低電壓、高性能的CMOS 8位微控制器，由一個128位隨機存取數據存儲器和2 kbit重復的只讀程序存儲器組成[4]。

A/D轉換器采用10位串行的TLC1534 ，它是一款高性能、低成本、價格比高的A/D轉換器[5]。AT89C2051與TLC1543連接電路如圖2所示。

2.2 采樣模塊設計

數據檢測模塊包括電流互感器、電壓形成放大電路、整流濾波電路、信號調理電路和限幅保護電路。該控制器運用簡單的電流互感器采樣方法，經過信號采集、整流濾波、信號調理后，再經過簡單的限流保護電路，將線性電壓信號直接傳送至A/D轉換器[6]。其限制保護電路功能主要在于保護A/D芯片。

3 軟件設計

軟件主要完成繼電器的驅動和大功率電器的智能識別。通過對當前時序進行采樣，并通過I/O端口將TLC1543的A/D轉換結果輸入微控制器的內部存儲單元中，并檢測到功率的突變達到設定值來實現智能識別功能[7]，判斷、控制繼電器動作。在15 s延遲后，進行重合閘，并判斷是否需要手動復位重合閘。主程序流程如圖3所示。

4 系統測試

根據電路圖，將東西焊接好，實物如圖4所示。

設置器設有兩個指示燈，黃燈亮是系統電源指示，藍燈亮則是跳閘指示。自動重合閘時藍燈閃爍，跳閘次數超過設定次數時將不再自動重合閘，藍燈常亮等待手動復位合閘。測試結果如表1所示。

5 結語

設置一種大功率電器智能識別和用電安全控制系統刻不容緩。此系統能夠實現學生公寓的自動識別、短路、過電流保護等問題。借助該系統，公寓的電力管理可以實現智能化和自動化，提高了公寓的管理水平。大功率電器智能識別和電力安全控制器能夠自動檢測線路負載，能夠對受控電路中的安全、最大和負載限制這3種情況作出相應的響應和反應，可在多次警告無用的情況下自動切斷總電源供應，避免了經常更換線路保險絲的麻煩，也從根本上杜絕了線路過載引起的火災[8]。大功率電器的智能識別和電氣安全控制器的優勢在于其低成本，易于形成產品及網絡系統，從而實現學生公寓用電的智能化控制。

[參考文獻]

[1]周維龍，歐陽洪波，胡姣.大功率電器智能識別系統設計[J].湖南工業大學學報，2014（1）：44-48.

[2]王帥，劉荔鑫.大功率電器智能識別與用電安全控制器[J].電氣時代，2005（4）：130-131，134.

[3]孫琳.公寓用電智能管理控制系統[J].遼寧師專學報（自然科學版），2004（1）：87-89.

[4]呂進華，傅玉朋，李明浩.基于RS-485的公寓用電集中管理[J].大連民族學院學報，2004（5）：94.

[5]HARLESSSAID.Electrical safety standards in focus[J].China Standardization，2006（4）：1.

[6]劉荔鑫，王帥，王迎旭，等.公寓電器功率智能識別與用電安全控制器設計[J].湖南工程學院學報（自然科學版），2005（2）：30-32.

[7]吳景逖.單片機與數/模（D/A）轉換器的接口[J].電子世界，2001（5）：35-36.

[8]CHENG X J，XU J Q，HANG Y，et al.High-power diode-end-pumped Tm：YAP and Tm：YLF slab lasers[J].Chinese Optics Letters，2011（9）：55-57.