畢業(yè)設計（論文）-基于單片機最小系統(tǒng)下電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的設計.doc

皖西學院本科畢業(yè)論文(設計)第1頁基于單片機最小系統(tǒng)下電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的設計作者指導教師摘要：系統(tǒng)根據(jù)居民小區(qū)用電負荷的特點，利用單片機實行對用戶的用電情況進行集中計量、集中管理和智能控制，并且利用串口通信技術完成上位機和下位機的數(shù)據(jù)傳輸與交換。論文對多用戶用電計量方式與如何實現(xiàn)用電的智能控制進行了說明，對電能的采樣、計量原理、開關控制以及數(shù)據(jù)顯示進行了分析，完成了主要硬件電路的設計和參數(shù)的選擇。經(jīng)調(diào)試，系統(tǒng)能滿足設計目標，滿足居民小區(qū)用電管理要求。關鍵詞:采樣單片機電能計量電壓BedroomelectricitymanagementsystemdesignwisdomAbstract:Accordingtothecharacteristicsofelectricityburdeninstudentsapartment,thesystemmakesuseofdampingtocentralizemeasurementandmanagementandintelligentcontroltotheelectricitycircumstanceoftheuserandalsousesthecommunicationtechniquetotransmitandexchangedatabetweenthehostcomputerandtheslavemicroprocessor.Thethesisgivesanintroductiontothecalculatewayofelectricitytomulti-userandtherealizationofintelligentcontroltopowerusing,andananalysistothesampling,measurementprinciplesofelectricity,switchcontrolanddatadisplay,sothatitcompletesthedesignofcircuitofthemainhardwareandtheselectionoftheparameter.Thesystemcansatisfytherequirementfelectricitymanagementinstudentsapartmentwhichisthedesigntargetafterthedebug.Keywords:samplingChampingpower-measuringVoltage皖西學院本科畢業(yè)論文(設計)第2頁目錄1緒論.41.1引言.41.2居民用電管理系統(tǒng)簡介.42系統(tǒng)實現(xiàn)原理及主要技術指標.22.1系統(tǒng)的基本構成.22.1.1電量采樣模塊.22.1.2電壓采樣模塊硬件部分.22.1.3電壓采樣模塊軟件部分.42.1.4單片機數(shù)據(jù)處理模塊.62.1.5計量顯示模塊.62.1.6控制/保護模塊.62.1.7上位機控制模塊.62.2系統(tǒng)主要功能及技術指標.62.2.1系統(tǒng)主要功能.62.2.2主要技術指標.72.3系統(tǒng)主要結構特點.73功能電路的實現(xiàn)與分析.73.1計量/控制電路的原理分析.73.1.1功能需求.73.1.2電能計量原理與分析.73.1.3控制保護電路設計與分析.73.2單片機數(shù)據(jù)處理電路設計.103.2.1單片機的組成及結構.103.2.2存儲器的結構.123.2.3定時器.123.3顯示電路的設計.13皖西學院本科畢業(yè)論文(設計)第3頁3.3.174HC595A芯片的工作原理.133.3.2顯示電路的設計與分析.144系統(tǒng)軟件設計與分析.164.1主程序設計.164.1.1主程序工作過程.164.2顯示程序設計.184.2.1功能要求.184.2.2顯示緩沖區(qū)更新子程序.184.2.3顯示程序流程.184.3計量程序設計.194.3.1功能要求.194.3.2計量程序流程圖.194.4負荷識別控制程序設計.204.4.1工作過程.204.4.2工作原理.204.4.3程序流程圖（圖4-4）.215總結與展望.225.1設計總結.225.2設計展望.22致謝.23參考文獻.24附錄：總體電路圖.25皖西學院本科畢業(yè)論文(設計)第4頁1緒論1.1引言近幾年，隨著社會的發(fā)展，人們的生活日益豐富，用電方式和用電量增加，實現(xiàn)對集體宿舍用電管理的科學化和智能化勢在必行。但由于很多工廠集體宿舍的后勤部門、物業(yè)公司對用電知識宣傳不夠，致使很多人對安全用電、科學用電、規(guī)范用電缺乏必要的了解，私拉電線、拖欠電費等不良現(xiàn)象時有發(fā)生，由此引起的火災、觸電事故、用電糾紛時有發(fā)生，由此帶來的人員傷亡、財產(chǎn)損失觸目驚心。對后勤部門來說，既要保證人民正常的學習、生活用電，又要防止以上不良現(xiàn)象的發(fā)生，僅僅依靠管理人員的督促檢查或是采用傳統(tǒng)的用電管理模式，既費時費力、代價大，又難有理想的效果，綜上所述，居民區(qū)供電系統(tǒng)存在的問題主要集中在：無法實現(xiàn)全區(qū)用電指標的分解及控制；無法對后勤供電設施進行科學的管理及合理的配置；無法實現(xiàn)準時、準確的用電量的統(tǒng)計及收費管理；無法進行學校整體用電成本的分析及核算；增加管理難度，造成用電安全隱患，失火現(xiàn)象時有發(fā)生。其根本的解決途徑是采用一套新的計量管理系統(tǒng)。針對集體宿舍的用電特點，研制開發(fā)一套結構新穎、價格低廉的能夠?qū)崿F(xiàn)對用戶用電情況進行集中計量、集中管理、實時控制的電能計量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)面向用戶的信息化、自動化管理，無疑具有積極的現(xiàn)實意義和廣闊的發(fā)展前景。1.2居民用電管理系統(tǒng)簡介本課題研制的集體宿舍用電智能管理系統(tǒng)采用了先進的電能計量芯片,是一種先進的集中式電能計量系統(tǒng)，具有電能計量,負荷識別，自動開關等功能。公寓用電智能管理系統(tǒng)屬于新一代電能計量管理設備，它與傳統(tǒng)的分立式電能計量設備，如機械式電度表、IC卡式電度表有根本的區(qū)別。機械式電度表和IC卡式電度表也可以集中的形式安裝，但這僅僅是形式上的集中，實際上仍然是許多分立式電度表在獨立工作。而集中式電能計量管理系統(tǒng)卻不是這樣，該系統(tǒng)是針對學生集體公寓特點研制開發(fā)的一種計量功能的一體化獨立設備，同時還具有傳統(tǒng)電能計量設備所不具有的負荷檢測控制功能和統(tǒng)計分析功能，是適用于諸如學生公寓專用的集中管理模式。皖西學院本科畢業(yè)論文(設計)第2頁2系統(tǒng)實現(xiàn)原理及主要技術指標2.1系統(tǒng)的基本構成該系統(tǒng)主要由電量采樣模塊(AD7755)、單片機數(shù)據(jù)采集處理模塊、用電量顯示模塊、鍵盤、控制電路等組成等.系統(tǒng)基本框圖如圖1-1示。圖1-1：系統(tǒng)組成基本框圖2.1.1電量采樣模塊電量采樣是此系統(tǒng)的核心之一,它將對電量進行采集,進行由模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換,然后送給單片機進行數(shù)據(jù)處理.該模塊的核心電路是由AD7755組成的電能模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，它能將通過采樣電阻(錳銅合金制成)獲取的電流采樣信號與電壓采樣信號在芯片內(nèi)部實現(xiàn)電能計量累加運算，并在內(nèi)部實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，以脈沖方式輸出供給機械計度3200imp/kWh，本系統(tǒng)采用CF輸出1600imp/kWh供單片機進行計量處理。電量采樣模塊上另一部分電路是磁保持繼電器控制電路，磁保持繼電器用于負載開、關控制，采用正、負脈沖信號進行開、關驅(qū)動。驅(qū)動電路可用晶體管電路實現(xiàn)，亦可用專用集成芯片實現(xiàn)，本系統(tǒng)采用集成電路BH3023實現(xiàn)對繼電器的驅(qū)動。2.1.2電壓采樣模塊硬件部分根據(jù)設計思路，硬件主要利用了微機實驗平臺上的ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器、8253定時/計數(shù)器以及LED顯示輸出等模塊。電路原理圖如下：1基本接口實驗板部分皖西學院本科畢業(yè)論文(設計)第3頁1)電位計模塊，4個電位計輸出4路15V的電壓信號。2)ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將4路電壓信號接到IN0IN3，ADD_A、ADD_B、ADD_C分別接A0、A1、A2，CS_AD接CS0時，4個采樣通道對應的地址分別為280H283H。3)延時模塊，8253和8255組成延時電路。8255的PA0接到8253的OUT0，程序中查詢計數(shù)是否結束。硬件電路圖如圖1所示。圖1基本實驗板上的電路圖實驗板上的LED顯示部分實驗板上主要用到了LED數(shù)碼管顯示電路，插孔CS1用于數(shù)碼管段碼的輸出選通，插孔CS2用于數(shù)碼管位選信號的輸出選通。電路圖如圖2所示。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:15-Jan-2006SheetofFile:F:工作設計圖keshe1.ddbDrawnBy:123U5A74LS32456U5B74LS32OC1CLK11D718D617D514D413D38D27D14D03Q02Q26Q15Q39Q412Q515Q616Q719VCC20U374374OC1CLK11D718D617D514D413D38D27D14D03Q02Q26Q15Q39Q412Q515Q616Q719VCC20U174374D11D22D33D44D55D66D77Y116Y215Y314Y413Y512Y611Y710U2MC14131A12A33A54A95A116A131Y22Y43Y64Y85Y106Y12U474071A12A33A54A95A116A131Y22Y43Y64Y85Y106Y12U6740712345678910T0S-5101AH12345678910T0S-5101AH12345678910T0S-5101AH12345678910T0S-5101AH12345678910T0S-5101AH12345678910+5vL7L8LED7LED8123456789PR7470*8HGFEDCBAS5S6S1S2S3S4CS1CS2IOWD0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D612J1+5CS1（基本接口實驗板）CS2（基本接口實驗板）圖2LED數(shù)碼管顯示電路圖皖西學院本科畢業(yè)論文(設計)第4頁2.1.3電壓采樣模塊軟件部分根據(jù)功能需求，系統(tǒng)主程序主要包括初始化程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序。主程序流程圖見圖3所示。開始初始化調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用顯示子程序圖3主程序流程圖下面分別介紹各個子程序。1系統(tǒng)初始化系統(tǒng)開始運行后，初始化程序?qū)⒉杉瘮?shù)據(jù)存放單元清0，將LED顯示數(shù)據(jù)存放單元清0。2A/