畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于單片機(jī)最小系統(tǒng)下電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì).doc

皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))第1頁(yè)基于單片機(jī)最小系統(tǒng)下電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì)作者指導(dǎo)教師摘要：系統(tǒng)根據(jù)居民小區(qū)用電負(fù)荷的特點(diǎn)，利用單片機(jī)實(shí)行對(duì)用戶的用電情況進(jìn)行集中計(jì)量、集中管理和智能控制，并且利用串口通信技術(shù)完成上位機(jī)和下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸與交換。論文對(duì)多用戶用電計(jì)量方式與如何實(shí)現(xiàn)用電的智能控制進(jìn)行了說(shuō)明，對(duì)電能的采樣、計(jì)量原理、開(kāi)關(guān)控制以及數(shù)據(jù)顯示進(jìn)行了分析，完成了主要硬件電路的設(shè)計(jì)和參數(shù)的選擇。經(jīng)調(diào)試，系統(tǒng)能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，滿足居民小區(qū)用電管理要求。關(guān)鍵詞:采樣單片機(jī)電能計(jì)量電壓BedroomelectricitymanagementsystemdesignwisdomAbstract:Accordingtothecharacteristicsofelectricityburdeninstudentsapartment,thesystemmakesuseofdampingtocentralizemeasurementandmanagementandintelligentcontroltotheelectricitycircumstanceoftheuserandalsousesthecommunicationtechniquetotransmitandexchangedatabetweenthehostcomputerandtheslavemicroprocessor.Thethesisgivesanintroductiontothecalculatewayofelectricitytomulti-userandtherealizationofintelligentcontroltopowerusing,andananalysistothesampling,measurementprinciplesofelectricity,switchcontrolanddatadisplay,sothatitcompletesthedesignofcircuitofthemainhardwareandtheselectionoftheparameter.Thesystemcansatisfytherequirementfelectricitymanagementinstudentsapartmentwhichisthedesigntargetafterthedebug.Keywords:samplingChampingpower-measuringVoltage皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))第2頁(yè)目錄1緒論.41.1引言.41.2居民用電管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介.42系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理及主要技術(shù)指標(biāo).22.1系統(tǒng)的基本構(gòu)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(jī)數(shù)據(jù)處理模塊.62.1.5計(jì)量顯示模塊.62.1.6控制/保護(hù)模塊.62.1.7上位機(jī)控制模塊.62.2系統(tǒng)主要功能及技術(shù)指標(biāo).62.2.1系統(tǒng)主要功能.62.2.2主要技術(shù)指標(biāo).72.3系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn).73功能電路的實(shí)現(xiàn)與分析.73.1計(jì)量/控制電路的原理分析.73.1.1功能需求.73.1.2電能計(jì)量原理與分析.73.1.3控制保護(hù)電路設(shè)計(jì)與分析.73.2單片機(jī)數(shù)據(jù)處理電路設(shè)計(jì).103.2.1單片機(jī)的組成及結(jié)構(gòu).103.2.2存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu).123.2.3定時(shí)器.123.3顯示電路的設(shè)計(jì).13皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))第3頁(yè)3.3.174HC595A芯片的工作原理.133.3.2顯示電路的設(shè)計(jì)與分析.144系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與分析.164.1主程序設(shè)計(jì).164.1.1主程序工作過(guò)程.164.2顯示程序設(shè)計(jì).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(jì)量程序設(shè)計(jì).194.3.1功能要求.194.3.2計(jì)量程序流程圖.194.4負(fù)荷識(shí)別控制程序設(shè)計(jì).204.4.1工作過(guò)程.204.4.2工作原理.204.4.3程序流程圖（圖4-4）.215總結(jié)與展望.225.1設(shè)計(jì)總結(jié).225.2設(shè)計(jì)展望.22致謝.23參考文獻(xiàn).24附錄：總體電路圖.25皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))第4頁(yè)1緒論1.1引言近幾年，隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的生活日益豐富，用電方式和用電量增加，實(shí)現(xiàn)對(duì)集體宿舍用電管理的科學(xué)化和智能化勢(shì)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(duì)用電知識(shí)宣傳不夠，致使很多人對(duì)安全用電、科學(xué)用電、規(guī)范用電缺乏必要的了解，私拉電線、拖欠電費(fèi)等不良現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，由此引起的火災(zāi)、觸電事故、用電糾紛時(shí)有發(fā)生，由此帶來(lái)的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失觸目驚心。對(duì)后勤部門來(lái)說(shuō)，既要保證人民正常的學(xué)習(xí)、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(fèi)時(shí)費(fèi)力、代價(jià)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(wèn)題主要集中在：無(wú)法實(shí)現(xiàn)全區(qū)用電指標(biāo)的分解及控制；無(wú)法對(duì)后勤供電設(shè)施進(jìn)行科學(xué)的管理及合理的配置；無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)、準(zhǔn)確的用電量的統(tǒng)計(jì)及收費(fèi)管理；無(wú)法進(jìn)行學(xué)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(shí)有發(fā)生。其根本的解決途徑是采用一套新的計(jì)量管理系統(tǒng)。針對(duì)集體宿舍的用電特點(diǎn)，研制開(kāi)發(fā)一套結(jié)構(gòu)新穎、價(jià)格低廉的能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)用戶用電情況進(jìn)行集中計(jì)量、集中管理、實(shí)時(shí)控制的電能計(jì)量管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)面向用戶的信息化、自動(dòng)化管理，無(wú)疑具有積極的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的發(fā)展前景。1.2居民用電管理系統(tǒng)簡(jiǎn)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(jìn)的電能計(jì)量芯片,是一種先進(jìn)的集中式電能計(jì)量系統(tǒng)，具有電能計(jì)量,負(fù)荷識(shí)別，自動(dòng)開(kāi)關(guān)等功能。公寓用電智能管理系統(tǒng)屬于新一代電能計(jì)量管理設(shè)備，它與傳統(tǒng)的分立式電能計(jì)量設(shè)備，如機(jī)械式電度表、IC卡式電度表有根本的區(qū)別。機(jī)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(shí)際上仍然是許多分立式電度表在獨(dú)立工作。而集中式電能計(jì)量管理系統(tǒng)卻不是這樣，該系統(tǒng)是針對(duì)學(xué)生集體公寓特點(diǎn)研制開(kāi)發(fā)的一種計(jì)量功能的一體化獨(dú)立設(shè)備，同時(shí)還具有傳統(tǒng)電能計(jì)量設(shè)備所不具有的負(fù)荷檢測(cè)控制功能和統(tǒng)計(jì)分析功能，是適用于諸如學(xué)生公寓專用的集中管理模式。皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))第2頁(yè)2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理及主要技術(shù)指標(biāo)2.1系統(tǒng)的基本構(gòu)成該系統(tǒng)主要由電量采樣模塊(AD7755)、單片機(jī)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(duì)電量進(jìn)行采集,進(jìn)行由模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換,然后送給單片機(jī)進(jìn)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(guò)采樣電阻(錳銅合金制成)獲取的電流采樣信號(hào)與電壓采樣信號(hào)在芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量累加運(yùn)算，并在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，以脈沖方式輸出供給機(jī)械計(jì)度3200imp/kWh，本系統(tǒng)采用CF輸出1600imp/kWh供單片機(jī)進(jìn)行計(jì)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(fù)載開(kāi)、關(guān)控制，采用正、負(fù)脈沖信號(hào)進(jìn)行開(kāi)、關(guān)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電路可用晶體管電路實(shí)現(xiàn)，亦可用專用集成芯片實(shí)現(xiàn)，本系統(tǒng)采用集成電路BH3023實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的驅(qū)動(dòng)。2.1.2電壓采樣模塊硬件部分根據(jù)設(shè)計(jì)思路，硬件主要利用了微機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器、8253定時(shí)/計(jì)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(shí)驗(yàn)板部分皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))第3頁(yè)1)電位計(jì)模塊，4個(gè)電位計(jì)輸出4路15V的電壓信號(hào)。2)ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將4路電壓信號(hào)接到IN0IN3，ADD_A、ADD_B、ADD_C分別接A0、A1、A2，CS_AD接CS0時(shí)，4個(gè)采樣通道對(duì)應(yīng)的地址分別為280H283H。3)延時(shí)模塊，8253和8255組成延時(shí)電路。8255的PA0接到8253的OUT0，程序中查詢計(jì)數(shù)是否結(jié)束。硬件電路圖如圖1所示。圖1基本實(shí)驗(yàn)板上的電路圖實(shí)驗(yàn)板上的LED顯示部分實(shí)驗(yàn)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(hào)的輸出選通。電路圖如圖2所示。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:15-Jan-2006SheetofFile:F:工作設(shè)計(jì)圖keshe1.ddbDrawnBy:123U5A74LS32456U5B74LS32OC1CLK11D718D617D514D413D38D27D14D03Q02Q26Q15Q39Q412Q515Q616Q719VCC20U374374OC1CLK11D718D617D514D413D38D27D14D03Q02Q26Q15Q39Q412Q515Q616Q719VCC20U174374D11D22D33D44D55D66D77Y116Y215Y314Y413Y512Y611Y710U2MC14131A12A33A54A95A116A131Y22Y43Y64Y85Y106Y12U474071A12A33A54A95A116A131Y22Y43Y64Y85Y106Y12U6740712345678910T0S-5101AH12345678910T0S-5101AH12345678910T0S-5101AH12345678910T0S-5101AH12345678910T0S-5101AH12345678910+5vL7L8LED7LED8123456789PR7470*8HGFEDCBAS5S6S1S2S3S4CS1CS2IOWD0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D612J1+5CS1（基本接口實(shí)驗(yàn)板）CS2（基本接口實(shí)驗(yàn)板）圖2LED數(shù)碼管顯示電路圖皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))第4頁(yè)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(jiàn)圖3所示。開(kāi)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(gè)子程序。1系統(tǒng)初始化系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)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/