1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄專心-專注-專業(yè)高校公寓智能節(jié)水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，電力系統(tǒng)在學(xué)生宿舍樓中的應(yīng)用越來越廣泛，并且日趨復(fù)雜化。這就對(duì)學(xué)生宿舍樓的電力交流參數(shù)的測(cè)試和管理水平提出了更高的要求。該文介紹了一種新型的，適用于學(xué)生宿舍樓電量測(cè)量的多參數(shù)電力系統(tǒng)模塊。該模塊基于采樣定理，利用準(zhǔn)同步采樣法對(duì)電力參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。整個(gè)系統(tǒng)由主控模塊、采樣測(cè)量模塊、顯示模塊等組成。主控單元模塊由Intel的16位單片機(jī)AT89C51作為核心處理器，對(duì)各個(gè)傳感器傳送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。數(shù)據(jù)處理傳輸模塊也是采用80C196KB作為CPU，對(duì)若干個(gè)集中監(jiān)控單元模塊傳上來的數(shù)據(jù)進(jìn)

2、行處理、控制。該系統(tǒng)還可以安裝串行通信接口與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)傳通信。關(guān)鍵詞：功率測(cè)量；AT89C51單片機(jī)；ADE7755；LED顯示1 引言1.1課題的提出高校學(xué)生宿舍的用電管理問題，一直是擺在高校學(xué)生宿舍管理者面前的一道難題，傳統(tǒng)的以手工操作為主的學(xué)生宿舍用電管理方式，信息反饋慢，工作效率低，管理質(zhì)量差。在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用的今天，這種落后的管理方式與時(shí)代的步伐已顯得格格不入，對(duì)學(xué)生宿舍用電實(shí)行智能化、信息化管理，是信息時(shí)代對(duì)高校學(xué)生公寓管理工作提出的客觀要求。幾乎所有院校目前的學(xué)生公寓，是按房間安裝了電度表，對(duì)學(xué)生宿舍用電實(shí)行定額管理。學(xué)校按照規(guī)定給每個(gè)宿舍核撥用電定額。用

3、電在定額以內(nèi)的部分，由學(xué)校承擔(dān)，定額以外的部分，由學(xué)生自己承擔(dān)。但是由于沒有安裝“學(xué)校用電收費(fèi)管理系統(tǒng)”等類似的相關(guān)系統(tǒng)軟件，在用電管理過程中，每抄一次表就需要花很長(zhǎng)的時(shí)間，同時(shí)還有大量的數(shù)據(jù)和信息需要處理，既費(fèi)工又費(fèi)力，還容易出錯(cuò)。如何使數(shù)據(jù)與信息在用電管理系統(tǒng)的相關(guān)模塊間流動(dòng)起來，為學(xué)生宿舍用電管理提供科學(xué)的管理方法，使管理更嚴(yán)謹(jǐn)，同時(shí)更具有操作性，節(jié)省操作人員的勞動(dòng)，成為學(xué)校用電收費(fèi)管理人員的當(dāng)務(wù)之急。學(xué)校用電收費(fèi)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容：本系統(tǒng)是單機(jī)版的應(yīng)用系統(tǒng)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有以下功能：（1）用戶管理（2）電費(fèi)抄表登記（3）電費(fèi)收繳（正常、超支、停電）（4）報(bào)表統(tǒng)計(jì)打印（5）用戶用電查詢（6）

4、系統(tǒng)維護(hù)等。本系統(tǒng)具備的特點(diǎn)有：界面美觀，操作方便；大大提高工作效率；能及時(shí)、準(zhǔn)確地反映學(xué)生宿舍用電情況；信息收集、處理、存儲(chǔ)、打印方便；收費(fèi)程序更加規(guī)范；系統(tǒng)可維護(hù)性強(qiáng)、管理集中。本系統(tǒng)前臺(tái)利用Visual Basic語(yǔ)言、后臺(tái)使用ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行開發(fā)，適用于windows xp，或更高的軟件支持平臺(tái)，便于以后的系統(tǒng)擴(kuò)展與更新，有著較好的開發(fā)前景。使用本系統(tǒng)后可提高學(xué)生們的節(jié)電意識(shí)，減少大手大腳隨意浪費(fèi)電能的現(xiàn)象，對(duì)于學(xué)校用電管理的規(guī)范化、制度化建設(shè)等工作都起到積極的作用。1.2系統(tǒng)分析學(xué)校用電收費(fèi)管理系統(tǒng)主要用于記錄本學(xué)校學(xué)生公寓寢室的用電情況并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行超支電費(fèi)收取，并對(duì)用電用

5、戶、管理員檔案資料、用電相關(guān)信息等進(jìn)行錄入與維護(hù)工作。其主要的業(yè)務(wù)流程如下：1. 作為電費(fèi)管理系統(tǒng)，首先得要有用電用戶、管理員的最基本信息；所以需要建立用電用戶、管理員的檔案資料，系統(tǒng)管理員對(duì)其進(jìn)行添加、刪除、修改等維護(hù)工作。2. 每個(gè)月的月末，抄表員收集好各寢室的上月及本月電表讀數(shù)，先進(jìn)行手工抄錄。然后將相關(guān)資料交給系統(tǒng)管理員或者直接進(jìn)入抄表系統(tǒng)，設(shè)置好本月電表的基本信息、抄表情況、電費(fèi)單價(jià)、收費(fèi)時(shí)間等系統(tǒng)參數(shù)；再將每個(gè)寢室的相關(guān)電表讀數(shù)輸入系統(tǒng)進(jìn)行電腦自動(dòng)計(jì)量和計(jì)費(fèi)。3. 將本月所有的電表信息輸入電腦后，既可完成了抄表工作。系統(tǒng)管理員再根據(jù)本月的電表信息，對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)和維護(hù)。檢驗(yàn)無誤后，再

6、發(fā)布繳費(fèi)通知和本月的電費(fèi)清單，并提供電腦查詢電量電費(fèi)等信息。4. 發(fā)布繳費(fèi)通知后，便可開始對(duì)用戶進(jìn)行收取電費(fèi)工作。收費(fèi)員或者系統(tǒng)管理員進(jìn)入收費(fèi)系統(tǒng)，對(duì)用戶進(jìn)行收取用電用戶當(dāng)月的電費(fèi)、以往的欠款、當(dāng)月及以往的滯納金，并將收費(fèi)情況進(jìn)行登記。5. 繳費(fèi)完畢后，對(duì)已繳費(fèi)或未按時(shí)繳費(fèi)的用戶進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。對(duì)未按時(shí)繳費(fèi)的用戶發(fā)布逾期情況的通知，并對(duì)逾期情況嚴(yán)重的用戶采取停電措施。6. 系統(tǒng)管理員要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)工作，以防止重要數(shù)據(jù)的丟失而加大工作量1。2方案論證及系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1有功功率測(cè)量方案論證對(duì)于交流功率，有： （式1） （式2） （式3）其中瞬時(shí)功率 （式4）其中有功功率 （式5

7、）其中無功功率 （式6）其中視在功率 （式7）所以 （式8）有功功率測(cè)量方案分感應(yīng)式電能測(cè)量和電子式測(cè)量功率。這里主要論述電子式有功功率測(cè)量方案：方案一：用四象限模擬乘法器。功率P=UI，所以可以用模擬乘法器測(cè)量功率，基本原理如圖。設(shè)，ZL是負(fù)載，經(jīng)過RC濾波器后，其平均值代表有功功率2。 圖1所示，這種方法是用純模擬器件進(jìn)行處理，他的特點(diǎn)是成本高，容易受干擾，精度不如意做高。圖1 純模擬電路處理電路方案二： 直接對(duì)電壓，電流進(jìn)行ADC采樣，用軟件計(jì)算有功功率。這種方法是用兩路ADC分別對(duì)電壓和電流進(jìn)行量化，其中： （式9） （式10）N是一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，T為電壓電流的周期，為采樣間隔時(shí)

8、間，和是電壓和電流采樣點(diǎn)的離散值。單相有功功率的平均值是： （式11）單相功率因數(shù)的計(jì)算： （式12）這種方法是用微處理器直接對(duì)電壓，電流進(jìn)行ADC采樣，特點(diǎn)是ADC硬件成本高，因?yàn)橐龃罅窟\(yùn)算對(duì)微處理器性能要求比較高，精度也不容易做高3。方案三：用專用電能計(jì)量芯片。如ADI公司的ADE7755專用電能計(jì)量芯片。ADE7755是用于電能計(jì)量設(shè)備上的芯片，它將有功功率的信息以頻率的形式輸出。在50/60Hz輸入信號(hào)時(shí)都能滿足IEC687/1036標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試精度要求，在1000：1的輸入動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，測(cè)試誤差小于0.1%。ADE7755特點(diǎn)：(1)在50/60Hz輸入信號(hào)時(shí)都能滿足IEC687/

9、1036標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試精度要求，在1000：1的輸入動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，測(cè)試誤差小于0.1%； (2)具有負(fù)功率或錯(cuò)線指示功能； (3)片內(nèi)帶有抗混疊濾波器； (4)帶有電源電壓檢測(cè)功能，電源電壓降低到80VDD時(shí)，芯片自動(dòng)復(fù)位； (5)2.5V片內(nèi)高精度參考電壓源，絕對(duì)偏差小于4%，溫漂小于20ppm/； (6)5V單電源工作，正常工作時(shí)芯片功耗30mW； (7)工作溫度范圍4085的特點(diǎn)；(8)成本<1美元。根據(jù)上面優(yōu)缺點(diǎn)分析采用第三種方案2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想是用專用電能計(jì)量芯片對(duì)系統(tǒng)功率進(jìn)行測(cè)試，用單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，但一段時(shí)間內(nèi)的功率平均值超過設(shè)定值時(shí)，控制繼電器切斷電

10、路，當(dāng)人工處理后重新接通電路，對(duì)用戶供電。系統(tǒng)示意圖如圖2所示：ADE7755微處理器繼電器接口電路分流器分壓電路按鍵電路顯示電路電源電路負(fù)載中線220V交流相線圖2 系統(tǒng)硬件示意圖3 系統(tǒng)硬件介紹3.1單片機(jī)簡(jiǎn)介（1）單片機(jī)概述單片微機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，也有的叫做微處理或微控制器，通常統(tǒng)稱微型處理部件。單片機(jī)專業(yè)名稱Micro Controller Unit(微控制器件)它由大名鼎鼎的INTEL公司發(fā)明的最早的系列是 MCS-48 后來有了MCS-51。人們經(jīng)常說的 51 系列單片機(jī)，就MCS-51 micro controller system它是一種8位的單片機(jī)。8位是什么意思以后再講。后來，

11、INTEL公司把它的核心技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了世界上很多的小公司，不過再小也有幾個(gè)億的銷售，所以世界上就有許多公司生產(chǎn)51系列兼容單片機(jī) 比如飛利浦的，87LPC系列華邦的，W78系列達(dá)拉斯的，DS87系列的,GSM97系列等等。目前在中國(guó)比較流行的就是美國(guó)ATMEL公司的89C51，它是一種帶Flash ROM 的單片機(jī)，至于什么是Flash ROM在這兒先不作介紹，等以后大家學(xué)到相關(guān)的知識(shí)時(shí)，自然就會(huì)明白智能化節(jié)電管理系統(tǒng)就是以該型號(hào)的單片機(jī)來作實(shí)驗(yàn)的。講到這里，也許有的人會(huì)問，平時(shí)在各種書上看到全是講解8031和8051等型號(hào)的單片機(jī)，它們又有什么不同呢？其實(shí)它們同屬于一個(gè)系列，只是89C51 的

12、單片機(jī)更新型一點(diǎn)6。（2）單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成目前，單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有兩種類型：一種是將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開使用， 即哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)，當(dāng)前的單片機(jī)大都是這種結(jié)構(gòu)。另一種是采用和PC機(jī)的馮.諾依曼（Von Neumann）類似的原理，對(duì)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器不作邏輯上的區(qū)分，用來存放用戶程序，可分為EPROM、OTP、ROM和FLASH等類。（3）中央處理器（CPU）單片機(jī)（嵌入式應(yīng)用）屬于專用計(jì)算機(jī)，主要應(yīng)用于智能儀表、智能傳感器、智能家電、智能辦公設(shè)備、汽車及軍事電子設(shè)備等應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)體積小、價(jià)格低、可靠性高，其非凡的嵌入式應(yīng)用形態(tài)對(duì)于滿足嵌入式應(yīng)用需求具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。（4）定時(shí)器/

13、計(jì)數(shù)器（T/C）單片機(jī)內(nèi)部有多個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，單片機(jī)內(nèi)部用于精確定時(shí)或?qū)ν獠渴录M(jìn)行計(jì)數(shù)。（5）系統(tǒng)時(shí)鐘單片機(jī)通常要外接晶體或其它振蕩源來提供時(shí)鐘的信號(hào)輸入。以上是單片機(jī)的基本構(gòu)成，現(xiàn)代的單片機(jī)又加入了許多其他全功能部件，例如溫度傳感器、模擬與數(shù)字轉(zhuǎn)換器（A/D）、數(shù)字與模擬轉(zhuǎn)換器（D/A）、低壓檢測(cè)（LVD）電路液晶（LCD）驅(qū)動(dòng)電路、電壓監(jiān)控、看門狗（WDT）電路、液晶（LCD）驅(qū)動(dòng)電路、等等。3.2 單片機(jī)編程語(yǔ)言介紹對(duì)于51系列單片機(jī)，現(xiàn)有四種語(yǔ)言支持，即匯編、PL/M，C和BASIC。BASIC通常附在PC機(jī)上，是初學(xué)編程的第一種語(yǔ)言。一臺(tái)計(jì)算機(jī)，無論是大型機(jī)還是微型機(jī)，如果只有硬件

14、，而沒有軟件 (程序)，是不能工作的。單片機(jī)也不例外，它必須配合各種各樣的軟件才能發(fā)揮其運(yùn)算和控制功能。匯編語(yǔ)言是一種采用助記符表示指令、數(shù)據(jù)和地址來設(shè)計(jì)程序的語(yǔ)言。是一種表示機(jī)器指令的符號(hào)語(yǔ)言。但是不同的CPU，其匯編語(yǔ)言可能有所差異，所以不易移植。C語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)是可讀性好，移植容易，是普遍使用的一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。缺點(diǎn)是占用資源較多，執(zhí)行效率沒有匯編高。最好的單片機(jī)編程者應(yīng)是由匯編轉(zhuǎn)用C而不是原來用過標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言的人。由此來看，單片機(jī)有著微處理器所不具備的功能，它可單獨(dú)地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機(jī)最大的特征。3.3 系統(tǒng)選擇本系統(tǒng)以MCS-51單片機(jī)成員中的AT89C51為

15、控制核心。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖3所示： 圖3單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.4 AT89C51引腳功能介紹1.電源引腳Vcc和GND Vcc：電源電壓，GND(10腳)：接地端。2.時(shí)鐘電路引腳XTALl和XTAL2 XTALl（FPEROMFlash

16、60;Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種

17、靈活性高且價(jià)廉的方案。該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖如圖4和圖5所示：圖4 AT89S51單片機(jī)晶振接法 圖5 外部時(shí)鐘電路3.控制信號(hào)引腳RSTRES(8腳)“RST是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期)的高電平時(shí)，可以完成復(fù)位操作。4.IO(輸入輸出) P0、 P1、 P2和 P3標(biāo)準(zhǔn)51單片機(jī)，如8051、8031、AT89C51、AT89S51、P89C51等有4個(gè)IO(輸入輸出)口，分別為：P0口(3932腳)：P0口是一個(gè)漏極開路的8位雙向埠。作為漏極八路的輸出端口，每次能驅(qū)動(dòng)8個(gè)Ls型TTL負(fù)載。當(dāng)P0口作為輸入口使用時(shí)，其先向鎖存器(地址80H)

18、寫入全1，此時(shí)P0口的全部引腳懸空，叫作為高阻抗輸入。P1口(18腳)：P1口是一個(gè)帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口每一位能驅(qū)動(dòng)(吸收成輸出電流)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。在P1口是輸入端，應(yīng)該先向鎖存器寫入全1,向上拉電阻接高電平。P2口(2128腳)：P2口是一個(gè)內(nèi)部上接電阻8位準(zhǔn)雙向埠的接口。P2口的每一個(gè)二進(jìn)制位能帶動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。P3口(2128腳)：P3口是一個(gè)帶內(nèi)部上接電阻的8位準(zhǔn)雙向埠。P3口的每一位能驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P3口與其它的I/O埠有很大區(qū)別，它除作為般準(zhǔn)雙向IO口外，每個(gè)引腳還具有專門的功能，見表1。表1 端口引腳功能圖6 P1口作通用I/O

19、口使用圖P1口也是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，作通用I/O口使用。其電路結(jié)構(gòu)見圖6。輸出驅(qū)動(dòng)部分內(nèi)部有上拉負(fù)載電阻與電源相連。實(shí)質(zhì)上拉電阻是兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管(FET)并在一起，個(gè)FET為負(fù)載管，其電阻固定；另一個(gè)FET可工作在導(dǎo)通或截止兩種狀態(tài)，使其總電阻值變化近為0或阻值很大兩種情況。當(dāng)阻值近似為0時(shí)，可將引腳快速上拉至全高電平，當(dāng)阻值很大時(shí)，P1口為高阻輸入狀態(tài)。當(dāng)P1口輸出高電平時(shí)，能向外提供拉電流負(fù)載，所以不必再接上拉電阻。在埠用作輸入時(shí)，也必須先向?qū)?yīng)的鎖存器寫入“1”，使FET截止。由于片內(nèi)負(fù)載電阻較大，約20k40k，所以不會(huì)對(duì)輸入的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。3.5 學(xué)生宿舍樓用電量計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)以80

20、C196KB為核心，進(jìn)行了必要的擴(kuò)展。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，已經(jīng)考慮到輸入端的泄漏電流、采樣電容的大小等重要因素。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示。鍵盤用于輸入及功能選擇，LCD用于顯示測(cè)量結(jié)果，A/D轉(zhuǎn)換接口電路外部電路應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的需要來設(shè)計(jì)，它的好壞直接影響系統(tǒng)的性能。圖 7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4 硬件設(shè)計(jì)限電控制器的硬件包括AT89C51單片機(jī)、ADE7755、分壓分流電路、電源電路、LED顯示電路等。如圖8所示。ADE7755微處理 器按鍵電路 繼電器接口電路顯示電路分流器分壓電路電源電路圖8 硬件系統(tǒng)圖4.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì)

21、51系列單片機(jī)來說,最小系統(tǒng)包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。前面已經(jīng)提到單片機(jī)選用AT89C51。單片機(jī)及外圍電路如圖9。圖9 單片機(jī)及外圍電路對(duì)于AT89C51單片機(jī)，其最小系統(tǒng)只需要電源、上電復(fù)位電路、時(shí)鐘電路就能工作。由于我們的程序存儲(chǔ)器（ROM）采用內(nèi)部Flash存儲(chǔ)單元，所以單片機(jī)上的EA接高。時(shí)鐘電路的晶振采用12M的晶振，它由晶振、C8、C9和單片機(jī)內(nèi)部的OSC電路組成，為單片機(jī)提供12MHz的時(shí)鐘信號(hào)源。微處理器系統(tǒng)在開始工作時(shí)必須對(duì)微處理器內(nèi)部的寄存器等進(jìn)行復(fù)位，使各個(gè)寄存器的值設(shè)為預(yù)定狀態(tài)才能順利開始工作。本文從可靠性和成本考慮最終選用電阻電容來搭建復(fù)位電路。對(duì)于51內(nèi)核

22、的單片機(jī)，RST是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期)的高電平時(shí)，可以完成復(fù)位操作。R和C5為上電復(fù)位電路。當(dāng)單片機(jī)加電時(shí)由于RC充電的效果，使得復(fù)位腳保持一會(huì)高電平使單片機(jī)內(nèi)部寄存器徹底復(fù)位。4.2 供電電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用對(duì)市電220V電壓進(jìn)行變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓的方法獲得系統(tǒng)所需的電源。系統(tǒng)需要兩種電壓信號(hào)，一種是+12V，一種是+5V。其中+12V電壓為繼電器控制電路供電。+5v電源分為兩路，一路為模擬電源，為ADE7755供電，另一路數(shù)字電源為微控制器電路供電。在+5V電源電路中，經(jīng)變壓器變壓后的電壓范圍為8-30V。在這里選用12V。即使市電

23、電壓由220V降低到146V，仍能正常工作。電源電路由變壓器、整流橋、三端穩(wěn)壓集成電路7805,以及濾波環(huán)節(jié)組成，其原理圖參見圖10所示。圖10 電源電路4.3 繼電器接口電路繼電器在本設(shè)計(jì)中的作用是當(dāng)剩余電量小于斷電限度值時(shí)，繼電器斷開供電卡回路，停止供電。如果是小繼電器,可以通過光耦直接驅(qū)動(dòng),單片的端口引腳接光耦輸入,在光耦輸出端,繼電器的線圈作為上拉在接電源,或作為下拉接地,以單片端口的'0'或'1'控制光耦的通斷,從而控制繼電器線圈上電流的通斷,從而決定繼電器刀的開與閉。如果繼電器電流較大，需要在光耦與繼電器之間加三極管驅(qū)動(dòng)。繼電器驅(qū)動(dòng)電路采用開關(guān)三極管

24、8050，如圖11所示。 圖11 繼電器驅(qū)動(dòng)電路5 軟件設(shè)計(jì)5.1 Keil C51簡(jiǎn)介1.對(duì)于8051單片機(jī)，現(xiàn)有四種語(yǔ)言支持，即匯編、FIM、C和BASIC。 C是一種源于編寫UNIX操作系統(tǒng)的語(yǔ)言，它是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，可產(chǎn)生緊湊代碼。C結(jié)構(gòu)是以括號(hào)()而不是字和特殊符號(hào)的語(yǔ)言。C可以進(jìn)行許多機(jī)器級(jí)函數(shù)控制而不用匯編語(yǔ)言。與匯編相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對(duì)8051的存貯器結(jié)構(gòu)有初步了解（2）寄存器分配、不同存貯器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理；（3）程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)，這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化；（4）具有將可變的選擇與特殊操作組合在一起

25、的能力，改善了程序的可讀性；（5）關(guān)鍵字及運(yùn)算函數(shù)可用近似人的思維過程方式使用；8051系列單片機(jī)作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)地位，從1985年開始就有8051單片機(jī)的C語(yǔ)言編譯器。簡(jiǎn)稱C51。C51程序結(jié)構(gòu)與一般C語(yǔ)言沒有什么差別.一個(gè)C51程序大體上是一個(gè)函數(shù)定義的集合，在這個(gè)集合中有僅有一個(gè)名為main的函數(shù)(主函數(shù)).主函數(shù)是程序的入口，主函數(shù)中的所有語(yǔ)句執(zhí)行完畢，則程序執(zhí)行結(jié)束。C5l提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以數(shù)據(jù)類型的形式出現(xiàn)的。我們最常用的Keil C5l編譯器具體支持的數(shù)據(jù)類型有：位型(bit)、無符號(hào)字符(unsigned char)、有符號(hào)字符(signed char)、無符號(hào)整型(unsigne

26、d int)、有符號(hào)整型(signed int)、無符號(hào)長(zhǎng)型(unsigned long)、有符號(hào)長(zhǎng)型(signed long)、浮點(diǎn)(float)和指針類型等。2.C51數(shù)據(jù)的存貯類型與805l存貯器結(jié)構(gòu)：KeilC51編譯器完全支持8051單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，可完全訪問8051硬件系統(tǒng)的所有部分.該編譯器通過將變量、常量定義成不同的存貯類型(data，Nata，idata，pdata，xdata，code)的方法，將它們定位在不同的存貯區(qū)中。C51數(shù)據(jù)存貯類型與8051單片機(jī)實(shí)際存貯空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。表2 存貯類型與存貯空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系存貯器模式?jīng)Q定了自動(dòng)變量和默認(rèn)存貯器類型，參數(shù)傳遞

27、區(qū)和無明確存貯區(qū)類型的說明。在固定的存貯器地址變量參數(shù)傳遞是C51的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)特征，在SMALL模式下參數(shù)傳遞是在內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯區(qū)中完成的。LARGRE和COMPACT模式允許參數(shù)在外部存貯器中傳遞。C51同時(shí)也支持混合模式，例如在LARGE模式下生成的程序可將一些函數(shù)分頁(yè)放入SMALL模式中從而加快執(zhí)行速度。存貯器模式描述SMALL參數(shù)及局部變量放入可直接尋址的內(nèi)部寄存器（最大128bytes，默認(rèn)存貯器類型是DATA）COMAPCT參數(shù)及局部變量放入分頁(yè)外內(nèi)部存貯區(qū)（最大256bytes，默認(rèn)存貯器類型是PDATA）LARGE參數(shù)及局部變量直接放入外部數(shù)據(jù)存貯器（最大64K，默認(rèn)存貯器類型是X

28、DATA）3. 指針Franklin C-51支持“基于存貯器的”和“一般指針”。基于存貯器的指針由C源代碼中存貯器類型決定并在編譯時(shí)確定，用這種指針可高效訪問對(duì)象且只需一個(gè)字節(jié)（idata*，data*，pdata*）或2個(gè)字節(jié)code*，xdata*）。操作較短指針的代碼被縮短，一般被“內(nèi)行”編碼；庫(kù)調(diào)用不再必要。聲明舉例：char xdata *pt在xdata存貯器中聲明一個(gè)指向?qū)ο箢愋蜑椤癱har”的指針。指針默認(rèn)自身在默認(rèn)存貯區(qū)（決定于編譯模式），長(zhǎng)度為2字節(jié)。（值為00xFFFF）char xdata *data pdx;除了指針明確位于內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯器（data）中外，與上例相同

29、。它與編譯模式無關(guān)。data char xdata *pdx;本例與上例完全相同。存貯器類型定義既可放在聲明的開頭也可直接放在聲明的對(duì)象之前。這種形式是為了與早期C-51編譯器版本兼容。上面例子闡明了指針的一般聲明及使用。它們與所有的數(shù)據(jù)類型和存貯器類型相關(guān)。所有用于一般指針的操作同樣可用于基于存貯器的指針。這種定義的方法是引入關(guān)鍵字“sfr”，語(yǔ)法如下：sfr sfr_name = int constant ；例：sfr SCON0x98； *串口控制寄存器地址98H *sfr TMOD0x89； *定時(shí)計(jì)數(shù)器模式控制寄存器地址89H *在典型的8051應(yīng)用問題中，經(jīng)常需要單獨(dú)訪問SFR中的

30、位，C51的擴(kuò)充功能使之成為可能。特殊位(sbit)的定義，像SFR一樣不與標(biāo)推C兼容，使用關(guān)鍵字“sbit”可以訪問。位尋址對(duì)象。例：sbit CYPSW7； *定義CY位為PSW7地址為0xD7，*sbit beepP3.6； *定義位變量beep為I/O P3.6 *5.2各個(gè)模塊程序介紹本設(shè)計(jì)硬件電路的輸入采用4個(gè)按鍵，具體程序?yàn)椋篣nsigned char getkey(void)uchar keytmp;P1=0xff;keytmp=(P1) & 0xff;if(keytmp=0) km=0; kp=0; /no key is ON else /any key is ON

31、if(km=0) km=1; / 置按鍵抖動(dòng)標(biāo)志 else /按鍵已去抖 if(kp=0) /按鍵沒有處理,下面是按鍵處理代碼 / 置按鍵處理標(biāo)志kp=1; return(keytmp); return 0;6 全文總結(jié)高校學(xué)生宿舍限電自動(dòng)控制器是為了適應(yīng)大學(xué)校園的用電安全管理而構(gòu)建的特殊的安全防范系統(tǒng)，通過對(duì)學(xué)生用電需求的分析，設(shè)計(jì)出了一套適合高校學(xué)生宿舍的用電控制系統(tǒng)。在寫畢業(yè)設(shè)計(jì)的3個(gè)多月里，通過指導(dǎo)老師和自己的不斷努力，最終完成了學(xué)生宿舍樓用電計(jì)量系統(tǒng)的整個(gè)開發(fā)過程。本系統(tǒng)主要是以Intel 80C196KB為硬件的核心部分，利用硬件進(jìn)行多級(jí)分級(jí)式設(shè)計(jì)和模塊化軟件編程，通過傳感器對(duì)數(shù)據(jù)

32、地采集實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)題目的基本要求。盡量做到硬件電路簡(jiǎn)單穩(wěn)定，減小電磁干擾和其他環(huán)境干擾，充分發(fā)揮軟件編程的優(yōu)點(diǎn)，并且本系統(tǒng)還有更寬廣的發(fā)展前景。（1）學(xué)生公寓限電自動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)和報(bào)警器的架構(gòu)設(shè)計(jì)基本正確、可行，其主要功能基本得以實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到宿舍用電超過限定功率即自動(dòng)停電且發(fā)出報(bào)警聲，并能通過數(shù)碼管顯示當(dāng)前電流，電壓，功率值。系統(tǒng)能有效地限制了學(xué)生使用熱得快、電爐子、白熾燈等易引起火災(zāi)的用電器。（2）本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低，針對(duì)性強(qiáng)，對(duì)于高校用電控制系統(tǒng)的建立具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)發(fā)展情景。由于校園綜合安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性以及作者知識(shí)和研

33、究條件的局限性，本文只針對(duì)安防，節(jié)能等功能的下位機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究，尚有以下問題需要做進(jìn)一步的深入研究：（1）利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)限電控制系統(tǒng)的功能加以改善。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為建設(shè)學(xué)生宿舍限電控制系統(tǒng)提供了有利的平臺(tái)，可以通過互聯(lián)網(wǎng)更加快捷、高效和準(zhǔn)確的進(jìn)行信息的傳輸、處理和分析。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在綜合安防系統(tǒng)中的應(yīng)用還需要加以深入討論，同時(shí)也可以結(jié)合電話線的傳輸，實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)傳輸，保證傳輸?shù)臅惩ā＃?）對(duì)上位機(jī)的人機(jī)界面、控制軟件、以及數(shù)據(jù)庫(kù)建立系統(tǒng)的深入具體研究，最終成為一個(gè)完整的學(xué)生宿舍限電控制系統(tǒng)。（3）由于缺少經(jīng)驗(yàn)等不足之處，系統(tǒng)在很多方面還存在一些缺陷，仍需要完善。改變以往的工作模式，提高工作

34、效率。以前，德州學(xué)院學(xué)生宿舍用電的統(tǒng)計(jì)、報(bào)表等，都是以手工操作為主，每次都需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間完成，而且錯(cuò)誤率高。“學(xué)校用電收費(fèi)管理系統(tǒng)”中的電表信息錄入十分簡(jiǎn)單方便，統(tǒng)計(jì)、計(jì)算等工作全部有電腦自動(dòng)操作，管理員只需在短時(shí)間便可完成任務(wù)，優(yōu)勢(shì)十分明顯，而且錯(cuò)誤率比較低。紅外線傳感器以其獨(dú)特的性能，開拓了無接觸探測(cè)的應(yīng)用，由于它的工作幾乎不受周圍環(huán)境因素的影響，用紅外線傳感器探測(cè)是否有人，作為集水箱注水的觸發(fā)控制信號(hào)是非常實(shí)用的，它的應(yīng)用將為常流不息的水流加上一把智能鎖，真正實(shí)現(xiàn)“開源節(jié)流”。本智能化控制注水的方式，達(dá)到在人使用時(shí)沖洗，無人使用時(shí)，進(jìn)水閥自閉進(jìn)水。在確保環(huán)境衛(wèi)生效果良好前提下，可節(jié)水70%以上，從而達(dá)到較好的節(jié)水目的。并能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)在停電時(shí)正常使用，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。附錄一：電路圖附錄二：各模塊流程圖1主程序流程圖系統(tǒng)初始化intsystem()外部中斷0初始化int0_init();計(jì)算當(dāng)前功率測(cè)量值>設(shè)定開蜂鳴器斷開繼電器關(guān)蜂鳴器打開繼電器Key4=0顯示測(cè)量值開始NN2定時(shí)器0中斷流程圖時(shí)間變量加1L_time0+;入口RETI3外部中斷0流程圖入口如果正在計(jì)數(shù)停止計(jì)數(shù)開始計(jì)數(shù)RETI4定時(shí)器1中斷流程圖入口計(jì)數(shù)其重裝每10ms中斷一次計(jì)