學(xué)生公寓安全用電智能電表設計

繼電器采用單線(xiàn)圈磁保持繼電器，改變觸點(diǎn)狀態(tài)只需在A(yíng)、B兩端加上30 ms左右的反向脈沖即可，不需要持續供電維持閉合、斷開(kāi)狀態(tài)，滿(mǎn)足系統低功耗的要求。單片機控制繼電器只需改變P1.7、P1.6引腳狀態(tài)即可，并禁止P1.7、P1.6同為1，避免所有三極管同時(shí)導通造成電源短路故障。

2 智能電表軟件設計
軟件設計包含用電監控、紅外探測、掉電檢測以及串口通信，同樣采用模塊化設計。本部分主要介紹用電監控、紅外探測及掉電處理，串口通信限于篇幅則不再詳述。系統軟件框圖如圖5所示。

初始化包括單片機初始化和周邊模塊的初始化。系統加電后，單片機對各I／O口重置為預定模式，看門(mén)狗初始化、串口中斷初始化、定時(shí)器初始化、掉電檢測初始化等。周邊模塊即電能采集、紅外探測以及控制模塊的初始化啟動(dòng)。
2．1 用電監控
該部分為智能電表主要功能設計單元，包括電量處理、功率檢測及數據存儲。
程序初始化進(jìn)入電量處理，首先讀取內部EEPROM中計數值count，做為此次計數的初始值Tcount。開(kāi)啟中斷后即對INT0送入的每個(gè)電能脈沖下降沿響應中斷，并累加Tcount，等待下一次下降沿產(chǎn)生新中斷實(shí)現循環(huán)計數。Tcount累加至1 600后W減1并重新賦值給W，爾后清零Tcou-nt，重新開(kāi)始計數。當W≤1時(shí)將啟動(dòng)LED提示程序，預警電量。
功率檢測通過(guò)軟件方法實(shí)現。利用定時(shí)器，開(kāi)啟周期為5 s的定時(shí)，對此周期內電量脈沖數進(jìn)行累加統計，與設定值p進(jìn)行比較，若>p則認為大功率用電，立即切斷供電，延時(shí)一段時(shí)間后恢復供電，并標記違規用電次數Tcount，存于內部EEPROM中以備上位機數據錄入。
為確保數據存儲安全可靠，軟件設計中采用兩種方法：一是電量值W每次完成減1即存入單片機內部EEPROM，然后向上位機更新電量數據，及時(shí)轉存、更新數據；二是數據分存時(shí)的對比，存入數據時(shí)，單片機與上位機各自對W值進(jìn)行比對，只有更新后的W值小于原數據W時(shí)方為有效數據，確保數據存儲準確無(wú)誤。
2．2 紅外探測
此部分軟件設計只需檢測P1．5引腳是否為有高電平輸入即可實(shí)現簡(jiǎn)單邏輯判斷。硬件上紅外探測模塊本身有輸出延時(shí)Td，結合軟件上的冗余驗證，確保判斷正確無(wú)誤。實(shí)際使用中還可以通過(guò)增加探測模塊，經(jīng)二極管線(xiàn)與后實(shí)現多個(gè)信號源輸入，提高探測范圍和準度。
2．3 掉電處理
基于STC內置的低電平檢測功能，結合中斷應用，當檢測到P1.2腳電壓低于設定值4 V時(shí)產(chǎn)生中斷，單片機將Tcount值以及電量值W存入內部EEPROM，作為下次計數啟動(dòng)初始值。其程序流程與電量計量模塊相同，只是中斷優(yōu)先級略低，故此處略去不再細述。

3 結束語(yǔ)
本智能電表的特點(diǎn)：一是用簡(jiǎn)單、實(shí)用、成熟的軟硬件設計實(shí)現了宿舍無(wú)人條件下的用電監控，杜絕用電隱患，實(shí)時(shí)提示功能簡(jiǎn)單實(shí)用；二是與現有公寓用電管理終端相比，本電表可脫離集中器與上位機獨立運行，功能上不再依賴(lài)中繼模塊，可單獨安裝，不但大大降低了線(xiàn)路成本，還降低了施工難度，實(shí)測表明本電表可智能化監控用電安全。