多路智能用電系統設計

　　摘要：針對目前集體用電管理水平較低的問(wèn)題，設計了一種多路智能用電系統，詳細介紹了系統的軟、硬件設計。系統以STC加強型單片機為控制和通信核心，以BL0932B芯片為基礎設計單相雙向功率電能計量模塊，以485總線(xiàn)和GSM模塊作為通信和控制手段。實(shí)際應用表明系統智能化程度高，運行可靠，達到預期效果。

　　引言

　　在企事業(yè)單位辦公及娛樂(lè )場(chǎng)所，特別是學(xué)校和工廠(chǎng)宿舍，違規使用大功率電器往往導致火災等危害人民群眾財產(chǎn)甚至生命的事故發(fā)生。因此有些單位或場(chǎng)所采用了一些簡(jiǎn)單的手段進(jìn)行限制用電，要么不裝插座，要么直接限制總功率，超過(guò)該功率就斷電，或者對純阻性大功率負載進(jìn)行檢測。雖然限制了用電功率，但是前者總功率受限給用電者生活帶來(lái)了不便，而后者給使用新型設備比如功率轉換器的用戶(hù)鉆了空子，使用了大功率卻不受限制?；诖?，本文對智能用電問(wèn)題進(jìn)行了研究，并設計出一款實(shí)用的多路智能用電系統。

　　1 智能用電系統硬件設計

　　控電系統要求能夠對多個(gè)用電房間進(jìn)行智能控制，因此系統采用上、下位機兩級控制，485總線(xiàn)通信的架構，使用GSM模塊進(jìn)行不定地點(diǎn)控制，更加人性化。

　　1.1 系統組成

　　系統以STC12C5A06S2單片機為核心處理與控制芯片，設計下位機分控系統，其負責對多個(gè)用電房間進(jìn)行信號采樣;以計算機系統為中心，設計上位終端機系統，其負責對各個(gè)房間的用電情況進(jìn)行統計和管理?？梢詫⒎挚叵到y裝在用電端，將上位機放在控制室，各分控系統通過(guò)485總線(xiàn)與上位機通信，上位機通過(guò)GSM模塊與管理員進(jìn)行信息交互和控制命令傳輸。手持終端可以在不啟動(dòng)計算機系統的情況下發(fā)布控制命令，滿(mǎn)足特定場(chǎng)合操作，提高系統操作的靈活性。系統總體架構如圖1所示，其中N的設計取值范圍為1~24，M的設計取值范圍為1~200。

　　1.2 采樣電路設計

　　采樣電路可以使用先取樣在進(jìn)行AD轉換的方法來(lái)實(shí)現，但是因為單片機系統監測管理的房間多，CPU處理數據量大，會(huì )造成設計成本高，反應慢或者計量不準確。因此本系統選用上海貝嶺公司研發(fā)的BL0932B單相雙向功率電能計量芯片，能夠完成對用電房間或單元的功率采樣和計量。BL0932B芯片是BL0932的升級改進(jìn)型芯片，內部集成模擬乘法器、壓頻轉換器和控制電路，能精確測量正負兩個(gè)方向的有功功率，線(xiàn)性度好，防潛動(dòng)，低功耗^[1]。

　　BL0932B通過(guò)對電壓和電流的采樣，計算出用電功率，并將其轉換為脈沖輸出，通過(guò)測量其輸出頻率即可得到當前房間的用電功率。其中電流、及電壓的采樣通過(guò)與負載串聯(lián)的阻值為500μΩ的錳銅，再分別串接100Ω的電阻接入到BL0932B芯片的1、2腳。

　　采樣電路的傳遞函數如式1所示：

　　Fout=G×Vi×Vu×cosφ 式1

　　其中：Vi―電流取樣值;Vu―電壓取樣值;G―芯片增益;Fout―輸出脈沖頻率。

　　1.3 分控系統設計

　　分控系統要求能夠對1~24路采樣信號進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)監測用電情況，特別是對大功率用電情況能夠及時(shí)發(fā)現并警告，超過(guò)警告次數實(shí)時(shí)切斷電路，并對整個(gè)房間總功率設定上限，超過(guò)則斷電，并通過(guò)10位數碼管顯示各路用電情況。分控系統能夠通過(guò)485總線(xiàn)與上位機通信，還可以在現場(chǎng)獨立通過(guò)按鍵進(jìn)行操作，實(shí)現對其管理的各房間通/斷電控制，根據數碼管顯示代碼觀(guān)察各路的用電情況，分控系統加裝了充電電池、時(shí)鐘芯片，具有時(shí)間、數據記錄、異常溫度報警等功能。