基于单片机的学生公寓用电管理系统设计

　　0 引言

　　近年来，我国高等教育规模迅速扩大，在校生成倍增加，而后勤发展相对滞后，高校学生宿舍用电管理难等问题格外突出。一是大量学生宿舍电量计费仍然停留在老式的电度表计量阶段，计量精度低，人工抄表效率低、易出错，且对欠费用户很难有效管理。二是对学生使用.电器无法自动识别，产生很大的安全隐患。因此设计一种带有精确计量、智能控制、恶性负载识别、分时段限功率送电等功能的智能控电系统有着十分重要的意义。本文给出了采用福星晓程PL3000单片机的具有上述功能的控制系统设计方案，本产品已在本地进入了推广阶段。

　　1 硬件电路设计

　　1.1 控制系统总体方案

　　每个用户端由一个多功能电表完成用电计量计费和管理，上位计算机将相关用电控制参数传送到用户终端，终端系统则根据管理中心设定的参数对用电情况进行实时监控，向管理中心计算机报送计量数据、恶性负载判别等功能，并执行管理中心发送的断电、供电指令。从而构成整个供电场所的柔性智能管理系统。其总体方案如图1所示。

　　本方案采用北京福星晓程公司开发的多功能电表专用处理器PL3000。该芯片具有以下特点和功能：

　　(1)内嵌增强型8051兼容处理器，配置8/16位ALU、256+768 bytes SRAM以及8kbytes E2PROM、三个8/16位定时/计数器，一个看门狗定时器和三个外部中断。

　　(2)超级指令流水线结构，同等主频情况下8倍速于标准8051微处理器。

　　(3)内置高精度数字多功能电能计量单元，计量精度优于0.1%;(4)电流通道内置可编程增益放大器(PGA)(5)内置双通道电流采样、正/负功指示数字逻辑电路，具有防窃电功能。

　　(6)提供有功功率和无功功率瞬时值输出。

　　(7)外围模块包括LCD驱动、在系统编程、电源电压监测电路、双通道ISO7816接口、实时钟。

　　该芯片集成了丰富的功能模块，外部只需少量的辅助元件即可完成所有功能，达到了整机低成本、高可靠的要求。电表设计框图如图2所示。

图2 电表设计框图

　　1.3 电流电压互感器采样电路

　　其工作原理是：首先，通过电流互感器CT、电压互感器PT对电流、电压采样，采样电路如图3所示;采样后直接送入IC引脚，经过内部放大电路放大，通过A/D转换器转换成为数字信号;接下来经过数字滤波、移相等处理;最终，得到有效的电能计量数据。从而完成对有功/无功功率、瞬时电流和电压的有效值以及当前的交流频率值的计量、计算。

　　图3计量电路可以由软件来控制采样两路电流信号中的某一路。在计量模块内部与电压采样结果进行乘法处理，计算得到有功功率、无功功率。计量模块与8051之间是并行通讯，通过寄存器以及中断进行控制。PL3200内部的嵌入式微处理器8051可以通过特殊功能寄存器(SFR，包括控制寄存器、标识寄存器、校表寄存器和数据寄存器四类)地址直接访问计量模块内部的寄存器。