大学生宿舍限电控制器的设计Word文档下载推荐.docx
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第7—13周,进行系统。
第14周,进行程序调试。
第15周,编写整理设计说明书。
第16周,答辩。
四、主要参考文献:
[1]刘福启、韩宝华.电子制作2005年合定本[M].北京:
电子制作杂志社,2005
[2]阉石.数字电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2004
[3]谢嘉奎.电子线路线性部分(第四版)[M].北京:
[4]刘乐善、刘学清.微型计算机接口技术及应用[M].武汉:
华中科技大学出版社,2005
[5]薛永毅.新型电源电路应用实例[M].北京:
电子工业出版社,2001
[6]高峰.单片机微型计算机原理与接口技术[M].北京:
科学出版社,2003
[7]Jean J.Labrosse、邵贝贝.嵌入式实时操作系统uC/OS-ⅱ[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2003
[8]何立民.单片机高级教程-应用与设计[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2000
[9]胡汉才.单片机原理及接口技术[M].北京:
清华大学出版社,1996
[10]沙占友、孟志永、王彦.单片机外围电路设计[M].北京:
电子工业出版社,2006
指导教师(签名):
年
月
日
教研室审核意见:
(建议就任务书的规范性;
任务书的主要内容和基本要求的明确具体性;
任务书计划进度的合理性;
提供的参考文献数量;
是否同意下达任务书等方面进行审核。
)
教研室主任签名:
注:
任务书必须由指导教师和学生互相交流后,由指导老师下达并交教研室主任审核后发给学生,最后同学生毕业论文等其它材料一起存档。
成绩评定·
成绩评定说明
一、答辩前每个学生都要将自己的毕业设计(论文)在指定的时间内交给指导,教师,由指导教师审阅,写出评语并预评分。
二、答辩工作结束后,答辩小组应举行专门会议按学校统一的评分标准和评分办法,在参考指导教师预评结果的基础上,评定每个学生的成绩。
系对专业答辩小组提出的优秀和不及格的毕业设计(论文),要组织系级答辩,最终确定成绩,并向学生公布。
三、各专业学生的最后成绩应符合正态分布规律。
四、具体评分标准和办法见《平顶山工学院毕业设计(论文)工作条例》中附录
2。
五、答辩小组评分包括两部分:
(1)学生答辩情况的得分和评阅教师评分;
毕业设计(论文)成绩评定
月 日
答辩小组组长签字
综合成绩:
分(折合等级 )
班级 姓名 学号
·
答辩小组评定意见·
一、评语(根据学生答辩情况及其论文质量综合评定)。
二、评分(按下表要求评定)
评分项目
答辩小组评分
评阅教师评分
合计
(40分)
完成任务情 况
(5分)
毕业设计
(论文)质量
表达情况
回答问题情 况
质 量
(正确性、条理性、创造性、实用性)
(10分)
成果的技术水平(科学性、系统性)
答辩小组成员签字
年 月 日
毕业答辩说明
1、答辩前,答辩小组成员应详细审阅每个答辩学生的毕业设计(论文),为答辩做好准备,并根据毕业设计(论文)质量标准给出实际得分。
2、严肃认真组织答辩,公平、公正地给出答辩成绩。
3、指导教师应参加所指导学生的答辩,但在评定其成绩时宜回避。
4、答辩中要有专人作好答辩记录。
。
指导教师评定意见·
一、对毕业设计(论文)的学术评语(应具体、准确、实事求是):
签字:
二、对毕业设计(论文)评分[按下表要求综合评定]。
(1)理工科评分表
毕业设计(论文)
工作态度
完成任务情况与水
独 立
基础理论和
创新
合计
(分值)
与纪律
平
(工作量与质量)
(20分)
工作能力
基本技能
能力
(60分)
得分
(2)文科评分表
文献阅读与文献综述
外文翻译
论文撰写质量
学习态度
学术水平
(20)
论证能力与创新
(100分)
指导教师签字:
年 月 日
目录
目录 1
摘要 2
Abstract 3
第一章限电控制器概述 4
1.1课题的背景 4
1.2课题研究的意义 4
1.3课题研究的目的 4
第二章方案论证及系统设计 6
2.1有功功率测量方案论证 6
2.2系统设计 8
第三章 系统硬件介绍 9
3.1单片机介绍 9
3.1.1单片机简介 9
3.1.2单片机编程语言介绍 10
3.1.3系统选择 12
3.1.4AT89C51引脚功能介绍 13
3.1.5定时器0和1使用 15
3.2ADE7755原理介绍 17
3.2.1AD7755简介 17
3.2.2ADE7755的有功功率测量原理 19
第四章硬件设计 22
4.1单片机最小系统 22
4.2供电电路图设计 23
4.3继电器接口电路 24
4.4键盘电路设计 24
4.5显示电路设计 26
4.6电量采集电路硬件设计 27
第五章软件设计 28
5.1KeilC51简介 28
5.2各个模块程序介绍 30
5.2.1键盘子程序设计 30
5.2.2显示子程序 30
5.2.3定时器1子程序 32
5.2.4频率子程序 32
第六章全文总结与展望 34
6.1结论 34
6.2设计完善 34
6.3展望 35
致谢 36
参考文献 37
附录一:
电路图 38
附录二:
各模块流程图 39
附录三:
参考程序 41
50
摘要
目前大学生宿舍已普遍实行公寓化管理,如何科学合理地对学生进行电能管理是一个亟待解决的问题。
本文设计了一种采用ADI公司的电能计量芯片ADE7755的自动限电控制系统,通过对用电情况的监视,查处异常用电,从而有效地限制了学生使用热得快、电炉子、白炽灯等易引起火灾的用电器。
该系统监测到宿舍用电超过限定功率即自动停电且发出报警声,并能通过数码管显示当前电流,电压,功率值。
关键词:
功率测量 AT89C51单片机 ADE7755 LED显示
Abstract
Currentlywiththepopularizationoftheapartmentsmanagement,howtomanagetheelectricpowerreasonablybecomesaveryimportanttopictostudied.
Inthispaper,adesignusingADI'
schipADE7755EnergyMeteringautomaticpowercontrolsystem,throughtheuseofelectricityinthesurveillance,investigationandhandlingofunusualpower,thuseffectivelylimitingthestudentstousetheheatfaster,electricsub,incandescent,etc.easytouseelectricalfire.Monitoringthesystemtothehostelformorethanlimiteduseofelectricityblackoutsandpowerthatisautomaticallysentalarmsound,andcandisplaythecurrentdigitaltubecurrent,voltage,powervalues.
Keywords:
powermeasurement AT89C51MCU ADE7755 LEDdisplay
第一章限电控制器概述
1.1课题的背景
随着人们生活水平的提高,以及微电子,自动控制和计算机等技术的飞速发展和广泛应用,人们对住宅的安全性能的要求也越来越高,智能住宅的安全防范系统也应运而生。
而在当今智能化住宅小区蓬勃发展的时候,却忽视了同样需要智能化管理的一块巨大市场——大学校园。
随着物质生活的富裕,和计划生育的实施,当代的大学生是在家长的溺爱和应试教育的模式下成长起来的一代,大多缺乏独立生活的能力,和对生活常识的了解,对能源的节约意识也不够强。
所以公寓寝室经常发生诸如能源浪费,火灾等事件,给学校造成了巨大的损失,也给学生的生命财产带来了巨大的威胁。
高校后勤社会化是社会主义市场经济发展的必然趋势,是我国高等教育跨越性发展的前提,是科教兴国战略的客观需要。
而在高校的各项后勤工作中,学生公寓的管理和服务是后勤工作不可或缺的重要组成部分,因此必然成为改革中的重要内容。
但学生公寓等后勤设施不完善、管理水平有待提高,仍然是制约高等教育发展的一个关键因素。
1.2课题研究的意义
为此,为进一步规范加强学生公寓的管理,健全防火安全长效机制。
在完善规章制度,健全组织机构的同时,利用先进的科技手段,发展智能化管理系统。
坚决杜绝违章用电,特别是学生公寓内的违章用电问题,做好学生公寓的防火防盗工作。
充分依靠技术手段完善管理缺陷,实现管理智能化。
通过硬件系统的构建,实现放火防盗等功能。
借助信息技术手段,建设学生生活网络和公寓管理服务网络,用计算机进行科学的管理和服务,体现高效管理,实施高效服务。
教育部近年来曾两次下发文件,要求“学生公寓内要设立火灾预警监视系统、恶性用电识别装置,通过技术防范设施防止火灾发生”。
据京华时报报道,北京市高校秋季学生公寓安全检查也于2006年10月10日正式启动。
其中,检查重点为学生公寓安全,尤其是用电安全。
但要真正做到用电安全,必须在平时对学生公寓的用电进行控制。
1.3课题研究的目的
本课题根据安全防范系统的发展现状及其发展趋势,研究并设计了一个具体针对学生公寓特殊情况的,比较完整的用电安全防范系统。
其目的就是设计一个限电自动控制器,使其在允许用电功率范围内能正常用电,超过限定功率即自动停电且发出报警声,并能通过数码管显示当前电流,电压,功率值。
第二章方案论证及系统设计
2.1有功功率测量方案论证
对于交流功率,有:
U&
=I&
×
Z=I&
×
|2|×
ejj U=I×
|Z|
i= 2Isinwt
u=i´
2=
2I×
|2|sin(wt+j)=
2U×
sin(wt+j)
其中瞬时功率
其中有功功率
p(t)=u(t)×
i(t)=U×
Icosj-UIcos(2wt+j)
p=p(t)=1ò
Tp(t)dt=1ò
TUI[cosj-cos(2wt+j)]dt
T0 T0
=UIcosj
其中无功功率其中视在功率
Q=UI×
sinj
S=UI
所以 S2=P2+Q2
有功功率测量方案分感应式电能测量和电子式测量功率。
电子式测量功率是采用乘法器来实现电功率测量的,被测电压u和电流i通过电压变换器和电流变换器转换后送至乘法器,乘法器完成电压和电流瞬时值相乘,输出一个与平均功率成正比的直流电压,再用模拟电路或微处理系统进行处理。
这里主要论述电子式有功功率测量方案:
方案一:
用四象限模拟乘法器。
功率P=UI,所以可以用模拟乘法器测量功
率,基本原理如图。
设ui=
2Usinwt,iL=
2Isin(wt-j),Ri<
<
ZL
,ZL是负载,
u0经过RC滤波器(RC>
>
2π/w)后,其平均值U0代表有功功率。
图2.1所示,这种方法是用纯模拟器件进行处理,他的特点是成本高,容易受干扰,精度不如意做高。
图2.1纯模拟电路处理电路
1å
N
U2
i
i=1
方案二:
直接对电压,电流进行ADC采样,用软件计算有功功率。
这种方法是用两路ADC分别对电压和电流进行量化,其中:
U=
I2
I=
N是一个周期内的采样点数,N=TDt,T为电压电流的周期,Dt为采样
间隔时间,Ui和Ii是电压和电流采样点的离散值。
=Nå
1N
单相有功功率的平均值是:
P UiIi
单相功率因数的计算:
cosF=P
UI
这种方法是用微处理器直接对电压,电流进行ADC采样,特点是ADC硬件成本高,因为要做大量运算对微处理器性能要求比较高,精度也不容易做高。
方案三:
用专用电能计量芯片。
如ADI公司的ADE7755专用电能计量芯片。
ADE7755是用于电能计量设备上的芯片,它将有功功率的信息以频率的形式输出。
在50/60Hz输入信号时都能满足
IEC687/1036标准规定的测试精度要求,在1000:
1的输入动态范围内,测试误差小于0.1%。
ADE7755特点:
(1)在50/60Hz输入信号时都能满足IEC687/1036标准规定的测试精度要求,在1000:
1的输入动态范围内,测试误差小于0.1%;
(2)具有负功率或错线指示功能;
(3)片内带有抗混叠滤波器;
(4)带有电源电压检测功能,电源电压降低到80%VDD时,芯片自动复位;
(5)2.5V片内高精度参考电压源,绝对偏差小于4%,温漂小于20ppm/℃;
(6)5V单电源工作,正常工作时芯片功耗30mW;
(7)工作温度范围-40~85℃的特点;
(8)成本<
1美元。
根据上面优缺点分析采用第三种方案。
2.2系统设计
系统设计的思想是用专用电能计量芯片对系统功率进行测试,用单片机对系统功率进行实时监控,但一段时间内的功率平均值超过设定值时,控制继电器切断电路,当人工处理后重新接通电路,对用户供电。
系统示意图如图2.2所示:
负载
220V交流
电源电路
分压电路
分流器
ADE7755
微处理器
继电器接口电路
显示电路
按键电路
中线 相线
图2.2系统硬件示意图
第三章 系统硬件介绍
3.1单片机介绍
3.1.1单片机简介
1.单片机概述
单片微机(Single-ChipMicrocomputer)简称单片机,也有的叫做微处理
(Micro-Processor简写μP)或微控制器(Micro-Controller简写μC),通常统称微型处理部件(MicroControllerUnit简写MCU)。
一般的说,单片机就是在一块硅片上集成CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、和多种I/O的完整的数字处理系统。
二十世纪,微电子、IC集成电路行业发展迅速,其中单片机行业的发展最引人注目。
单片机功能强、价格便宜、使用灵活,在计算机应用领域中发挥着极其重要的作用。
从INTEL公司于1971年生产第一颗单片机Intel-4004开始,开创了电子应用的“智能化”新时代。
单片机以其高性价比和灵活性,牢固树立了其在嵌入式微控制系统中的“霸主”地位,在PC机以
286、386、Pentium、PⅢ高速更新换代的同时,单片机却“始终如一”保持旺盛的生命力。
例如,MCS-51系列单片机已有十多年的生命期,如今仍保持着上升的态势就充分证明了这一点。
2.单片机的结构与组成
目前,单片机的系统结构有两种类型:
一种是将程序和数据存储器分开使用,即哈佛(Harvard)结构,当前的单片机大都是这种结构。
另一种是采用和PC机的冯.诺依曼(VonNeumann)类似的原理,对程序和数据存储器不作逻辑上的区分,用来存放用户程序,可分为EPROM、OTP、ROM和FLASH等类。
EPROM型内存编程后其内容可用紫外线擦除,用户可反复使用,故特别适用于开发过程,但EPROM型单片机价格很高。
具有ROM型(掩膜型)内存的单片机价格最低,它适用于大批量生产。
由于ROM型单片机的代码只能由生产厂商在制造芯片时写入,故用户要更改程序代码就十分不便,在产品未成熟时选用ROM型单片机风险较高。
OTP型(一次可编程)单片机介于EPROM和ROM型单片机之间,它允许用户自己对其编程,但只能写入一次。
OTP型单片机生产多少完全可由用户自己掌握,不存在ROM型有最小起订量和掩膜费问题,另外,该类单片机价格已同掩膜型十分接近,故特别受中小批量客户的欢迎。
Flash
型(闪速型)单片机允许用户使用编程工具或在线快速修改程序代码,且可反复使用,故一推出就受到广大用户的欢迎。
Flash型单片机,即可用于开发过程,也可用于批量生产,随着制造工艺的改进,Flash型单片机价格不断下降,使
用越来越普遍,它已是现代单片机的发展趋势。
随机内存(RAM):
用来存放程序运行时的工作变量和数据,由于RAM的制作工艺复杂,价格比ROM高得多,所以单片机的内部RAM非常宝贵,通常仅有几十到几百个字节。
RAM的内容是易失性(也有的称易挥发性)的,掉电后会丢失。
最近出现了EEPROM或FLASH型的数据存储器,方便用户存放不经常改变的数据及其它重要信息。
单片机通常还有特殊寄存器和通用寄存器,它们是单片机中存取速度最快的内存,但通常存储空间很小。
3.中央处理器(CPU)
是单片机的核心单元,通常由算术逻辑运算部件ALU和控制部件构成。
CPU
就象人的大脑一样,决定了单片机的运算能力和处理速度。
并行输入/输出
(I/O)口:
通常为独立的双向口,任何口既可以用作输入方式,又可以作输出方式,通过软件编程来设定。
现代的单片机的I/O口也有不同的功能,有的内部具有上拉或下拉电阻,有的是漏极开路输出,有的能提供足够的电流可以直接驱动外部设备。
I/O是单片机的重要资源,也是衡量单片机功能的重要指针之一。
串口输入/输出口:
用于单片机和串行设备或其它单片机的通信。
串行通信有同步和异步之分,这可以用硬件或通用串行收发器件来实现。
不同的单片
机可能提供不同标准的串行通信接口,如UART、SPI、I2C、MicroWire等。
4.定时器/计数器(T/C)
单片机内部用于精确定时或对外部事件(输入信号如脉冲)进行计数,有的单片机内部有多个定时/计数器。
5.系统时钟
通常需要外接石英晶体或其它振荡源来提供时钟信号输入,也有的使用内部RC振荡器。
以上是单片机的基本构成,现代的单片机又加入了许多新的功能部件,如模拟/数字转换器(A/D)、数字/模拟转换器(D/A)、温度传感器、液晶
(LCD)驱动电路、电压监控、看门狗(WDT)电路、低压检测(LVD)电路等等
3.1.2单片机编程语言介绍
对于51系列单片机,现有四种语言支持,即汇编、PL/M,C和BASIC。
BASIC通常附在PC机上,是初学编程的第一种语言。
一个新变量名定义之后可在程序中作变量使用,非常易学,根据解释的行可以找到错误而不是当程序执行完才能显现出来。
BASIC由于逐行解释自然很慢,每一行必须在执行时转换成机器代码,需要花费许多时间不能做到实时性。
BASIC为简化使用变量,所有变量都用浮点值。
BASIC是用于要求编程简单而对编程效率和运行速度要求不高的场合。
PL/M是Intel从8080微处理器开始为其系列产品开发的编程语言。
它很像PASCAL,是一种结构化语言,但它使用关键词去定义结构。
PL/M编译器好像汇编器一样可产生紧凑代码。
PL/M总的来说是“高级汇编语言”,可详细控制着代码的生成。
但对51系列,PL/M不支持复杂的算术运算、浮点变量而无丰富的库函数支持。
学习PL/M无异于学习一种新语言。
C语言是一种源于编写UNIX操作系统的语言,它是一种结构化语言,可产生压缩代码。
C语言结构是以括号{}而不是子和特殊符号的语言。
C可以进行许多机器级函数控制而不用汇编语言。
与汇编相比,有如下优点:
对单片机的指令系统不要求了解,仅要求对51的内存结构有初步了解寄存器分配、不同内存的寻址及数据类型等细节可由编译器管理程序有规范的结构,可分为不同的函数。
这种方式可使程序结构化将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力,改善了程序的可读性编程及
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