學生公寓安全用電智能電表設(shè)計

繼電器采用單線圈磁保持繼電器，改變觸點狀態(tài)只需在A、B兩端加上30 ms左右的反向脈沖即可，不需要持續(xù)供電維持閉合、斷開狀態(tài)，滿足系統(tǒng)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導(dǎo)通造成電源短路故障。

2 智能電表軟件設(shè)計
軟件設(shè)計包含用電監(jiān)控、紅外探測、掉電檢測以及串口通信，同樣采用模塊化設(shè)計。本部分主要介紹用電監(jiān)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(tǒng)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(tǒng)加電后，單片機對各I／O口重置為預(yù)定模式，看門狗初始化、串口中斷初始化、定時器初始化、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。
2．1 用電監(jiān)控
該部分為智能電表主要功能設(shè)計單元，包括電量處理、功率檢測及數(shù)據(jù)存儲。
程序初始化進入電量處理，首先讀取內(nèi)部EEPROM中計數(shù)值count，做為此次計數(shù)的初始值Tcount。開啟中斷后即對INT0送入的每個電能脈沖下降沿響應(yīng)中斷，并累加Tcount，等待下一次下降沿產(chǎn)生新中斷實現(xiàn)循環(huán)計數(shù)。Tcount累加至1 600后W減1并重新賦值給W，爾后清零Tcou-nt，重新開始計數(shù)。當W≤1時將啟動LED提示程序，預(yù)警電量。
功率檢測通過軟件方法實現(xiàn)。利用定時器，開啟周期為5 s的定時，對此周期內(nèi)電量脈沖數(shù)進行累加統(tǒng)計，與設(shè)定值p進行比較，若>p則認為大功率用電，立即切斷供電，延時一段時間后恢復(fù)供電，并標記違規(guī)用電次數(shù)Tcount，存于內(nèi)部EEPROM中以備上位機數(shù)據(jù)錄入。
為確保數(shù)據(jù)存儲安全可靠，軟件設(shè)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(nèi)部EEPROM，然后向上位機更新電量數(shù)據(jù)，及時轉(zhuǎn)存、更新數(shù)據(jù)；二是數(shù)據(jù)分存時的對比，存入數(shù)據(jù)時，單片機與上位機各自對W值進行比對，只有更新后的W值小于原數(shù)據(jù)W時方為有效數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)存儲準確無誤。
2．2 紅外探測
此部分軟件設(shè)計只需檢測P1．5引腳是否為有高電平輸入即可實現(xiàn)簡單邏輯判斷。硬件上紅外探測模塊本身有輸出延時Td，結(jié)合軟件上的冗余驗證，確保判斷正確無誤。實際使用中還可以通過增加探測模塊，經(jīng)二極管線與后實現(xiàn)多個信號源輸入，提高探測范圍和準度。
2．3 掉電處理
基于STC內(nèi)置的低電平檢測功能，結(jié)合中斷應(yīng)用，當檢測到P1.2腳電壓低于設(shè)定值4 V時產(chǎn)生中斷，單片機將Tcount值以及電量值W存入內(nèi)部EEPROM，作為下次計數(shù)啟動初始值。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(jié)束語
本智能電表的特點：一是用簡單、實用、成熟的軟硬件設(shè)計實現(xiàn)了宿舍無人條件下的用電監(jiān)控，杜絕用電隱患，實時提示功能簡單實用；二是與現(xiàn)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，功能上不再依賴中繼模塊，可單獨安裝，不但大大降低了線路成本，還降低了施工難度，實測表明本電表可智能化監(jiān)控用電安全。