李婧婧

安科瑞電氣股份有限公司 

摘要：針對(duì)學(xué)生宿舍電源管理和用電安全問(wèn)題，文章設(shè)計(jì)了一種可以自主識(shí)別大功率電器設(shè)備的控制器，該控制器通過(guò)電流互感器將信號(hào)送給Lvp358比較器，產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)做判斷，自動(dòng)識(shí)別用電器功率，限制大功率電器使用，是一種智能用電安全控制器。該控制器可以有效禁止宿舍內(nèi)大功率電器的使用，消除因電器問(wèn)題導(dǎo)致的用電安全隱患。

關(guān)鍵詞: 智能控制器；用電安全；功率識(shí)別

0引言

隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，智能配電控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。目前，我國(guó)已建立了學(xué)生公寓集中供電管理系統(tǒng)、一系列負(fù)荷識(shí)別模塊等產(chǎn)品。然而該類產(chǎn)品性價(jià)比低，未廣泛使用。因此，需要設(shè)計(jì)一種允許小功率電器正常使用的智能識(shí)別用電器功率的控制器，本文設(shè)計(jì)了能夠智能識(shí)別出大功率的并限制其斷電以此來(lái)保證用電安全的控制器。該控制器主要依靠單片機(jī)作為處理器來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)控制與處理。利用抗干擾濾波技術(shù)，避免各種電路的干擾，可精確確定出相關(guān)電路負(fù)載的功率特性，從而智能辨認(rèn)出用電器功率大小，限制大功率電器的使用。該控制器不但可以降低用電安全風(fēng)險(xiǎn)，而且不會(huì)影響常用電器的正常使用，對(duì)學(xué)生公寓安全用電有一定的借鑒作用。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要由A/D轉(zhuǎn)換、保護(hù)、輸出控制、信息檢測(cè)和主控器等五大模塊構(gòu)成，如圖1所示。A/D轉(zhuǎn)換的模塊主要負(fù)責(zé)主電路電流采樣功能；保護(hù)模塊負(fù)責(zé)保護(hù)電路的功能即短路保護(hù)功能；輸出控制模塊負(fù)責(zé)斷開電路中負(fù)載；信息檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)對(duì)負(fù)載電路的電流進(jìn)行采集；主控器模塊負(fù)責(zé)輸出控制和數(shù)據(jù)的處理。

圖1 控制系統(tǒng)原理

2硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控制器與A/D模塊的設(shè)計(jì)

主控器選用AT89C2051，它是一款低電壓、高性能的CMOS 8位微控制器，由一個(gè)128位隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和2 kbit重復(fù)的只讀程序存儲(chǔ)器組成。A/D轉(zhuǎn)換器采用10位串行的TLC1534，它是一款高性能、低成本、價(jià)格比高的A/D轉(zhuǎn)換器。AT89C2051與TLC1543連接電路如圖2所示。圖2 TLC1543和AT89C2051的接口電路。

圖2 TLC1543和AT89C2051的接口電路

2.2 采樣模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊包括電流互感器、電壓形成放大電路、整流濾波電路、信號(hào)調(diào)理電路和限幅保護(hù)電路。該控制器運(yùn)用簡(jiǎn)單的電流互感器采樣方法，經(jīng)過(guò)信號(hào)采集、整流濾波、信號(hào)調(diào)理后，再經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的限流保護(hù)電路，將線性電壓信號(hào)直接傳送至A/D轉(zhuǎn)換器。其限制保護(hù)電路功能主要在于保護(hù)A/D芯片。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件主要完成繼電器的驅(qū)動(dòng)和大功率電器的智能識(shí)別。通過(guò)對(duì)當(dāng)前時(shí)序進(jìn)行采樣，并通過(guò)I/O端口將TLC1543的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入微控制器的內(nèi)部存儲(chǔ)單元中，并檢測(cè)到功率的突變達(dá)到設(shè)定值來(lái)實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別功能，判斷、控制繼電器動(dòng)作。在15s延遲后，進(jìn)行重合閘，并判斷是否需要手動(dòng)復(fù)位重合閘。主程序流程如圖3所示。

圖3 主程序流程

4系統(tǒng)測(cè)試

根據(jù)電路圖，將東西焊接好，實(shí)物如圖4所示。

圖4 實(shí)物圖

設(shè)置器設(shè)有兩個(gè)指示燈，黃燈亮是系統(tǒng)電源指示，藍(lán)燈亮則是跳閘指示。自動(dòng)重合閘時(shí)藍(lán)燈閃爍，跳閘次數(shù)超過(guò)設(shè)定次數(shù)時(shí)將不再自動(dòng)重合閘，藍(lán)燈常亮等待手動(dòng)復(fù)位合閘。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 系統(tǒng)測(cè)試

5安科瑞AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)

5.1 系統(tǒng)方案

系統(tǒng)為B/S架構(gòu)，主要包括前端管理網(wǎng)站和后臺(tái)集抄服務(wù)，配合公司的預(yù)付費(fèi)電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計(jì)量箱ADF300L系列，實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量和電費(fèi)管理等功能。另外可以選配遠(yuǎn)傳閥控水表組成水電一體預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)，達(dá)到先交費(fèi)后用水的目的，剩余水量用完自動(dòng)關(guān)閥。

5.2 系統(tǒng)功能

AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)由云平臺(tái)-網(wǎng)關(guān)-預(yù)付費(fèi)電能表組成，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)到表的充值、查詢、監(jiān)控、控制及短信報(bào)警等功能。
   本系統(tǒng)適用于一些大集團(tuán)和大物業(yè)，往往需要將多個(gè)物業(yè)環(huán)境、分散于各地的物業(yè)集中式收費(fèi)和管理，面臨著數(shù)據(jù)公網(wǎng)傳輸，財(cái)務(wù)操作分散，在線支付，總部財(cái)務(wù)扎口等復(fù)雜的需求。

遠(yuǎn)程集中抄表：抄表信息通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)上傳到云平臺(tái)，快速便捷，免去人工抄表 。

水表預(yù)付費(fèi):可是查看某區(qū)域水表的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，并可以進(jìn)行單表或批量設(shè)置水價(jià)控閥等操作。

遠(yuǎn)程售電:財(cái)務(wù)集中管理，電量實(shí)時(shí)下發(fā)，并比對(duì)充值次數(shù)，方便快捷。

能耗分析:用戶和管理員都可查詢預(yù)付費(fèi)表或管控表每天的用能狀況；可提供能耗分析+財(cái)務(wù)軌跡一體式綜合管理報(bào)表，包含用戶表的能耗、財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)、能耗和財(cái)務(wù)的期初期末值等數(shù)據(jù)。

在線支付:商戶可以通過(guò)小程序或者微信公眾號(hào)實(shí)現(xiàn)在線自助充值水電費(fèi)，也可以實(shí)時(shí)關(guān)注商鋪用水用電情況。

短信提醒:金額不足或金額欠費(fèi)提醒、電表充值到賬提醒，都可及時(shí)短信通知商戶。

遠(yuǎn)程控制:可對(duì)任意一塊電表執(zhí)行遠(yuǎn)程拉閘或保電等一系列遠(yuǎn)程控制操作，方便管理。

5.3 產(chǎn)品選型

6結(jié)束語(yǔ)

設(shè)置一種大功率電器智能識(shí)別和用電安全控制系統(tǒng)刻不容緩。此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生公寓的自動(dòng)識(shí)別、短路、過(guò)電流保護(hù)等問(wèn)題。借助該系統(tǒng)，公寓的電力管理可以實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化，提高了公寓的管理水平。大功率電器智能識(shí)別和電力安全控制器能夠自動(dòng)檢測(cè)線路負(fù)載，能夠?qū)κ芸仉娐分械陌踩?、大和?fù)載限制這3種情況作出相應(yīng)的響應(yīng)和反應(yīng)，可在多次警告無(wú)用的情況下自動(dòng)切斷總電源供應(yīng)，避免了經(jīng)常更換線路保險(xiǎn)絲的麻煩，也從根本上杜絕了線路過(guò)載引起的火災(zāi)。大功率電器的智能識(shí)別和電氣安全控制器的優(yōu)勢(shì)在于其低成本，易于形成產(chǎn)品及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生公寓用電的智能化控制。

【參考文獻(xiàn)】

【1】李世豪，何建強(qiáng)，王邊弛.大功率電器智能識(shí)別與用電安全控制器的設(shè)計(jì)

【2】周維龍，歐陽(yáng)洪波，胡姣.大功率電器智能識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（1）：44-48．

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06

作者簡(jiǎn)介：李婧婧，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事宿舍安全用電研究發(fā)展。