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總線和GSM模塊作為通信和控制手段。實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

　　在企事業單位辦公及娛樂場所，特別是學校和工廠宿舍，違規使用大功率電器往往導致火災等危害人民群眾財產甚至生命的事故發生。因此有些單位或場所采用了一些簡單的手段進行限制用電，要么不裝插座，要么直接限制總功率，超過該功率就斷電，或者對純阻性大功率負載進行檢測。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了不便，而后者給使用新型設備比如功率轉換器的用戶鉆了空子，使用了大功率卻不受限制。基于此，本文對智能用電問題進行了研究，并設計出一款實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用電房間進行智能控制，因此系統采用上、下位機兩級控制，485總線通信的架構，使用GSM模塊進行不定地點控制，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，其負責對多個用電房間進行信號采樣;以計算機系統為中心，設計上位終端機系統，其負責對各個房間的用電情況進行統計和管理?？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485總線與上位機通信，上位機通過GSM模塊與管理員進行信息交互和控制命令傳輸。手持終端可以在不啟動計算機系統的情況下發布控制命令，滿足特定場合操作，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行AD轉換的方法來實現，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方向的有功功率，線性度好，防潛動，低功耗^[1]。

　　BL0932B通過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、及電壓的采樣通過與負載串聯的阻值為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路采樣信號進行處理，實時監測用電情況，特別是對大功率用電情況能夠及時發現并警告，超過警告次數實時切斷電路，并對整個房間總功率設定上限，超過則斷電，并通過10位數碼管顯示各路用電情況。分控系統能夠通過485總線與上位機通信，還可以在現場獨立通過按鍵進行操作，實現對其管理的各房間通/斷電控制，根據數碼管顯示代碼觀察各路的用電情況，分控系統加裝了充電電池、時鐘芯片，具有時間、數據記錄、異常溫度報警等功能。