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学生公寓用电管理系统研制

作　者: 黄华军
导　师: 余水宝
学　校: 浙江师范大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 电能计量安全监控 ADE7755 智能电表红外探测
分类号: TP315
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着信息技术的发展与快速应用,用电管理也快速步入了信息化的轨道。基于各种应用平台和硬件设计的集中式用电管理系统开始广泛应用于高校后勤管理,大大提升了用电管理的科学化、高效率。但现有系统存在诸多不足：计量精度低、交互性弱,尤其现有系统对安全用电严重缺乏监控能力,除功能上需改进外,现有用电管理系统在结构设计上也有待改进,其集中式机柜安装布线成本高,施工复杂。为弥补现有学生公寓用电管理系统在功能上、结构上的缺陷,着重考虑用电管理系统在安全监控等功能以及系统结构上的改进,强化系统终端功能,本文中的设计将智能电表作为系统终端,终端可完全独立运行,有效降低了中继工作负荷,计量精度和交互性大大加强。此外智能电表采用模块化设计方法,基于红外探测可实现无人状态下自动断电,杜绝无人用电的安全隐患,安全监控能力显著提高。系统终端可独立安装在宿舍内,从结构设计上改进现有系统,无需集中式安装,降低了现有系统星型电力线路布线的成本与施工难度,各终端互不影响,稳定性、可靠性大大提升。本文第1部分总体介绍了系统研制的背景与意义,简要分析了现有用电管理系统存在的问题、国内外研究简况,说明本课题研究的必要性和意义,以及作者在本课题中的主要工作。第2部分提出了系统整体设计框架,对选定的相关硬件作了简单说明,包括STC12系列单片机、计量芯片ADE7755、红外处理芯片BISS0001及485通信芯片的功能介绍。第3部分为硬件具体设计部分,对系统中主要硬件模块设计详细说明,重点分析计量单元设计原理、分流器选择与计算、校验网络以及电路抗干扰措施等,也对其它电路单元如红外探测、主控单元等设计进行了必要的诠释。第4部分软件部分主要给出了下位机、上位机程序的主要结构及软件工作流程,对串口通信及通信协议进行了详细阐述,在数据设计部分介绍了数据访问与操作的方法。第5部分为测试部分,本章给出了各个功能模块以及整系统的测试结果,通过测试,验证了系统预期达到的功能。最后对该系统的应用前景及功能上的扩展给出了展望。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
1 绪论  9-12
  1.1 项目背景  9-10
  1.2 项目研究目的和意义  10-11
  1.3 作者在论文中的主要工作  11-12
2 系统设计方案与硬件介绍  12-22
  2.1 学生公寓用电管理系统整体设计方案  12-13
  2.2 硬件部分  13-22
    2.2.1 STC系列单片机  14-16
    2.2.2 ADE7755  16-18
    2.2.3 BISS0001红外传感信号处理器  18-19
    2.2.4 RE200B  19
    2.2.5 MAX485  19-20
    2.2.6 ATMEL 24C16A  20-22
3 系统硬件设计  22-34
  3.1 智能电表  22-32
    3.1.1 电源部分  22-24
    3.1.2 计量模块部分  24-29
      3.1.2.1 电流采样电路  25-26
      3.1.2.2 电压采样电路  26-28
      3.1.2.3 PCB设计  28-29
    3.1.3 CPU及外围电路  29
    3.1.4 红外人体探测部分  29-31
    3.1.5 继电器驱动电路  31-32
  3.2 中继模块  32-34
4 系统软件设计实现  34-63
  4.1 软件整体结构介绍  34
  4.2 智能电表控制软件  34-48
    4.2.1 中断优先级分析  35-36
    4.2.2 串口通讯  36-41
    4.2.3 红外人体探测程序  41
    4.2.4 电能处理程序  41-43
    4.2.5 通信协议  43-48
      4.2.5.1 Modbus简述  43-45
      4.2.5.2 Modbus帧实现  45-47
      4.2.5.3 CRC校验方法  47-48
  4.3 中继模块程序  48-54
    4.3.1 串口通讯  49-51
    4.3.2 外部EEPROM存储  51-54
  4.4 上位机管理软件  54-63
    4.4.1 上位机设计目标  54
    4.4.2 需求分析  54-56
    4.4.3 应用程序设计  56-63
5 用电管理系统测试  63-67
  5.1 智能电表单机测试  63-64
  5.2 中继模块测试  64-65
  5.3 系统整体功能测试  65-67
6 结论与展望  67-69
参考文献  69-72
附录  72-75
攻读学位期间取得的研究成果  75-76
致谢  76-78

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