多路智能用电系统设计

　　摘要：针对目前集体用电管理水平较低的问题，设计了一种多路智能用电系统，详细介绍了系统的软、硬件设计。系统以STC加强型单片机为控制和通信核心，以BL0932B芯片为基础设计单相双向功率电能计量模块，以485总线和GSM模块作为通信和控制手段。实际应用表明系统智能化程度高，运行可靠，达到预期效果。

　　引言

　　在企事业单位办公及娱乐场所，特别是学校和工厂宿舍，违规使用大功率电器往往导致火灾等危害人民群众财产甚至生命的事故发生。因此有些单位或场所采用了一些简单的手段进行限制用电，要么不装插座，要么直接限制总功率，超过该功率就断电，或者对纯阻性大功率负载进行检测。虽然限制了用电功率，但是前者总功率受限给用电者生活带来了不便，而后者给使用新型设备比如功率转换器的用户钻了空子，使用了大功率却不受限制。基于此，本文对智能用电问题进行了研究，并设计出一款实用的多路智能用电系统。

　　1 智能用电系统硬件设计

　　控电系统要求能够对多个用电房间进行智能控制，因此系统采用上、下位机两级控制，485总线通信的架构，使用GSM模块进行不定地点控制，更加人性化。

　　1.1 系统组成

　　系统以STC12C5A06S2单片机为核心处理与控制芯片，设计下位机分控系统，其负责对多个用电房间进行信号采样;以计算机系统为中心，设计上位终端机系统，其负责对各个房间的用电情况进行统计和管理。可以将分控系统装在用电端，将上位机放在控制室，各分控系统通过485总线与上位机通信，上位机通过GSM模块与管理员进行信息交互和控制命令传输。手持终端可以在不启动计算机系统的情况下发布控制命令，满足特定场合操作，提高系统操作的灵活性。系统总体架构如图1所示，其中N的设计取值范围为1~24，M的设计取值范围为1~200。

　　1.2 采样电路设计

　　采样电路可以使用先取样在进行AD转换的方法来实现，但是因为单片机系统监测管理的房间多，CPU处理数据量大，会造成设计成本高，反应慢或者计量不准确。因此本系统选用上海贝岭公司研发的BL0932B单相双向功率电能计量芯片，能够完成对用电房间或单元的功率采样和计量。BL0932B芯片是BL0932的升级改进型芯片，内部集成模拟乘法器、压频转换器和控制电路，能精确测量正负两个方向的有功功率，线性度好，防潜动，低功耗^[1]。

　　BL0932B通过对电压和电流的采样，计算出用电功率，并将其转换为脉冲输出，通过测量其输出频率即可得到当前房间的用电功率。其中电流、及电压的采样通过与负载串联的阻值为500μΩ的锰铜，再分别串接100Ω的电阻接入到BL0932B芯片的1、2脚。

　　采样电路的传递函数如式1所示：

　　Fout=G×Vi×Vu×cosφ 式1

　　其中：Vi―电流取样值;Vu―电压取样值;G―芯片增益;Fout―输出脉冲频率。

　　1.3 分控系统设计

　　分控系统要求能够对1~24路采样信号进行处理，实时监测用电情况，特别是对大功率用电情况能够及时发现并警告，超过警告次数实时切断电路，并对整个房间总功率设定上限，超过则断电，并通过10位数码管显示各路用电情况。分控系统能够通过485总线与上位机通信，还可以在现场独立通过按键进行操作，实现对其管理的各房间通/断电控制，根据数码管显示代码观察各路的用电情况，分控系统加装了充电电池、时钟芯片，具有时间、数据记录、异常温度报警等功能。