大功率電器智能識別在學生宿舍用電安全系統的設計

王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要：針對學生宿舍電源管理和用電安全問題，文章設計了一種可以自主識別大功率電器設備的控制器，該控制器通過電流互感器將信號送給Lvp358比較器，產生數字信號給單片機做判斷，自動識別用電器功率，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大功率電器的使用，消除因電器問題導致的用電安全隱患。

關鍵詞: 智能控制器；用電安全；功率識別

0引言

隨著電子技術、通信技術和計算機網絡技術的迅速發展，智能配電控制系統應運而生。目前，我國已建立了學生公寓集中供電管理系統、一系列負荷識別模塊等產品。然而該類產品性價比低，未廣泛使用。因此，需要設計一種允許小功率電器正常使用的智能識別用電器功率的控制器，本文設計了能夠智能識別出大功率的并限制其斷電以此來保證用電安全的控制器。該控制器主要依靠單片機作為處理器來進行數據控制與處理。利用抗干擾濾波技術，避免各種電路的干擾，可精確確定出相關電路負載的功率特性，從而智能辨認出用電器功率大小，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險，而且不會影響常用電器的正常使用，對學生公寓安全用電有一定的借鑒作用。

1 系統構成

系統主要由A/D轉換、保護、輸出控制、信息檢測和主控器等五大模塊構成，如圖1所示。A/D轉換的模塊主要負責主電路電流采樣功能；保護模塊負責保護電路的功能即短路保護功能；輸出控制模塊負責斷開電路中負載；信息檢測模塊負責對負載電路的電流進行采集；主控器模塊負責輸出控制和數據的處理。

圖1 控制系統原理

2硬件設計

2.1 主控制器與A/D模塊的設計

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128位隨機存取數據存儲器和2 kbit重復的只讀程序存儲器組成。A/D轉換器采用10位串行的TLC1534，它是一款高性能、低成本、價格比高的A/D轉換器。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 采樣模塊設計

數據檢測模塊包括電流互感器、電壓形成放大電路、整流濾波電路、信號調理電路和限幅保護電路。該控制器運用簡單的電流互感器采樣方法，經過信號采集、整流濾波、信號調理后，再經過簡單的限流保護電路，將線性電壓信號直接傳送至A/D轉換器。其限制保護電路功能主要在于保護A/D芯片。

3 軟件設計

軟件主要完成繼電器的驅動和大功率電器的智能識別。通過對當前時序進行采樣，并通過I/O端口將TLC1543的A/D轉換結果輸入微控制器的內部存儲單元中，并檢測到功率的突變達到設定值來實現智能識別功能，判斷、控制繼電器動作。在15s延遲后，進行重合閘，并判斷是否需要手動復位重合閘。主程序流程如圖3所示。

圖3 主程序流程

4系統測試

根據電路圖，將東西焊接好，實物如圖4所示。

圖4 實物圖

設置器設有兩個指示燈，黃燈亮是系統電源指示，藍燈亮則是跳閘指示。自動重合閘時藍燈閃爍，跳閘次數超過設定次數時將不再自動重合閘，藍燈常亮等待手動復位合閘。測試結果如表1所示。

表1 系統測試

5安科瑞AcrelCloud-3200預付費水電云平臺

5.1 系統方案

系統為B/S架構，主要包括前端管理網站和后臺集抄服務，配合公司的預付費電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計量箱ADF300L系列，實現電能計量和電費管理等功能。另外可以選配遠傳閥控水表組成水電一體預付費系統，達到先交費后用水的目的，剩余水量用完自動關閥。

5.2 系統功能

AcrelCloud-3200預付費水電云平臺由云平臺-網關-預付費電能表組成，通過通信網絡完成系統到表的充值、查詢、監控、控制及短信報警等功能。
  本系統適用于一些大集團和大物業，往往需要將多個物業環境、分散于各地的物業集中式收費和管理，面臨著數據公網傳輸，財務操作分散，在線支付，總部財務扎口等復雜的需求。

遠程集中抄表：抄表信息通過網關實時上傳到云平臺，快速便捷，免去人工抄表 。

水表預付費:可是查看某區域水表的實時狀態信息，并可以進行單表或批量設置水價控閥等操作。

遠程售電:財務集中管理，電量實時下發，并比對充值次數，方便快捷。

能耗分析:用戶和管理員都可查詢預付費表或管控表每天的用能狀況；可提供能耗分析+財務軌跡一體式綜合管理報表，包含用戶表的能耗、財務數據、能耗和財務的期初期末值等數據。

在線支付:商戶可以通過小程序或者微信公眾號實現在線自助充值水電費，也可以實時關注商鋪用水用電情況。

短信提醒:金額不足或金額欠費提醒、電表充值到賬提醒，都可及時短信通知商戶。

遠程控制:可對任意一塊電表執行遠程拉閘或保電等一系列遠程控制操作，方便管理。

5.3 產品選型

6結束語

設置一種大功率電器智能識別和用電安全控制系統刻不容緩。此系統能夠實現學生公寓的自動識別、短路、過電流保護等問題。借助該系統，公寓的電力管理可以實現智能化和自動化，提高了公寓的管理水平。大功率電器智能識別和電力安全控制器能夠自動檢測線路負載，能夠對受控電路中的安全、大和負載限制這3種情況作出相應的響應和反應，可在多次警告無用的情況下自動切斷總電源供應，避免了經常更換線路保險絲的麻煩，也從根本上杜絕了線路過載引起的火災。大功率電器的智能識別和電氣安全控制器的優勢在于其低成本，易于形成產品及網絡系統，從而實現學生公寓用電的智能化控制。

【參考文獻】

【1】李世豪，何建強，王邊弛.大功率電器智能識別與用電安全控制器的設計

【2】周維龍，歐陽洪波，胡姣.大功率電器智能識別系統設計[J].湖南工業大學學報，2014（1）：44-48．

【3】安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06