學生公寓安全用電智能電表設計

摘要：針對目前高校學生公寓無用電安全監(jiān)控能力、無實時電量預警等弊端，提出一種基于ADE7755計量芯片、利用熱釋電紅外探測技術、以單片機為控制核心的智能電表設計，可智能識別、限制大功率電器運行以及杜絕無人用電，并可實時預警電量，實現(xiàn)了用電監(jiān)控智能化，具有廣泛的應用前景。
關鍵詞：智能監(jiān)控；模塊化；熱釋電紅外探測；ADE7755；功率檢測

為有效管理學生公寓用電，國內許多高校在學生宿舍引入了集中式用電管理系統(tǒng)，此類系統(tǒng)一般由計量終端、中繼模塊及上位機組成，功能上過度依賴中繼模塊與上位機，只能實現(xiàn)簡單的集中化用電管理，無法對大功率用電、無人用電等違規(guī)行為實時監(jiān)控，無法杜絕違規(guī)用電帶來的安全隱患，導致用電火災時有發(fā)生；其次無電量實時提示功能，交互性差。
本文著力于改進終端的用電安全監(jiān)控及交互性等功能，提出了一種智能化終端——智能電表的設計。該智能電表可獨立運行，單獨安裝于學生宿舍內，除能高精度計量電能之外，還可自動識別、限制大功率電器，宿舍無人則切斷供電，杜絕大功率用電、無人用電的隱患；可實時提示電量不足，交互性大大增強；利用RS-485通訊模塊可便捷接入現(xiàn)有用電管理系統(tǒng)，作為現(xiàn)有用電管理系統(tǒng)的終端。功能上的獨立及單獨安裝也使得施工時只需簡單的總線型供電線路即可，無需按照現(xiàn)有系統(tǒng)的星型供電線路施工，布線成本降低75％以上，施工難度也大大降低。

1 智能電表硬件結構
圖1即智能電表基本結構框圖。本電表由主控模塊、熱釋電紅外人體探測模塊、計量模塊、周邊控制模塊以及RS-485通信模塊構成。硬件上采用模塊化設計，可根據實際需要加入其他模塊擴展功能。模塊化設計使得各模塊可獨立運行，同時也可降低主控CPU負荷，只需進行簡單響應各模塊信號，無需復雜運算處理，簡化程序運行，降低出錯率。

1．1 主控模塊
為徹底改變現(xiàn)有系統(tǒng)終端功能完全依賴中繼實現(xiàn)的弊病，提高終端的獨立工作與智能監(jiān)控能力，將單片機作為終端的主控核心，脫離對中繼功能上的依賴，獨立對多路信號采集與判斷，響應各種信號并執(zhí)行相應動作。主控模塊包括微處理器及周邊電路，微處理器采用STC12C5 204AD單片機，其內置EEPROM、硬件看門狗以及掉電檢測電路，豐富的內置功能模塊可大大簡化周邊電路設計，同時也提高了系統(tǒng)本身的抗干擾能力。該主控模塊功能如下：
(1)通過外部中斷INT0引腳采集電量模塊送來的計數(shù)脈沖，計數(shù)并存儲。
(2)監(jiān)控P1．2引腳電源電壓，掉電時將用電數(shù)據存入內部EEPROM。
(3)利用串口實現(xiàn)與集中器或上位機之間的數(shù)據傳送、指令執(zhí)行。
(4)根據電量計算結果和紅外檢測狀態(tài)啟動周邊控制模塊，提示電量不足或切斷供電，杜絕無人情況下電器運行，確保用電安全。
原理圖如圖2所示。