AT89C51单片机学生宿舍安全用电管理器设计+电路图(2)
1.2课题的研究现状
目前，我国大多高校的用电系统仍然以一种比较传统的方式运行并管理[2]。大多都是通过人工定期检查、定时上电、断路器、熔断器等对宿舍用电情况进行控制。这些传统的管理手段并不能有效的管理各种违章用电情况，往往会产生诸多不便。不健全的后勤管理设施和低下的管理水平是制约高等教育发展的关键因素。而且制度的不规范会产生一些漏洞，从而无法保证学生的人生安全及财产安全。单片机智能公寓的编程与实践设计在国内仍不完善。高校智能用电管理系统主要针对这一研究现状进行对公寓安全用电系统的智能化改造。
2.系统总体方案设计
2.1功能设计
本系统通过对宿舍电能进行采集计量，通过单片机对宿舍用电情况进行实时监控，当出现异常用电情况如：功率过大（超出给定值）、电流过大、电压超高、用电量超出限电量等情况时，单片机会做出响应，通过执行单元超控整个电路以达到保护整个电路[3]。当本月用电量超出给定值，系统也会控制负载断电，需要到服务区进行缴费。管理员允许后恢复正常用电。
2.2硬件电路结构设计
本设计围绕着负载电路总共包含数据采集模块，单片机中央处理模块，及执行模块。其中数据采集模块中需要对负载电路进行数据采集，共需要电流、电压、总功率等物理量进行测量，并将采集得到的数据传送到单片机。经过单片机分析后会做出相应的反应，从而通过执行单元及继电器开关来实现控制整个电路[4]。各模块选择如下：
（1）目前数据采集模块电路有以下三种，可用四象限模拟乘法器，功率P=UI 测量功率，其平均值 代表有功功率。或直接对电压，电流进行ADC采样，用软件计算有功功率。还可以用专用电能芯片对数据进行采样。以上几种方法通过比对可以看出:通过四象限模拟乘法器这种方法成本高，容易受干扰，精度也不容易做高。而ADC采样的方法中硬件成本高，因为要做大量运算则对微处理器性能要求比较高且用于宿舍这种小集体并不合适。本系统中我将选用专用电能芯片对负载的数据进行计量[5]。
（2）选择单片机对数据进行处理，本系统中我将选用Intel公司中的AT89C51进行数据处理，作为核心CPU。
（3）执行元件主要为了实现自动控制负载的通断状态，用单片机来控制执行软件实现电能的自动通断。利用电磁铁来实现控制工作电路通断。
（4）显示单元中将选用LCD显示屏，实时显示负载的用电情况。