智能家居负荷管理装置研究与设计(附件)
新能源是二十一世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。在新世纪中，各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。本文主要是以单片机为核心，配合适当的外围电路，通过对光伏发电系统中的电压电流的采样，经过数模转换，将模拟信号转换为数字信号传入单片机，再通过编写程序，然后通过1602液晶显示屏显示所要测量的原器件的电流、电压以及功率。通过C语言来设计软件，因为该语言的可控性高、分为不同模块，而且能有效移植。在编制过程中，充分运用模块化理念，有效划分不同功能，在此基础上设计模块。首先要了解系统所要实现的功能；其次根据功能去选择相应的硬件资源；最后是运用模块化理论来划分此系统，依次解决各个问题。优化处理各个模块，获得整个系统，就是按照这一思路来设计电参数检测系统。其中单片机的设计是整个设计中的核心部分，完成整个电路的测量、转换、显示输出，同时可实现单独对电流电压的测量显示，以及对电子器件功率的测量。本次设计可以实现对光伏发电系统的电流电压以及功率的测量和显示，本次设计基本能够完成设计之初所达到的要求。关键词 51单片机，A/D转换器电，压电流的采样，显示屏，智能负荷表
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的及意义 1
1.3 研究现状 2
2 系统总体方案的设计和实现 3
2.1 智能负荷表的定义 3
2.2 智能负荷表的方案设计 3
2.3 智能负荷表的实现 4
2.4 主控模块的选择 4
2.5 显示模块的选择 5
3 智能负荷表电路设计 5
3.1 电流电压采样 5
3.2 A/D转换模块 6
3.3 单片机处理模块 7
3.4 液晶显示模块 9
3.5 供电系统 12
3.6 报警系统电路 13
4 智能负荷表硬件的测试与问题 14
4.1 智能负荷表的测试 14
4.2 故障分析与解决方案 16
5 软件调试 17
5.1 软件设计原理 17
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
5.2 程序设计流程图 18
5.3 液晶显示软件设计 19
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附 录 24
1 绪论
1.1 研究背景
设计并制作一个可根据电源线的电参数信息分析用电器负荷工作状态的装置，本系统由模数AD芯片转换成数字信号并通过SPI串口通信发送给单片机，单片机通过判断，根据当前状态显示用电器的工作情况和工作类别[4]。通过本设计，可随时监控用电器负荷状态的使用状况。
智能负荷系统的检测原理是检测电器的用电参数，包括电压，电流，功率。由于对于测量和管理电能这一方面的迅猛发展，开始形成一个专业针对这一方面的独特领域，同时，测量电压电流的困难和复杂的原因[5]，导致了测量的精确度和准确度较低。为了成功实现负荷的检测，需要有能将电压电流这两个输入模拟量想成的电路结构,这个电路结构可以有效的降低电能对于电压电流测量的难度。因此，本课题的研究有较强的实用性和可行性[67]。通过测量电流和电压，从而实现了对用电器、其他各种电子元器件的负荷的测量，这可以实现良好的社会科技效应，更加方便人类的日常生活需要。同时，单片机的用电器检测装置的设计与研究巩固了其位于整个电子计算机研究中的地位[8]，推动电子信息产业的飞速发展。
1.2 研究目的及意义
由于现代电子信息技术的飞跃、计算机技术广泛而深入的应用、电子元器件的大范围运用，由此对于各种元器件产生的更好要求与更好性能的需求也应运而生，从而快速推动了电子测量的发展。与传统的机械测量方法相比较而言，数字化测量其简单、便捷、实用、高精度使数字化测量成为一种现代重要的测量路径[9]。数字化测量日益发展成熟，它逐步成为电子测量的一个固定方式，但是随着当代社会的逐步发展以及日新月异的测量技术，普及基于数字化测量的理念仍待开发。当今社会数字化时代已经到来，数字化是这个时代最大的标识，同时也必然是是社会与经济现代化的集中的体现[1011]。如果把它上升到国家的层次，它关系着我国在世界前沿科技领域水平的的高低[12]。数字化的应用已经深刻影响着一个国家的方方面面，所以我们需要足够的重视起来[13]。
国内电子测量仪器市场正在以几何的速度进行增长，随着经济全球化，以及中国经济持续不断的发展，中国产业结构的调整[19]，应用型人才在中国的培养和发展，促进了测量市场的繁荣并且持续增长。未来的数字化测量有关的生产研发或有较大的发展空间，即将进入一个黄金阶段。[20]。
1.3 研究现状
微电池、高能电池等均是当前广大电子产品电源的首选。随着科学技术的不断进步，电池的将出现多元化、多样化、大功率、集成化等趋势；应用工况也越来越广泛，越来越苛刻；电池价格不断下降，更加环保。二十一世纪实际第二大关键技术就是电池技术，其应用前景将难以估量[11]。
蓄电池实际工作时，BMS主要工作为，对电池系统的电压、结缘电阻、温度等进行实时、精准的监测。串联电池组，由于电池使用数量庞大，故而总电压一般比较高，故对每一个电池电压测量精度比较高；综合来讲，串联电池组中对每一个单体电池其工作电压进行精准测量困难较大，也是BMS电压检测模块的难点。
1）共模检测和差模检测。前者的参考基准是同一参考地，然后借助已经非常成熟的精密电阻测量技术对各点衰减电压进行测量，然后相减得到每一个单体的实际电压。上述测量方法一般应用在测量精度不高、电池数量较少的情况下。后者的实现方式为，借助系统内的继电器对单个电池进行检测，然后通过隔离运算放大器进行等比例放大，并进入A/D模块单元，进而完成对单个电池电压的采集工作。上述测量方法缺陷也比较明显，系统控制电路复杂、继电器数量较多。
2）浮动地技术检测。实际工作过程中，比较器对当前的地电位进行自主判别；假设正好，其立即测量，并进行数据存储；否则对地电位进行浮动调控。其缺陷则比较明显，例如系统的地点位容易受到环境因素的干扰，而且不能够精确控制，大大降低系统的测量精准度。
3）直接电压检测。借助运放电路换算出每一个电池的实际电压差值，经过信号处理、A/D 模块单元采样，即可获知电压。其缺陷如下，运放电阻不容易进行合理的匹配，电路构成复杂。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的及意义 1
1.3 研究现状 2
2 系统总体方案的设计和实现 3
2.1 智能负荷表的定义 3
2.2 智能负荷表的方案设计 3
2.3 智能负荷表的实现 4
2.4 主控模块的选择 4
2.5 显示模块的选择 5
3 智能负荷表电路设计 5
3.1 电流电压采样 5
3.2 A/D转换模块 6
3.3 单片机处理模块 7
3.4 液晶显示模块 9
3.5 供电系统 12
3.6 报警系统电路 13
4 智能负荷表硬件的测试与问题 14
4.1 智能负荷表的测试 14
4.2 故障分析与解决方案 16
5 软件调试 17
5.1 软件设计原理 17
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
5.2 程序设计流程图 18
5.3 液晶显示软件设计 19
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附 录 24
1 绪论
1.1 研究背景
设计并制作一个可根据电源线的电参数信息分析用电器负荷工作状态的装置，本系统由模数AD芯片转换成数字信号并通过SPI串口通信发送给单片机，单片机通过判断，根据当前状态显示用电器的工作情况和工作类别[4]。通过本设计，可随时监控用电器负荷状态的使用状况。
智能负荷系统的检测原理是检测电器的用电参数，包括电压，电流，功率。由于对于测量和管理电能这一方面的迅猛发展，开始形成一个专业针对这一方面的独特领域，同时，测量电压电流的困难和复杂的原因[5]，导致了测量的精确度和准确度较低。为了成功实现负荷的检测，需要有能将电压电流这两个输入模拟量想成的电路结构,这个电路结构可以有效的降低电能对于电压电流测量的难度。因此，本课题的研究有较强的实用性和可行性[67]。通过测量电流和电压，从而实现了对用电器、其他各种电子元器件的负荷的测量，这可以实现良好的社会科技效应，更加方便人类的日常生活需要。同时，单片机的用电器检测装置的设计与研究巩固了其位于整个电子计算机研究中的地位[8]，推动电子信息产业的飞速发展。
1.2 研究目的及意义
由于现代电子信息技术的飞跃、计算机技术广泛而深入的应用、电子元器件的大范围运用，由此对于各种元器件产生的更好要求与更好性能的需求也应运而生，从而快速推动了电子测量的发展。与传统的机械测量方法相比较而言，数字化测量其简单、便捷、实用、高精度使数字化测量成为一种现代重要的测量路径[9]。数字化测量日益发展成熟，它逐步成为电子测量的一个固定方式，但是随着当代社会的逐步发展以及日新月异的测量技术，普及基于数字化测量的理念仍待开发。当今社会数字化时代已经到来，数字化是这个时代最大的标识，同时也必然是是社会与经济现代化的集中的体现[1011]。如果把它上升到国家的层次，它关系着我国在世界前沿科技领域水平的的高低[12]。数字化的应用已经深刻影响着一个国家的方方面面，所以我们需要足够的重视起来[13]。
国内电子测量仪器市场正在以几何的速度进行增长，随着经济全球化，以及中国经济持续不断的发展，中国产业结构的调整[19]，应用型人才在中国的培养和发展，促进了测量市场的繁荣并且持续增长。未来的数字化测量有关的生产研发或有较大的发展空间，即将进入一个黄金阶段。[20]。
1.3 研究现状
微电池、高能电池等均是当前广大电子产品电源的首选。随着科学技术的不断进步，电池的将出现多元化、多样化、大功率、集成化等趋势；应用工况也越来越广泛，越来越苛刻；电池价格不断下降，更加环保。二十一世纪实际第二大关键技术就是电池技术，其应用前景将难以估量[11]。
蓄电池实际工作时，BMS主要工作为，对电池系统的电压、结缘电阻、温度等进行实时、精准的监测。串联电池组，由于电池使用数量庞大，故而总电压一般比较高，故对每一个电池电压测量精度比较高；综合来讲，串联电池组中对每一个单体电池其工作电压进行精准测量困难较大，也是BMS电压检测模块的难点。
1）共模检测和差模检测。前者的参考基准是同一参考地，然后借助已经非常成熟的精密电阻测量技术对各点衰减电压进行测量，然后相减得到每一个单体的实际电压。上述测量方法一般应用在测量精度不高、电池数量较少的情况下。后者的实现方式为，借助系统内的继电器对单个电池进行检测，然后通过隔离运算放大器进行等比例放大，并进入A/D模块单元，进而完成对单个电池电压的采集工作。上述测量方法缺陷也比较明显，系统控制电路复杂、继电器数量较多。
2）浮动地技术检测。实际工作过程中，比较器对当前的地电位进行自主判别；假设正好，其立即测量，并进行数据存储；否则对地电位进行浮动调控。其缺陷则比较明显，例如系统的地点位容易受到环境因素的干扰，而且不能够精确控制，大大降低系统的测量精准度。
3）直接电压检测。借助运放电路换算出每一个电池的实际电压差值，经过信号处理、A/D 模块单元采样，即可获知电压。其缺陷如下，运放电阻不容易进行合理的匹配，电路构成复杂。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/1641.html
