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挑战杯作品研究报告
寝室智能限电检测系统
二、系统功能
1、实时监控 如图1所示。
实时监控原理：微机(上位机)由PC机构成,用VB 编写的程序通过串口与通信处理模块中的单片机通信,监督管理寝室工作情况。通信处理模块由W77E58 单片机构成。一方面与上位机交换信息,另一方面利用电力载波的调制解调芯片通过电力线和处理模块通信。宿舍处理模块由从控AT89C2051单片机构成,利用调制解调芯片通过电力线获取主控W77E58单片机的指令,
图1
一方面控制开关动作;另一方面将工作状态通过电力线发送给主控机。该系统依靠计算机根据学生作息时间表实现定时控制;也可根据特殊情况进行人工控制,按下控制指令键实现开通或断开线路。例如:当学生早上六点起床,需将寝室照明灯打开,则按下指令键,计算机发出开灯信号。当各个从控机接收到信号时,一方面发回应答信号;另一方面控制限电器,启动控制开关,接通线路。通过状态检测电路, 从控机向主控机返送控制开关状态,由状态显示器进行对应显示。实现了
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实时控制报警,并可显示具体位置,提醒值班人员及时处理。控制指令有一
2、超负荷自动跳闸 如图2所示
图2
自动跳闸及恢复原理：RC组成A/D转换器对负荷信号进行数据采集，将采集到的数据进行一系列运算、处理和判断，从而对用户是否使用了违
三、硬件设计
1、实时监控部分
LM1893与单片机接口设计
LM1893 是美国国家半导体公司生产的FSK制式的调制解调芯片。能够实现可靠的串行数据的半双工电力线通信,具有发送和接收数据两种工作模式[ 1 ] 。LM1893 部电路可分为发送和接收两大部分,电路的工作模式由5脚控制(5脚为高电平时发送、为低电平时接收信号。信号经低通滤波器、直流消除电路和噪声滤波电路的信号处理后,通过12脚输出信号。 图3 接口电路
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.MAX202W77E58LMI894ToutTinTXD0RXD1D-OUTPC机串口RinRoutRXD0TXD1D-IN电力线XTAL2P0.0TX/RXXTAL1..图3
主控单片机与LM1893连接,如图3所示。单片机TXD 和LM1893 数据输入端D IN 相连, RXD 和LM1893 输出端DOUT相连, P0. 0控制收/发模式。从控单片机与LM1893 的连接与主控机相同, 只是用P1. 0控制收/发模式。 通信处理模块
如图4所示
该模块由于要使用两个串口分别对上层和下层通信,因此主控制器使用华邦公司的W77E58单片机。
W77E58单片机[ 2 ]含2个增强型串口和32 kB大容量Flash存储
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..ADC0832CH0LTS-NPCH1CLKP1.1D0P1.0AT89C2051RXLM1893D-OUTD-INTX电力线CSDIP1.2P1.7TX/RX状态指示驱动电路P1.3P1.4XTAL2XTAL1..器。指令集与51系列单片机完全兼容,非常适合在智能化监控系统中使用。W77E58 的连线非常方便,电路所需要的外部元件仅仅是1个晶振加2个电容驱动片振荡器、1个连接到复位脚的电阻、电容。使用片上电复位电路, XTAL1、XTAL2是参考振荡器端, 晶振频率为11. 059 MHz。其中串口0通过RS232总线接口与PC机相连,串口1则负责连接调制解调LM1893。W77E58自带有看门狗定时器,此定时器是一个独立于CPU自行运行的定时器,系统可通过编程将其设置为系统监控器、时基发生器或事件定时器。因为单片机的信号电平符合TTL /CMOS标准, PC机的串口典型的RS2232信号在正、负电平之间摆动,因此需要MAX202芯片实现电平的转换。 宿舍处理模块
图5宿舍处理模块
此宿舍处理模块需要完成两个方面的工作: ①通过I/O接口读取外部设备的状态信息; ②通过调制解调器LM1893响应主控机发送的查询请求,回送当前状态信息。宿舍处理模块由:从控AT89C2051 单片机、电流采集部分、电源通断部分、状态指示部分等组成。电流采集部分将电流信号转换为单片机能够处理的数字信号[ 3 ] , 由LTS252NP 传感器和模/数转换ADC0832组成。LTS252NP是瑞士莱姆(LEM) 公司生产的电流互感器模块,这种变换器具有较好的频率响
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应,该传感器将宿舍的电流信号变为0～5 V的电压信号,模块使用5 V电源,电流量程为0～12 A。ADC0832[ 4 ]是带有串行输入/输出8位逐次逼近式模/数转换器,其转换时间为80μs。它的两个模拟量输入通道是可编程的,可以由串行输入口D I的3位控制字指定通道。LTS252NP将电流信号以电压信号的形式提供给ADC0832。选择ADC0832的CH1为单端输入工作方式, CH0为不工作。所以,由D I端输入的控制字为“111”,可将D I固定接高电平。当单片机的P1. 2口将ADC0832的CS脚置低电平时, CLK的前3个脉冲上升,从D I端输入控制字“111”,接下来的8个脉冲完成转换过程,转换后的8位数据就从P1. 0口读入到单片机中。 3． 触发模块MOC3041
MOC3041的设计结构，是专门用于触发单、双向可控硅的触发模块，是用于低压逻辑电路控制高压大功率器件的芯片，特别适用于单片机与强电功率接口的连接。部通过光耦将强电和弱点分开，实现了不同电压等级之间的无缝，避免了强弱点之间的干扰，它部设置了过零触发装置，避免了由于非过零触发造成波形歧变对电网的污染，同时减少了负荷对电网的冲击。本方案中选择了该模块触发双向可控硅，实现单片机对房间供电的控制。
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寝室限电检测系统
