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1、本科生毕业设计（论文）摘 要目前用于学生宿舍、公寓的电能计量控制系统在全国大部分高校中已普遍使用，但大部分采用以房间为单位计费，然后均分到个人的计费方法，该方法不能实现对学生个人用电计费，收费困难，易造成学生间的矛盾，因此如何科学合理地对学生公寓进行电能管理是一个亟待解决的重要课题。本课题分析了当前国内居民小区和学生宿舍电能计量管理的现状，根据学生公寓用电管理的实际情况，设计了一种带身份识别的学生公寓电能计量控制系统。该系统由现场级和管理级两级组成，本文详细阐述了现场级模块的软硬件设计方案。现场级以专用电能计量芯片AD7755和带有A/D转换功能的微处理器80C196KB以及身份识别电路（IC
2、卡预付电费电路）为核心，实现个人用电计量、类阻性发热负载识别、公寓用电情况的监视等，并通过RS-485与上层管理级通信，完成对公寓用电情况的统计和管理。本文的创新点在于先刷卡识别身份再用电的管理模式。设计中给宿舍内的用户每人分配一条用电支路，用电时用户先刷卡，通过身份识别后，该用户的用电支路接通（通过继电器控制通断），其电源插座可插接电器，然后系统将对其用电情况进行计量与控制。当用户超过一定的时间未用电时，系统将自动关断该用电支路，以达到节电、安全用电，并防止其他用户窃电的目的。本系统解决了电费均分难、恶性负载识别难、用电情况实时监测等问题，实现了学生公寓用电的现代化和自动化管理。关键词：电量
3、计量；身份识别；恶性负载识别；IC卡AbstractUniversity student hostels currently prevailing own apartment management, how scientific and reasonable for students villas Energy management is to be resolved into one of the important topics.This paper analyzes the domestic civilian and Area Energy Management System based
4、 on the status of student apartments and electricity management in the actual situation, A design with the identification of student apartments intelligent power management system. The system can spot and the management level two components. Field level through a dedicated power measurement and AD77
5、55 chip with A/D conversion function of 80C196 embedded microprocessor KB and the identification circuit (IC circuit prepaid electricity) as the core personal consumption data measurement, Real-time dynamic type identification resistive heating load for the right side of the apartment monitor, inves
6、tigate unusual electricity, thereby effectively limiting the use of students, such as faster heat, furnace son, incandescent easy use of fire appliances, Communication through the completion of the apartments electricity consumption statistics and published; The upper management level PC at the core
7、. through telephone lines or LAN communications at any time acquisition bottom PC data resources, through the completion of various statistical database, analysis, can be kept informed of the entire campus apartment Finally, the harmonic grid data Energy and complete clearing business. This paper el
8、aborates on the module-level design of software and hardware, anti-interference, IC card prepaid electricity circuit, Communication Protocol and vicious load identification theory, users must have the money to be put aside a certain amount of electricity to electricity, avoid the tariff arrears, whe
9、n calculating the balance of the customer or have insufficient Arrearage. SCM is this balance of power failure or lack of alarm control; The system also has a card to restore function, When the user less than the balance remaining tariffs, first alarm, and when users balance of a serious shortage of
10、 electricity, power outages to the user. Credit cards can be conducted at this time to restore electricity, and only credit once.Adoption of this study successfully resolved the difficult tariff equalization, vicious load identification difficult. electricity consumption to real-time monitoring, and
11、 other problems that the student dormitories modernization and automation Energy Management Program. Key words： Electric Power Measurement；Identity Recognition；Malignant load identification；IC card目 录第1章 绪 论11.1 电能计量、管理概述11.1.1 电能计量装置11.1.2 集中式电能计量、管理21.2 课题的背景及意义31.3 本课题的设计任务与要求4第2章 方案设计与论证52.1 电能计
12、量系统方案设计52.2 身份识别（预付费）系统方案设计7第3章 系统总体设计93.1 总体设计思想93.2 系统的总体结构及原理方框图9第4章 系统硬件电路及工作原理114.1 单片机及外围电路设计114.1.1 CPU的选择114.1.2 系统存储器的扩展124.2 电能计量电路的设计144.2.1 电能计量的基本原理144.2.2 电能计量芯片ADE7755154.2.3 电能计量的硬件电路194.2.4 电能存储器204.3 身份识别电路的设计204.3.1 MF RC500的特性214.3.2 MF RC500的内部结构214.3.3 MF RC500与单片机的接口224.3.4 MF
13、 RC500与天线接口设计234.4 智能开关的设计244.5 负载识别模块的设计254.5.1 设计原理254.5.2 具体实现274.6 其他电路的设计284.6.1 报警电路284.6.2 键盘电路294.6.3 显示电路294.6.4 串行通讯314.6.5 up监控电路324.6.6 工作电源34第5章 系统软件设计说明355.1 总体软件设计355.2 各主要模块程序流程35第6章 经济效益分析44第7章 总结45参考文献46致 谢48附 录49附 录62附 录66V第1章 绪 论1.1 电能计量、管理概述随着电力市场的发展，电力改革的深入，电力系统已经开始由计划经济向市场经济转变
14、，这对电能的计量及管理提出了新的要求。对用电管理部门来说，最关心的不外乎三个问题：电量的计量、电量信息的采集、电费的收缴。而在其中起关键作用的是电能计量装置，因为它直接关系到供需双方的经济利益，而且先进的电能计量装置对于管理效率的提高、用电管理系统的扩展都大有裨益。1.1.1 电能计量装置电能表是一种计量某一段时间内通过的电能的累积值的表计。电能表经历了从感应式到电子式，从单一的计量功能到集计量、控制、通讯等多种功能于一身的发展阶段。从总体来看，目前的计量表计是感应式、电子式电能表并存，但长远来说电子式电能表取代传统的感应式电能表是大势所趋。感应式电能表由测量部分和辅助部分构成，测量部分包括驱
15、动元件、转动元件、制动元件、轴承、计度器和调整装置；辅助部分由基架、端钮盒和表壳组成。当有电流通过时，其电压和电流线圈就将交变的电压和电流转变为交变的磁通，以此来驱动转动部分（圆盘）旋转，计数部分记录圆盘所转动的圈数，并将其转换成相应的电能量显示在计度器上。感应式电能表具有可靠性高、制造简便、价格便宜等优点，其制造技术已经非常成熟。但随着人们对计量要求的提高，感应式电能表在使用过程中暴露出越来越多的缺点，比如功能单一、准确度低、频率范围窄等。到了20世纪60年代，为了扩展电能表的使用功能，出现了感应式脉冲电能表。这种表仍然采用了感应式电能表的测量机构，只是利用光电传感器将电能转换为电脉冲信号，通过电子电路对脉冲信号的计算与处理，完成电能的计量工作，它可以通过电子部分的各种变换来实现人们不同的实际需求。感应式脉冲电能表的出现极大地解决传统电能表功能单一的问题，电能表可以通过软件编程实现远程自动抄表、负荷控制参数的分散采集和存贮等功能，使得分时电价、需量电价等功能得到有效地实施和推广。但是，感应式脉冲电能表仅仅解决了电能表的功能扩展问题，而对表计的准确度低和频率适应范围窄的问题仍无能为力。随着科技的发展及信息时代的到来，数字化产品层出不穷，遍及生产、生活的方方面面，电能计量表计也不例外。1976年日本首先研制出了电子式电能表，带来电能计量装置的革命性变革。从结构上来看，电
