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1、-铁道大学毕业设计负载识别器的设计The Design of Load Identifier2011 届电气工程 系专 业 电气工程及其自动化学 号 学生 指导教师 完成日期 2011 年 5月 25日毕业设计成绩单学生*班级专业电气工程及其自动化毕业设计题目负载识别器的设计指导教师指导教师职称讲师评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分辩论小组组长得分成绩：院长主任签字： 年 月 日毕业设计任务书题目负载识别器设计学生*班级专业电气工程及其自动化承当指导任务单位电气工程系导师导师职称讲师一、主要容分析电力负荷中，负载的种类；通过采集来的数据，进展分析。能识别出功率较大的纯电阻性负载，并自动断电。
2、二、根本要求负载识别的算法，并根据要求，完成软硬件电路。三、主要技术指标或研究方法电网电压：180220V，瞬时功率：300W；查阅相关资料，进展理论研究四、应收集的资料及参考文献高锋单片微型计算机与接口技术：科学，2007卫国C语言程序设计：中国铁道，2008阳宪慧现场总线技术及其应用：清华大学，1999五、进度方案1-2周 课题调研、收集、学习参考资料，查阅外文资料，做开题报告3-5周 制定毕业设计方案6-9周 设计硬件电路，确定各元件参数10-11周 设计软件局部12-13周 设计整体系统14-15周 整理并撰写毕业设计论文，提交论文给指导教师16周 辩论教研室主任签字时间2010 年1
3、2 月 16 日毕业设计开题报告题目负载识别器的设计学生*班级专业电气工程及其自动化一、本课题的研究背景及意义近年来，随着高校规模的不断扩大，学生人数急剧上升，许多高校都实行后勤管理社会化。与此同时，关于高校学生公寓火灾事故的报道也日益增多。据相关数据说明，这类火灾大局部是由于学生违章使用热得快、电炉子等大功率阻性负载造成的。为杜绝此类事故的发生,在确保学生正常用电的前提下，限制大功率阻性负载的使用，保障学生用电的平安性是亟待解决的问题。针对这种情况而研制开发的智能负载识别器，可自动识别宿舍用电电器。计算机、电视机等电器可不加限制地正常使用，而电炉子、热得快等违章电器则无法使用，从而消除了因使
4、用违章电器带来的平安隐患。二、国外开展状况目前市场上的负载识别器有3种：(1)功率识别控制器: 此类识别器以功率为识别参数，超过系统设定的功率阈值时，系统自动跳闸。随着电器类型的增多，大功率平安负载的产生，这种产品因无法满足现代需求而被市场淘汰。(2)模拟技术的恶性负载识别器：该产品的优点是本钱较低，效果明显，对一般的大功率阻性电热负载根本都能识别，根本解决了学生宿舍的平安用电问题；缺点是只能识别大功率的阻性电热负载(一般产品只能识别300W以上的阻性负载)，而且随着用电系统中改变相位设备(如计算机，日光灯)的增多，产品动作值的偏差就会变大。(3)数字技术的恶意负载识别器：采用单片机技术，通过
5、判断负载的变化，负载的特性对恶性负载进展控制，不仅可以有效的控制恶性负载的使用，而且成功解决了模拟产品因用电系统中感性设备的增多导致相位偏移的问题。三、本课题的研究方案(1)负载的种类及特性非线性整流性负载：这类负载在供电电压为标准正弦波的情况下，电流畸变成非正弦波呈脉冲状，包含了大量的谐波分量，如计算机、电视机、充电器、采用电子整流器的荧光灯等。 感性负载：电流和电压波形一样相位不同，电流滞后电压一定角度，cos小于零而大于-1，如日光灯。纯电阻性负载：电流和电压同相位，即cos=1，如热得快、电热杯、电饭煲、吹风机等。(2)识别的原理阻性负载尤其是恶性负载接入电路时，电路中的功率值发生台阶
6、性变化，电路中的谐波值变化很小，功率因数接近于1。计算机类负载接入时，电路中的3次谐波值变化很大。(3)研究方法电路的稳态发生变化时，首先判断电路的功率和电流值是否超过设定的阈值，超过的话系统跳闸，没有超过，系统继续进展判断。如果电路中的3次谐波电流增加，证明有计算机类负载接入，系统不做任何动作；如果电路中的功率发生台阶性变化，功率因数增加，数值接近于1，并且谐波分量变化很小，证明有阻性负载接入，系统做进一步判断，如果功率值在瞬间到达平稳值，证明是电磁类加热负载接入，系统不做任何判断，如果功率以及电流经过假设干周期后到达平稳值，证明有电阻丝加热类负载接入，系统跳闸；几秒后，没有恶性负载的前提下
7、，系统重新供电。四、预期效果能自动识别房间的用电情况，控制热得快、电炉子、电暖器等大功率恶性负载的使用，在插上恶性负载后能在几秒断电，拔除恶性负载后能立即自动恢复供电。对电脑、日光灯、充电器等日常用电不加限制，从而大降低了火灾的发生概率，起到了平安节能的作用。指导教师签字时 间 年月日摘要为防止学生因使用大功率违章电器导致宿舍用电线路过载过热而引发火灾等严重隐患，设计了一种负载识别器。对学生公寓用电主回路上的负载进展智能识别，采用单片机进展处理和控制，准确地判断电路中接入负载的功率、电压、电流、谐波等特性，从而识别出大功率阻性负载电器并限制其使用，在节约用电、减少平安隐患的同时又不影响常规电器
8、的正常使用。首先对电压电流采样，经过信号调理后送入单片机对其进展处理，用C语言程序实现恶性负载的识别并断电，拔除恶性负载后，系统重新供电，并用CAN通信实现了上位机与下位机之间的数据传输。本设计主要分为硬件、软件和通信三大局部，本文详细介绍了负载的种类及特性，负载的识别原理及研究方法，经实验验证，初步到达了恶性负载识别的目的，从而消除了因使用违章电器带来的平安隐患，对学生平安用电具有重大意义。关键词：功率识别谐波别离恶性负载AbstractTo avoid the students using high-powered violate for electrical leads to dormi
9、tory electricity line overload overheat and create a risk of fire hidden such serious，designed a kind of load identifierRecognizing the load in the apartment of students on the electricity main circuit，Adopts single-chip microputerprocess and control，Accurately determine access to the load circuit p
10、ower，voltage，current，harmonics and other characteristics，To identify high-power electrical resistance load and limit its use，In the conservation of electricity，reduce security risks at the same time without affecting the normal use of conventional appliancesFirst，the sampling voltage and current，Aft
11、er conditioning the signal into the microcontroller through its processing，using C language program to identify and implement the load off a vicious，vicious removal of the load，the system resupplyUsing the CAN munication to realize data transmission between the PC and the lower level puterThe design
12、 consists of hardware，software and munications of three parts，the paper describes the types and characteristics of the load，the load identification theory and research methods，validated by e*periment，preliminary achieved the purpose of malignant load identificationEliminated the safety hidden danger
13、 of students because of the use of illegal appliances，it is of great significance in a safe mannerKey words：Power recognitionHarmonic separationMalignant load 目 录第1章绪论1.1课题研究的目的意义1.2 课题开展现状1.3 本设计主要研究容及创新点1.3.1 主要研究容1.3.2 主要创新点第2章负载分类及特征2.1 学生公寓常见的用电负载类型及其特性2.1.1 负载分类及其特性2.1.2 各类负载接入电路后的特点第3章硬件设计3.1
14、 硬件设计思路3.2 根本构成3.3 根本工作原理3.4 S3C44B0*单片机简介3.5 A/D转换模块的设计3.6通信模块第4章软件设计104.1 软件设计概述104.2 负载识别理论的作用及其主要类型104.2.1基于小波变换的负载识别的应用104.2.2基于人工神经网络的负载识别的应用114.3 谐波检测方法114.3.1谐波检测方法114.3.2学生公寓供电电流谐波分析114.4 本系统采用的负载识别方法144.4.1识别的原理144.4.2研究方法144.5 程序设计及流程图144.6 C语言程序164.7 实验数据184.8 本章小结18第5章CAN通信设计195.1 CAN总线概述195.2 CAN总线的主要特征195.3 CAN通信数据帧格式205.3.1 数据帧格式205.3.2 下传负载判断表205.3.3数据查询类205.4 CAN接口通信软件设计205.5 CAN总线的抗干扰能力215.5.1CAN总线硬件抗干扰分析及措施215.5.2CAN总线软件抗干
