基于單片機(jī)原理的單相用電器檢測(cè)裝置分析

本文提出的這種基于單片機(jī)控制系統(tǒng)的單相用電器檢測(cè)裝置，價(jià)值成本低，消費(fèi)者通過(guò)此裝置對(duì)家中的用電器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便讓消費(fèi)者了解自己的用電情況，以達(dá)到預(yù)防火災(zāi)和提醒消費(fèi)者節(jié)約用電的目的。這對(duì)于當(dāng)前社會(huì)上所普遍倡導(dǎo)的低碳環(huán)保、節(jié)能減排有一定的促進(jìn)作用。
1 基于單片機(jī)原理的單相用電器檢系統(tǒng)概述
以STC12C5A60S2 單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)可根據(jù)電源線的電參數(shù)信息分析用電器類(lèi)別和監(jiān)測(cè)其工作狀態(tài)的分析裝置。該裝置有兩種模式，通過(guò)矩陣鍵盤(pán)進(jìn)行切換。在學(xué)習(xí)模式下，測(cè)試并存儲(chǔ)各單件電器在各種狀態(tài)下用于識(shí)別電器及其工作狀態(tài)的特征參量；在分析監(jiān)測(cè)模式下實(shí)時(shí)指示用電器類(lèi)別和工作狀態(tài)。所有的測(cè)量參數(shù)均在液晶顯示屏上實(shí)時(shí)顯示。
2 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)
因?yàn)椴煌秒娖鞯碾娏髦凳遣灰粯拥模虼耍瑸榱藱z測(cè)從50MA 到10A 左右的電流，我們采用PZEM- 004T 交流多功能通訊模塊來(lái)測(cè)量。
PZEM- 004T 交流多功能通訊模塊的功能：
（1）測(cè)量用電器電壓、電流、有功功率、電量等數(shù)據(jù)。
（2）具有電量的按鍵清零功能。
（3）具有掉電不丟失功能，保存掉電之前所測(cè)量的電量。
（4）其串口通信功能，可通過(guò)轉(zhuǎn)接板與單片機(jī)通信，讀取并設(shè)置其參數(shù)。
（5）自帶軟件，可由單片機(jī)與主機(jī)通信并將實(shí)時(shí)檢測(cè)的數(shù)據(jù)直觀地反映到軟件上。
3 特征參量設(shè)計(jì)分析
分析、預(yù)篩選：經(jīng)過(guò)對(duì)多種參量進(jìn)行多次測(cè)試，本系統(tǒng)篩選出了電壓、電流、功率3 個(gè)具有代表性且穩(wěn)定易測(cè)的特征參量，但是僅通過(guò)三個(gè)獨(dú)立特征量不足以表達(dá)用電器的類(lèi)型，不同環(huán)境下電壓和電流值都是不同的，因此我們把三種特征參量結(jié)合在一起，計(jì)算用電器的阻抗，進(jìn)而確定是哪種用電器。
電容器的容抗是：Xc=- j1/(ωC) ；
電感的感抗是：Xl=jωL；
總的電抗是：X=jωL- j1/(ωC) ；
總阻抗是：Z=r+jX=R+jωL- j/(ωC)。
實(shí)驗(yàn)：每種用電器的阻抗值都是一定的，它不隨電壓電流改變而改變，因此阻抗是特征參量最合適的選擇。把各用電器分別接入電路，求得其電流、電壓值，然后計(jì)算其電阻，求取兩兩、三三……并聯(lián)后共128 個(gè)所得電阻計(jì)入單片機(jī)。這樣單片機(jī)可以根據(jù)接入電路的總電阻值來(lái)區(qū)分用電器的工作狀態(tài)。然后與用電器的理論值作對(duì)比，來(lái)驗(yàn)證分析的正確性。
4 功能實(shí)現(xiàn)
通電負(fù)載的火線纏繞在PZEM- 004T 交流多功能通訊模塊的線圈上，用以檢測(cè)用電器的各種參數(shù)，并由串口通訊的方式把信息傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)按鍵可以實(shí)現(xiàn)兩種功能的轉(zhuǎn)換：學(xué)習(xí)功能對(duì)于傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)儲(chǔ)存。檢測(cè)功能對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，查找出儲(chǔ)存在單片機(jī)中的與傳來(lái)數(shù)據(jù)匹配的用電器參數(shù)，并把這種參數(shù)和用電器的名稱(chēng)表現(xiàn)在液晶顯示屏上。裝置流程框圖如圖1 所示。

圖1 裝置流程框圖
5 結(jié)語(yǔ)
本文研究了一種檢測(cè)單相用電器的檢測(cè)裝置，此裝置最大的亮點(diǎn)在于具有學(xué)習(xí)功能，對(duì)于新型用電器只需要進(jìn)行一次簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)，下一次使用用電器的時(shí)候就可以分析出此用電器的電參數(shù)。并且此裝置還具有藍(lán)牙通訊功能，可與手機(jī)連接把數(shù)據(jù)直接發(fā)送到手機(jī)上。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，此裝置具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性和可靠性。