大功率电器智能识别与用电安全控制器的设计

李世豪 何建强 王边弛

摘 要：針对学生宿舍电源管理和用电安全问题，文章设计了一种可以自主识别大功率电器设备的控制器，该控制器通过电流互感器将信号送给Lvp358比较器，产生数字信号给单片机做判断，自动识别用电器功率，限制大功率电器使用，是一种智能用电安全控制器。该控制器可以有效禁止宿舍内大功率电器的使用，消除因电器问题导致的用电安全隐患。

关键词：智能控制器；用电安全；功率识别

随着电子技术、通信技术和计算机网络技术的迅速发展，智能配电控制系统应运而生。目前，我国已建立了学生公寓集中供电管理系统、一系列负荷识别模块等产品[1]。然而该类产品性价比低，未广泛使用。因此，需要设计一种允许小功率电器正常使用的智能识别用电器功率的控制器，本文设计了能够智能识别出大功率的并限制其断电以此来保证用电安全的控制器[2]。该控制器主要依靠单片机作为处理器来进行数据控制与处理。利用抗干扰滤波技术，避免各种电路的干扰，可精确确定出相关电路负载的功率特性，从而智能辨认出用电器功率大小，限制大功率电器的使用[3]。该控制器不但可以降低用电安全风险，而且不会影响常用电器的正常使用，对学生公寓安全用电有一定的借鉴作用。

1 系统构成

系统主要由A/D转换、保护、输出控制、信息检测和主控器等五大模块构成，如图1所示。A/D转换的模块主要负责主电路电流采样功能；保护模块负责保护电路的功能即短路保护功能；输出控制模块负责断开电路中负载；信息检测模块负责对负载电路的电流进行采集；主控器模块负责输出控制和数据的处理。

2 硬件设计

2.1 主控制器与A/D模块的设计

主控器选用AT89C2051，它是一款低电压、高性能的CMOS 8位微控制器，由一个128位随机存取数据存储器和2 kbit重复的只读程序存储器组成[4]。

A/D转换器采用10位串行的TLC1534 ，它是一款高性能、低成本、价格比高的A/D转换器[5]。AT89C2051与TLC1543连接电路如图2所示。

2.2 采样模块设计

数据检测模块包括电流互感器、电压形成放大电路、整流滤波电路、信号调理电路和限幅保护电路。该控制器运用简单的电流互感器采样方法，经过信号采集、整流滤波、信号调理后，再经过简单的限流保护电路，将线性电压信号直接传送至A/D转换器[6]。其限制保护电路功能主要在于保护A/D芯片。

3 软件设计

软件主要完成继电器的驱动和大功率电器的智能识别。通过对当前时序进行采样，并通过I/O端口将TLC1543的A/D转换结果输入微控制器的内部存储单元中，并检测到功率的突变达到设定值来实现智能识别功能[7]，判断、控制继电器动作。在15 s延迟后，进行重合闸，并判断是否需要手动复位重合闸。主程序流程如图3所示。

4 系统测试

根据电路图，将东西焊接好，实物如图4所示。

设置器设有两个指示灯，黄灯亮是系统电源指示，蓝灯亮则是跳闸指示。自动重合闸时蓝灯闪烁，跳闸次数超过设定次数时将不再自动重合闸，蓝灯常亮等待手动复位合闸。测试结果如表1所示。

5 结语

设置一种大功率电器智能识别和用电安全控制系统刻不容缓。此系统能够实现学生公寓的自动识别、短路、过电流保护等问题。借助该系统，公寓的电力管理可以实现智能化和自动化，提高了公寓的管理水平。大功率电器智能识别和电力安全控制器能够自动检测线路负载，能够对受控电路中的安全、最大和负载限制这3种情况作出相应的响应和反应，可在多次警告无用的情况下自动切断总电源供应，避免了经常更换线路保险丝的麻烦，也从根本上杜绝了线路过载引起的火灾[8]。大功率电器的智能识别和电气安全控制器的优势在于其低成本，易于形成产品及网络系统，从而实现学生公寓用电的智能化控制。

[参考文献]

[1]周维龙，欧阳洪波，胡姣.大功率电器智能识别系统设计[J].湖南工业大学学报，2014（1）：44-48.

[2]王帅，刘荔鑫.大功率电器智能识别与用电安全控制器[J].电气时代，2005（4）：130-131，134.

[3]孙琳.公寓用电智能管理控制系统[J].辽宁师专学报（自然科学版），2004（1）：87-89.

[4]吕进华，傅玉朋，李明浩.基于RS-485的公寓用电集中管理[J].大连民族学院学报，2004（5）：94.

[5]HARLESSSAID.Electrical safety standards in focus[J].China Standardization，2006（4）：1.

[6]刘荔鑫，王帅，王迎旭，等.公寓电器功率智能识别与用电安全控制器设计[J].湖南工程学院学报（自然科学版），2005（2）：30-32.

[7]吴景逖.单片机与数/模（D/A）转换器的接口[J].电子世界，2001（5）：35-36.

[8]CHENG X J，XU J Q，HANG Y，et al.High-power diode-end-pumped Tm：YAP and Tm：YLF slab lasers[J].Chinese Optics Letters，2011（9）：55-57.