Science&TechnologyVision科技视界基于单片机的用电量智能监测装置孙越李聪*芦茜周月渊吉林工程技术师范学院电气工程学院袁吉林长春130052冤揖摘要铱随着现代科学技术的不断更新延续袁电力系统在学生宿舍楼中的应用越来越广泛袁并且日趋复杂化遥这就对学生宿舍楼的电力交流参数的测试和管理水平提出了更高的要求遥该文介绍了以单片机STC12C5A60S2作为核心处理器袁完成对寝室用电量实时监测及限电功能袁本系统由液晶显示屏尧电流互感器尧电流信号的采集尧电压信号的采集尧报警电路尧继电器触点保护电路尧智能手机以及通信等蓝牙模块组成遥电路检测模块实现对交流电压和电流的不间断实时检测袁并用液晶显示屏LCD128尧智能手机对学生寝室用电器进行实时监测遥当使用大功率用电器时袁进行报警提示袁并通过通信总线传输到主监控单元袁从而实现智能监测及限电遥揖关键词铱STC12C5A60S2曰电量监测曰电流互感器中图分类号院TM45文献标识码院ADOI院10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.017文章编号院2095-2457渊2019冤22-0042-002园引言目前袁学生宿舍的安全用电普遍存在管理难尧用电工作时袁通过电压互感器和电流互感器检测出用电器的电压和电流袁把检测数据脉冲信号送到控制器遥控制器对脉冲信号进行算法处理袁计算得到用电器所消耗的用电量数据遥控制装置将用电量数据传送到人机界面装置并发送到智能手机袁使监控人员随时掌握寝室用电器的电量情况遥图1是可监测用电量的用电器控制系统原理框图遥量大尧安全隐患等严重问题遥学生在寝室用电时难免有违规之处袁仅靠宣传或学生的自觉性袁很难使用电事故发生率得到显著降低遥智能监测装置可以实时监测寝室用电量袁当学生使用大功率用电器时有效发挥自动报警及限电功能袁保护寝室用电线路袁减少火灾发生遥1设计目的设计并制作一个学生寝室用电量智能监测装置袁可以测量寝室内学生各自插座上的主要电气参数信息袁并达到超负荷时自动跳闸和恢复遥2控制系统原理控制系统分为三个单元:用电量监测单元袁控图1监测用电量的用电器控制系统原理框图制单元和智能限电单元遥具体主要由控制器袁人机界面装置袁无线蓝牙模块袁主电路控制装置和用电量监测单元组成遥寝室用电器接通电源后本装置通过无线蓝牙连接袁并与智能手机连接遥按照正常操作流程袁可以通过人机界面装置或智能手机发出控制指令袁控制器接收指令并发出信号给主电路控制装置遥当用电器开始33.1系统功能采用电压互感器和电流互感器分别感应寝室用电器的实时监测工作电压和电流袁转换为小电压和小电流信号遥在CPU的控制下袁通过A/D转换袁得到小电压和小电流的有效值袁得作者简介院孙越渊1997要冤袁男袁吉林工程技术师范学院电气工程学院电气工程及其自动化专业学生袁主要研究学习电工理论及机器人开发遥芦茜渊1998要冤袁女袁吉林工程技术师范学院电气工程学院电气工程及其自动化专业学生袁主要研究学习继电保护遥周月渊1996要冤袁女袁吉林工程技术师范学院电气工程学院自动化专业学生袁主要从事教育机器人方向研究遥*通讯作者院李聪渊19要冤袁女袁吉林工程技术师范学院电气工程及其自动化专业讲师袁主要从事电工理论与新技术方向研究遥淫基金项目院2019年国家级大学生创新训练项目渊201910204004冤遥42科技视界Science&TechnologyVisionScience&TechnologyVision科技视界到实时功率数据袁并通过LED128和智能手机显示遥3.2实限现电限功电能功能袁当用电器功率大于200W时自动断电袁且连续报警不少于5秒曰当用电器功率小于或等于200W大小是时通袁延过时电压10220V秒后袁和自电动恢复正流互感器常工作感应到状态的电遥功率的流作乘积得到的遥利用继电器进行判断袁当用电器功率大于200W功率小时于袁继或电器自等于200W动断时开袁整继个电装器置恢停复止正工常作工曰当作用状电态器袁装置开始工作遥程序流程图如图3所示遥图2限电模块流程图图3无线传输流程图猿.3本无设线计传需输要模利块用设无计线传输方式袁利用智能手机袁实现用电器功率上限在1000W以内任意设置袁同时将用电器电压尧电流的有效值和用电量袁同步实时显示在智能手机上袁并且当有非本人允许的用电器插入本插座时袁应实时在智能手机上报警遥该模块所需要的无线传输方式是通过蓝牙模块实现的袁以智能手机应用程序APP为客户端袁借助蓝牙无线通信技术袁用电量监测装置作为服务器端接收手机的控制信号袁从而实现无线传输功能遥程序流程图如图4所示遥3.4本蓝阶牙段串一口安APP卓手机应用程序为终端袁利用蓝牙技术袁将监测装置作为服务端袁接受信号用电器功率上限在1000W以内任意设置袁同时将用电器电压尧电流的有效值和用电量袁同步实时显示在智能手机上遥通过使用蓝牙串口APP与用电量监测装置的连接袁就可以在允许范围内监测到用电器的电压尧电流尧功率及消耗用电量情况遥在蓝牙串口APP中需要设置两个按键野+冶和野-冶袁用来实现对功率的自加和自减遥4硬件设计在插座零线串联一个电流互感器袁从而得到用电器的电流遥用稳压降压模块把12V电压转变成5V电压从而使单片机和显示屏能正常工作袁用继电器来保护电路袁实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种野自动开关冶遥在电路中起着自动调节尧安全保护尧转换电路等作用遥4.1本文采单片机用STC12C5A60S2单片机袁根据单片机本身的A/D奠定转基换功能础遥实现模数转换的目的袁为下一次传输过程4.2电电流流互互感感器器采用ZMCT1038/C型电流互感器袁其体积小袁精度高袁一致性好袁适用于电力测量和保护遥原边符号为P1尧P2袁副边符号为S1尧S2遥互感器的原边串接入主线路袁被测电流为I1,原边匝数为N1袁副边接内阻很小的电流表或功率表的电流线圈袁副边电流为I2袁副边匝数为N2遥在理想情况下袁即忽略线圈的电阻袁铁心损耗及漏磁通可得院I1N2=I2N2袁有I1/I2=N2/N1袁即线圈的匝数与电流成反比遥该电流互感器的变化比为1000:1遥原理图如图4所示遥图4电流互感器原理图4.3电源由变压部分电源尧滤波部分尧稳压部分组成遥为整个系统提供5V或者12V电压袁确保电路的正常稳定工作遥5结束语本系统设计对学生寝室用电量不但渊下转第109页冤Science&TechnologyVision科技视界43Science&TechnologyVision科技视界下载学习通app袁教师在学习通创建课程和对应的班级袁让学生加入到对应的班级中遥课前袁教师创建好教学内容尧编辑课程任务尧上传教学资料渊包括课件尧教学视频尧各类教学文档和项目等资料冤曰课中袁教师可以利用app对学生进行快速签到尧发布主题讨论尧任务分组袁教师可以根据讨论结果和任务完成情况实时给学生打分袁还可以通过手机摇一摇进行选人回答问题等袁通过一系列的教学活动活跃课堂气氛袁激发学生学习的积极性和学习兴趣曰课后袁教师可以发布调查问卷袁根据调查问卷和课堂反馈袁调整教学内容和方法遥1.1基于项目驱动式的教学方法实践单片机是实践性非常强的课程袁尽管这门课程单独开设了实验课袁但实验内容大部分为验证实验袁袁实验板上的实验内容有限袁且学生一般在固定的实验课上进行实践遥因而学生实践机会少袁实验内容缺乏创新性袁教学效果一般不够理想遥然而袁这门课程更多的是需要学生动手实践和进行项目开发袁因此袁在这门课程中引入项目驱动教学法遥具体实现方教师在教学上袁以项目开发方式引领教学遥教师设计或者选择项目并发布到野学习通冶袁以项目串联课本中的知识点袁将项目中的理论知识分解到每个章节的任务中袁打破理论与实践教学的分离遥学生的课后利用protues软件进行仿真袁课后作业为完成某个设计袁具体操作如下院渊1冤教师对学生进行分组袁在每组中搭配成绩优异和学习落后的学生袁优异的学生带领和指导落后的学生一起学习和完成任务袁6-8人每组遥渊2冤让每组学生自己选题袁围绕单片机实现设计袁教师审核学生选题袁教师不指定题目主要是不学生的和创新性遥渊3冤项目组组长管理项目设计和开发的进展袁每个人在项目中完成不同的功能和模块袁学生可以借助protues软件进行仿真和实验袁或者直接制作实物袁并且在学习通app上传题目信息和每周进展遥渊4冤每组制作ppt讲解所设计的作品袁根据作品完成情况尧难易程度袁讲解效果和设计报告评价综合设计成绩遥1.2多元化的考核方式采用多元化考核方式来评价学生袁学习通的综合成绩占到期末考核成绩的15%曰平时理论作业占10%曰实践和设计成绩占25%袁这么部分成绩主要根据学生设计作品的难易程度尧ppt制作和讲解情况尧设计报告和小组内同学之间互评结果来打分曰期末笔试成绩占50%遥这种多元化的考核方式使学生摈弃为了考试而死记硬背理论知识的想法袁激发了学生的动手和创新能力遥2主要成效渊1冤教师队伍得到锻炼袁教师与时俱进遥实施本课程教学改革两年来袁教师专业水平得到很大的提高袁指导学生参加大学生挑战杯尧互联网+创新创业大赛尧电子设计大赛获得了优异的成绩袁促进了教师不断探索新知识和提升教学水平遥渊2冤理论实践相统一袁提高学生的实践和创新能力遥以项目为驱动袁引领学生教尧学尧做袁学生在学习过程中找到成就感袁激发学习兴趣遥从工程实际需求出发袁培养学生解决问题和创新能力袁使学生能够较快地融入企业袁参与实际的设计工作遥渊3冤提升了教学质量袁提高了学生学习积极性遥采用学习通和项目驱动教学法后袁课堂氛围变得更活跃袁改善了学生上课打瞌睡现象袁学生在完成设计的同时遇到问题也能够主动和同学讨论或者向老师请教袁落后的学生怕拖小组后退也表现地更积极向上袁优异的学生在指导落后学生的同时也找到了成就感袁班级学习氛围明显改善遥让学生自己展示设计作品提高了同学们的即兴演讲能力尧语言表达能力尧逻辑思维能力遥3结语以工程专业认证为指导对单片机进行的教学改革袁提高学生的就业水平尧综合能力和创新能力遥将移动教学平台引入到课堂中袁调动了课堂气氛袁间接提高了教学质量遥以项目驱动的教学方法袁不仅给学生拓展思维提供了方法袁还提高了单片机课程教学的实用性和趣味性袁增强了学生的实践能力和创新能力袁使学生熟练掌握课理论知识的同时能与实际应用相结合袁提高其工程应用能力及就业竞争力遥这种多元化的教学方法和手段同样对其他的课程也有推广意义遥揖参考文献铱咱1暂许辉,周佳社.基于OBE模式的PIC单片机实验教学的探讨[J].高校实验室工作研究,2018,02:25-28.咱2暂张典,庄克玉,张奇志.工程教育专业认证背景下野单片机原理及应用冶课程实验教学改革研究[J].科技视界,2018,41-43.咱3暂叶茜.基于工程教育认证的单片机课程教学分析[J].无线互联科技,2018:88-90.咱4暂曹峰,宋小红.基于超星学习通的线上线下混合式教学实践要要要以叶机械零部件测绘曳课程为例[J].办公自动化,2018,23(4):37-38.咱员暂何立民.MCS51单片机应用系统设计[M].北京航空航天大学出版社袁2009援出版社袁2003援咱圆暂胡伟.单片机C语言程序设计及应用实例[M].人民邮电咱猿暂郏东耀袁杨雷袁丁天怀.数字滤波抗干扰技术在A/D转换中的应用[J].半导体技术袁2003袁(8)院52-54援京机械工业出版社袁2016援咱源暂唐耀武袁罗忠宝袁张立新.单片机控制技术及应用[M].北咱缘暂黄伟主编.电能计量技术[M].北京:中国电力出版社袁2012.渊上接第43页冤可以通过智能手机实时监测袁还可以对寝室使用大功率用电器做到自动断电尧报警尧自动恢复及限电功能袁为学生寝室安全提供了一定保障袁并且在电力节能管理等方面发挥明显的作用遥该智能装置系统具有较高的性价比袁安全可靠袁使用方便简单袁有效杜绝了校园寝室重大安全隐患袁值得研究和推广遥揖参考文献铱Science&TechnologyVision科技视界109
