住宅公用路灯用电量分配装置.ppt

可编辑可编辑可编辑可编辑住宅公用路灯用电量分配装置住宅公用路灯用电量分配装置住宅公用路灯用电量分配住宅公用路灯用电量分配 装置工作原理与用途装置工作原理与用途系统电路原理图设计系统电路原理图设计可靠性设计可靠性设计软件结构软件结构可编辑可编辑可编辑可编辑住宅公用路灯用电量分配装置的用途住宅公用路灯用电量分配装置的用途用电量的分配原理用电量的分配原理系统总体方案的确定系统总体方案的确定住宅公用路灯用电量分配装置工住宅公用路灯用电量分配装置工作原理与用途作原理与用途可编辑可编辑可编辑可编辑 随随着着人人民民生生活活水水平平的的提提高高和和住住房房制制度度改改革革的的深深入入，越越来来越多的居民买了商品房，住进了商品住宅楼。越多的居民买了商品房，住进了商品住宅楼。问题的出现：问题的出现：原原来来单单位位住住宅宅楼楼是是由由单单位位安安装装路路灯灯并并由由单单位位负负责责缴缴费费的的，楼楼内内居居住住的的单单位位职职工工不不用用担担心心没没路路灯灯和和收收缴缴费费用用的问题；的问题；商商品品楼楼内内的的住住户户来来自自不不同同的的单单位位，要要不不要要安安装装路路灯灯？装了路灯后费用如何收取？装了路灯后费用如何收取？住宅公用路灯用电量分配装置的用途住宅公用路灯用电量分配装置的用途可编辑可编辑可编辑可编辑 路灯问题：路灯问题：不安装路灯不便利。不安装路灯不便利。安装路灯后费用收缴不方便。很多城市已普及了安装路灯后费用收缴不方便。很多城市已普及了1 户户1 表，小区的路灯用电从哪里来？表，小区的路灯用电从哪里来？目前往往采用以下目前往往采用以下2 个办法解决：个办法解决：为每个楼道路灯接一电表。此法需要根据电表度数人为每个楼道路灯接一电表。此法需要根据电表度数人工分摊后，有人上门挨户定期收费，十分不方便。工分摊后，有人上门挨户定期收费，十分不方便。楼道路灯接人楼道内某住户电表，大概估算后由各住楼道路灯接人楼道内某住户电表，大概估算后由各住户协商出资。此法容易引起纠纷。户协商出资。此法容易引起纠纷。住宅公用路灯用电量分配装置正是为了彻底解决楼道路灯的住宅公用路灯用电量分配装置正是为了彻底解决楼道路灯的费用分摊问题而设计的。采用该装置后，楼道路灯的电费能费用分摊问题而设计的。采用该装置后，楼道路灯的电费能自动分摊到住户各自的电表内，解决了住户的后顾之忧，给自动分摊到住户各自的电表内，解决了住户的后顾之忧，给生活带来了便利。生活带来了便利。可编辑可编辑可编辑可编辑下面讨论电费的分摊（分配）原理下面讨论电费的分摊（分配）原理：电费是按照用电度数电费是按照用电度数每度单位电费计算的，因此，每度单位电费计算的，因此，在某种意义上说，电费即用电量（度数），而用电量即在某种意义上说，电费即用电量（度数），而用电量即电能一功率电能一功率小时数（即时间），所以在电器功率一定的小时数（即时间），所以在电器功率一定的前提下，电费的分配就是时间的分配问题。也就是说，前提下，电费的分配就是时间的分配问题。也就是说，每户承担一定时间的路灯供电任务。每户承担一定时间的路灯供电任务。住宅公用路灯用电量分配装置的电费分配就是用电住宅公用路灯用电量分配装置的电费分配就是用电量的分配。量的分配。用电量的分配原理用电量的分配原理可编辑可编辑可编辑可编辑用电量分配装置图用电量分配装置图 只要分时依次控制开关只要分时依次控制开关Sl、S2 Sn 接通，即可实现所有接通，即可实现所有路灯用电量的分摊。这里关键是各开关的控制问题，要求路灯用电量的分摊。这里关键是各开关的控制问题，要求每次上个开关断开后，下个开关接通，并且在任何时刻只每次上个开关断开后，下个开关接通，并且在任何时刻只允许有一个开关处于接通状态。允许有一个开关处于接通状态。可编辑可编辑可编辑可编辑用用W 表示，路灯功率用表示，路灯功率用P表示表示(kW)，点灯总，点灯总时假设电费用时假设电费用F 表示，电价用表示，电价用J 表示，用电度表示，用电度数间用数间用t 表示表示(h)，则各物理量之间的关系为：，则各物理量之间的关系为：F=WJ，W=Pt 如有如有n 住户分摊电费，则每户所承担电费为：住户分摊电费，则每户所承担电费为：Fi=F/n=WJ/n=PtJ/n=P(t/n)J 可编辑可编辑可编辑可编辑系统总体方案的确定系统总体方案的确定 考虑因素：考虑因素：1 成本因素：成本因素：普通电表或各种电子计量电表的价格相对较低，每个楼道普通电表或各种电子计量电表的价格相对较低，每个楼道必须安装一个此分配装置，因此，必须考虑住户的心理接受倾向，生必须安装一个此分配装置，因此，必须考虑住户的心理接受倾向，生产成本不能太高，最好与普通电表接近。产成本不能太高，最好与普通电表接近。2 功能因素：本分配装置的主要功能是楼道路灯用电量的自动分摊；但功能因素：本分配装置的主要功能是楼道路灯用电量的自动分摊；但同时也必须考虑其他一些附加功能，例如，为了节约用电，必须具有同时也必须考虑其他一些附加功能，例如，为了节约用电，必须具有根据环境照度控制路灯使用的功能。根据环境照度控制路灯使用的功能。3性能因素：性能因素：可靠性。必须能可靠实现用电量的分配，同时必须确保不会因为外界可靠性。必须能可靠实现用电量的分配，同时必须确保不会因为外界干扰引起误动作等。干扰引起误动作等。安全性。主要是指装置本身的安全运行和路灯使用者的安全安全性。主要是指装置本身的安全运行和路灯使用者的安全2 方面。方面。低功耗。因为该装置接在公用电网中，作为一个电子装置本身一定要低功耗。因为该装置接在公用电网中，作为一个电子装置本身一定要耗能；但功耗过高，则电力部门每年承担的电力损失就会非常大，也耗能；但功耗过高，则电力部门每年承担的电力损失就会非常大，也会影响产品应用。会影响产品应用。可编辑可编辑可编辑可编辑1 智能化设计智能化设计 显然，只有采用智能化设计才能满足功能要求。显然，只有采用智能化设计才能满足功能要求。为此，选择了为此，选择了ATMEL公司的公司的51 系列单片机系列单片机89c2051 作为控制核心，它的掉电运行模式能满足作为控制核心，它的掉电运行模式能满足低功耗要求。低功耗要求。2 低功耗设计低功耗设计 用电量分配装置只有在使用路灯时，才处于正常用电量分配装置只有在使用路灯时，才处于正常工作状态，此外绝大多数时间，处于待机状态；因工作状态，此外绝大多数时间，处于待机状态；因此，必须采用掉电睡眠待机、通过按键唤醒投人正此，必须采用掉电睡眠待机、通过按键唤醒投人正常工作的运行模式。常工作的运行模式。总体方案总体方案可编辑可编辑可编辑可编辑系统电路原理图设计系统电路原理图设计主系统设计及其分析主系统设计及其分析执行分配的继电器电路设计及其分析执行分配的继电器电路设计及其分析系统供电电源电路设计及其分析系统供电电源电路设计及其分析住宅公用路灯用电量分配装置的应用住宅公用路灯用电量分配装置的应用 实例实例可编辑可编辑可编辑可编辑主系统设计及其分析主系统设计及其分析系统设计要点的分析：系统设计要点的分析：（1）系统时钟为）系统时钟为1 MHz，目的是减少系统功耗；，目的是减少系统功耗；（2）环境照度检测电路采用单电源比较器）环境照度检测电路采用单电源比较器LM393 实现；实现；（3）路灯点亮按钮电路。当按下任何一个按钮时，均会通）路灯点亮按钮电路。当按下任何一个按钮时，均会通过光电耦合器过光电耦合器TLP521-2，使得单片机，使得单片机P32 引脚产生一个负引脚产生一个负跳变，从而触发外中断跳变，从而触发外中断INT0，唤醒单片机，控制继电器电路，唤醒单片机，控制继电器电路动作，点亮路灯。当然，路灯能否点亮首先取决于动作，点亮路灯。当然，路灯能否点亮首先取决于P30 的状的状态（即环境照度）。态（即环境照度）。（4）看门狗及复位电路由）看门狗及复位电路由MAX813L实现。实现。MAX813L本身本身具有上电复位、手动复位功能，同时利用内含的看门狗电路，具有上电复位、手动复位功能，同时利用内含的看门狗电路，保证系统能自动从死机状态恢复正常工作。保证系统能自动从死机状态恢复正常工作。P33 为喂狗信号为喂狗信号输出引脚。只要保证能及时喂狗，就能避免系统复位。输出引脚。只要保证能及时喂狗，就能避免系统复位。（5）继电器接口电路均采用光电隔离，以提高系统的抗干）继电器接口电路均采用光电隔离，以提高系统的抗干扰能力，实现强、弱电系统的隔离。扰能力，实现强、弱电系统的隔离。可编辑可编辑可编辑可编辑主系统电路原理图主系统电路原理图可编辑可编辑可编辑可编辑执行分配的继电器电路设计及其分析执行分配的继电器电路设计及其分析 本装置根据符合国内大多数住宅楼每个楼道本装置根据符合国内大多数住宅楼每个楼道12 户户（6 2）的要求而设计；因此，分别由）的要求而设计；因此，分别由12 路继电器担路继电器担当各住户分时供电的切换功能。继电器线圈分别由当各住户分时供电的切换功能。继电器线圈分别由USl-US12 驱动，继电器动合触点的一端接每个住户的用户驱动，继电器动合触点的一端接每个住户的用户侧相线侧相线Ll-L12，另一侧并接作为路灯的相线，另一侧并接作为路灯的相线LINE。可编辑可编辑可编辑可编辑执行分配的继电器电路图执行分配的继电器电路图 继电器电路动作设计的关键是继电器触点合、断的继电器电路动作设计的关键是继电器触点合、断的延时时间，必须考虑继电器的动作有一定时滞；否则，延时时间，必须考虑继电器的动作有一定时滞；否则，会出现上个继电器尚未彻底断开，下一个继电器已经会出现上个继电器尚未彻底断开，下一个继电器已经动合的现象，使得系统分配精度出现较大误差，甚至动合的现象，使得系统分配精度出现较大误差，甚至不能正常分配。不能正常分配。可编辑可编辑可编辑可编辑1.主系统电源电路主系统电源电路 主系统采用主系统采用+5V 电源。为了降低成本，采用电源。为了降低成本，采用“变压器变压器降压降压整流整流滤波滤波稳压稳压”的线性端稳压器。电的线性端稳压器。电源。这里选用了源。这里选用了78M053 端稳压电源。端稳压电源。2 继电器工作电源继电器工作电源 继电器工作电压为继电器工作电压为+12V,考虑到继电器对电压要求考虑到继电器对电压要求不是很高的特点，这里采用不是很高的特点，这里采用“变压器降压变压器降压整流整流”的的方式，没有稳压，同时也没有大容量电容滤波。方式，没有稳压，同时也没有大容量电容滤波。电源变压器功率为电源变压器功率为10W,必须选用空载功耗小的变压必须选用空载功耗小的变压器；否则，功耗大大增加，而且变压器自身发热严重，器；否则，功耗大大增加，而且变压器自身发热严重，根本无法适合长期运行。根本无法适合长期运行。系统供电电源电路设计及其分析系统供电电源电路设计及其分析可编辑可编辑可编辑可编辑示例示例 住宅公用路灯用电贵分配装置的住宅公用路灯用电贵分配装置的应用该装置的应用示例应用该装置的应用示例 可编辑可编辑可编辑可编辑可靠性问题可靠性问题看门狗电路看门狗电路长期运行须考虑的安全性问题长期运行须考虑的安全性问题可编辑可编辑可编辑可编辑l系不能保证长年累月的运行。系不能保证长年累月的运行。l系统死机后的自恢复问题；统能系统死机后的自恢复问题；统能装置的设计中，主要考虑以下因素：装置的设计中，主要考虑以下因素：可编辑可编辑可编辑可编辑看门狗电路看门狗电路 看门狗电路选用了看门狗电路选用了MAX813L，也可选用，也可选用IMP813L。主要功能：主要功能：复位；复位；电源电压监视；电源电压监视；看门狗定时器。看门狗定时器。可编辑可编辑可编辑可编辑l加电、掉电以及供电电压下降情况下的复位输出，复位加电、掉电以及供电电压下降情况下的复位输出，复位脉冲宽度典型值为脉冲宽度典型值为200 ms;l独立的看门狗输出，看门狗输入为独立的看门狗输出，看门狗输入为1.6s;l1.25V 门限值检测器，用于电源故障报警、电池低电压门限值检测器，用于电源故障报警、电池低电压检测或检测或5V以外的电源监控内未被触发，其输出将变为以外的电源监控内未被触发，其输出将变为高电平；高电平；l低电平有效的手动复位输入；低电平有效的手动复位输入；l8 引脚引脚DIP 封装。封装。特性如下：特性如下：可编辑可编辑可编辑可编辑 程序正常运行时，必须在小于程序正常运行时，必须在小于1.6s 的时间间隔内向的时间间隔内向WDI 输入端发送一个脉冲信号，以清除芯片内部的看门狗定时器；输入端发送一个脉冲信号，以清除芯片内部的看门狗定时器；若超过若超过1.6s 该输入端收不到脉冲信号，则内部定时器溢出，该输入端收不到脉冲信号，则内部定时器溢出，8号引脚由高电平变为低电平。号引脚由高电平变为低电平。为了实现上述看门狗信号要求，在关键的延时子程序模为了实现上述看门狗信号要求，在关键的延时子程序模块的适当地方加入了块的适当地方加入了“喂狗喂狗”指令，以免干扰程序正常运行。指令，以免干扰程序正常运行。实现指令为：实现指令为：CLR P3.3 NOP NOP SETB P3.3 可编辑可编辑可编辑可编辑长期运行须考虑的安全性问题长期运行须考虑的安全性问题 考虑装置本身的安全性问题和装置安全性引发的其他考虑装置本身的安全性问题和装置安全性引发的其他诸如人身安全性、住宅楼安全性等问题。这里的关键是要诸如人身安全性、住宅楼安全性等问题。这里的关键是要保证装置本身的安全性。保证装置本身的安全性。1 功耗和散热问题功耗和散热问题 装置的功耗和散热问题是连在一起的。只有降低功耗，装置的功耗和散热问题是连在一起的。只有降低功耗，才能减少装置的发热，也才能从根本上解决散热间题。才能减少装置的发热，也才能从根本上解决散热间题。关于功耗问题，只说明一点：关于功耗问题，只说明一点：3 端稳压器和变压器均紧端稳压器和变压器均紧贴在装置的金属外壳上，以金属外壳作为一个大散热体。贴在装置的金属外壳上，以金属外壳作为一个大散热体。由于此装置一般安装在配电箱内，而配电箱般又是金属外由于此装置一般安装在配电箱内，而配电箱般又是金属外壳，这样又可促进散热，从外界解决了散热问题。壳，这样又可促进散热，从外界解决了散热问题。2 装置故障引起的过流问题装置故障引起的过流问题 由于装置本身的元器件失效导致系统过流，引发电力火由于装置本身的元器件失效导致系统过流，引发电力火灾等，这个问题比较容易解决。只要在装置的电源进线的灾等，这个问题比较容易解决。只要在装置的电源进线的相线上串接快速熔断器，就足以保证避免此类现象的发生。相线上串接快速熔断器，就足以保证避免此类现象的发生。可编辑可编辑可编辑可编辑软件结构软件结构l软件设计的关键是继电器电路的切换。为了降低功耗，继软件设计的关键是继电器电路的切换。为了降低功耗，继电器组的切换是由外中断电器组的切换是由外中断INT0唤醒唤醒CPU 实现的，切换的前实现的，切换的前提条件是环境光的照度。提条件是环境光的照度。l本文设计的分配装置的路灯点亮时间是固定的；因此须采本文设计的分配装置的路灯点亮时间是固定的；因此须采用用89C51 单片机，提供更多口线，以与串行数字电位器接单片机，提供更多口线，以与串行数字电位器接口，通过数字电位器来调节设定时间。口，通过数字电位器来调节设定时间。l在延时在延时15ms子程序中加入子程序中加入“喂狗喂狗”程序（通过程序（通过P3.3 给给WDI 一个负脉冲）。此处安排一个负脉冲）。此处安排“喂狗喂狗最合适；否则会干扰正最合适；否则会干扰正常的点灯动作，甚至不能正常工作。延时子程序中的参数常的点灯动作，甚至不能正常工作。延时子程序中的参数要根据不同的时钟频率加以设定。要根据不同的时钟频率加以设定。可编辑可编辑可编辑可编辑主程序框图主程序框图可编辑可编辑可编辑可编辑INT0中断子程序中断子程序