(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 206906508 U(45)授权公告日 2018.01.19
(21)申请号 201720807291.4(22)申请日 2017.07.05
(73)专利权人 公安海警学院
地址 315801 浙江省宁波市北仑区小港红
联振兴西路205号院(72)发明人 胡云琴 盛碧琦 梁春美 (74)专利代理机构 北京国昊天诚知识产权代理
有限公司 11315
代理人 许志勇(51)Int.Cl.
G01R 31/00(2006.01)H02H 3/00(2006.01)
权利要求书1页 说明书5页 附图5页
CN 206906508 U(54)实用新型名称
基于单片机恶性负载智能识别控制器(57)摘要
本实用新型公开了一种基于单片机恶性负载智能识别控制器，包括：实时监控部分和超负荷自动跳闸部分；实时监控部分包括主控机、从控机以及调制解调芯片；所述主控机和所述从控机均通过调制解调芯片于电力线连接，所述主控机还连接有指令输入模块和状态显示模块；所述从控机还连接有限电器和状态监测模块；超负荷自动跳闸部分包括：单片机、A/D转换采集模块以及负载控制电路；所述A/D转换模块和触发模块均与所述单片机连接。本实用新型能自动识别仪器性负载与电阻性负载，从而有效防止电炉子、热得快、电褥子、热宝等违章电器的使用，而电脑、各类充电器、电视等正常生活使用电器可任意使用，解决了以往的限电技术无法区分负载性质的难题。
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权 利 要 求 书
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1.一种基于单片机恶性负载智能识别控制器，其特征在于，包括：实时监控部分和超负荷自动跳闸部分；
所述实时监控部分包括主控机、从控机以及调制解调芯片；所述主控机和所述从控机均通过调制解调芯片于电力线连接，所述主控机还连接有指令输入模块和状态显示模块；所述从控机还连接有限电器和状态监测模块；
所述超负荷自动跳闸部分包括：单片机、A/D转换采集模块以及负载控制电路；所述A/D转换模块和触发模块均与所述单片机连接。
2.如权利要求1所述的基于单片机恶性负载智能识别控制器，其特征在于，所述调制解调芯片包括发送部分和接收部分。
3.如权利要求1所述的基于单片机恶性负载智能识别控制器，其特征在于，所述A/D转换采集模块包括比较器。
4.如权利要求1所述的基于单片机恶性负载智能识别控制器，其特征在于，所述超负荷自动跳闸部分还包括负荷显示模块，所述负荷显示模块采用两位数码管，单片机对其进行扫描动态显示。
5.如权利要求1所述的基于单片机恶性负载智能识别控制器，其特征在于，所述负载控制电路包括触发模块，所述触发模块为MOC3041触发模块。
6.如权利要求1所述的基于单片机恶性负载智能识别控制器，其特征在于，还包括电源电路、复位电路、时钟电路、负荷显示电路以及接口电路；所述电源电路、复位电路、时钟电路、负荷显示电路以及接口电路均与所述单片机连接。
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说 明 书
基于单片机恶性负载智能识别控制器
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技术领域
[0001]本实用新型涉及电力技术领域，具体地说，特别涉及一种基于单片机恶性负载智能识别控制器。
背景技术
[0002]学生宿舍允许使用的电器大都是电视机、计算机、充电器等非线性负载，对于这类电器来说，虽然输入的交流电压是正弦波形，但其输入的电流波形却严重畸变，呈脉冲状。而实际上学生宿舍内使用的电器既有非线性负载，又有线性负载，这使得电路输入的电流呈混合波形。所以说学生宿舍发生火灾或用电事故，大多数情况是因为在接入这些非线性负载同时接入了大功率的线性负载，即大功率发热器件，这些大功率的线性负载就被我们称为恶性负载。
[0003]随着我国居民生活水平的不断提高，形形色色的用电设备陆续被应用到学生宿舍中去，与此同时，热得快、电热毯等被我们称为恶性负载的大功率发热电器也随之进入其中，直接导致学生宿舍用电线路负载过重而使火灾隐患增加。传统的对宿舍进行限制功率，定时断、送电的控制方式显然已经无法满足现代宿舍的管理需求。实用新型内容
[0004]为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种基于单片机恶性负载智能识别控制器。所述技术方案如下：[0005]一方面，提供了一种基于单片机恶性负载智能识别控制器，包括：实时监控部分和超负荷自动跳闸部分；
[0006]所述实时监控部分包括主控机、从控机以及调制解调芯片；所述主控机和所述从控机均通过调制解调芯片于电力线连接，所述主控机还连接有指令输入模块和状态显示模块；所述从控机还连接有限电器和状态监测模块；[0007]所述超负荷自动跳闸部分包括：单片机、A/D转换采集模块以及负载控制电路；[0008]所述A/D转换模块和触发模块均与所述单片机连接。[0009]可选地，所述调制解调芯片包括发送部分和接收部分。[0010]可选地，所述A/D转换采集模块包括比较器。[0011]可选地，所述超负荷自动跳闸部分还包括负荷显示模块，所述负荷显示模块采用两位数码管，单片机对其进行扫描动态显示。[0012]可选地，所述负载控制电路包括触发模块，所述触发模块为MOC3041触发模块。[0013]可选地，还包括电源电路、复位电路、时钟电路、负荷显示电路以及接口电路；所述电源电路、复位电路、时钟电路、负荷显示电路以及接口电路均与所述单片机连接。[0014]本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
[0015]本实用新型提供的一种基于单片机恶性负载智能识别控制器，能自动识别仪器性负载(如充电器、计算机、电视等)与电阻性负载(如热得快、电炉等)，从而有效防止电炉子、
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热得快、电褥子、热宝等违章电器的使用，而电脑、各类充电器、电视等正常生活使用电器可任意使用，解决了以往的限电技术无法区分负载性质的难题。[0016]在节约用电、安全用电、保护线路安全、杜绝因使用大功率违章电器而造成火灾隐患等方面起到积极有效的作用。同时对过流、漏电、短路等事件具有准确快速的识别功能，除了能及时启动电路保护之外，本控制器还能提供提醒业务，分别用不同的灯来表明现在用电的额度，能让用户在断电前及时关闭电脑等用电设备，避免造成不必要的损失。附图说明
[0017]为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本实用新型实施例的一种基于单片机恶性负载智能识别控制器示意图；[0019]图2是本实用新型实施例的实时监控部分的示意图；
[0020]图3是本实用新型实施例的超负荷自动跳闸部分的示意图；
[0021]图4是本实用新型实施例的调制解调芯片与主控机和从控机的接口示意图；[0022]图5是本实用新型实施例的信息处理模块的示意图；[0023]图6是本实用新型实施例的宿舍处理模块的示意图；[0024]图7是本实用新型实施例的A/D转换原理图；
[0025]图8是本实用新型实施例的触发模块MOC3041原理图。
具体实施方式
[0026]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
[0027]本实用新型提供了一种基于单片机恶性负载智能识别控制器，参见图1，，包括：实时监控部分10和超负荷自动跳闸部分20；[0028]所述实时监控部分10包括主控机、从控机以及调制解调芯片；所述主控机和所述从控机均通过调制解调芯片于电力线连接，所述主控机还连接有指令输入模块和状态显示模块；所述从控机还连接有限电器和状态监测模块；[0029]具体地，本实施例中，参见图2，所述调制解调芯片为LM1893调制解调芯片；实时监控部分10的原理为：微机(上位机)由PC机构成，用C语言编写的程序通过串口与通信处理模块中的单片机通信，监督管理寝室工作情况。通信处理模块由主控机(W77E58单片机)构成。一方面与主控机交换信息，另一方面利用电力载波的调制解调芯片通过电力线和宿舍处理模块通信。宿舍处理模块由从控机(AT89C2051单片机)构成，利用调制解调芯片通过电力线获取主控机(W77E58单片机)的指令，一方面控制开关动作；另一方面将工作状态通过电力线发送给从控机。该系统依靠计算机根据学生作息时间表实现定时控制；也可根据特殊情况进行人工控制，按下控制指令键实现开通或断开线路。例如：当学生早上六点起床，需将寝室照明灯打开，则按下指令键，计算机发出开灯信号。当各个从控机接收到信号时，一方面发回应答信号；另一方面控制限电器，启动控制开关，接通线路。通过状态检测电路，从控
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机向主控机返送控制开关状态，由状态显示器进行对应显示。实现了实时控制报警，并可显示具体位置，提醒值班人员及时处理。控制指令有一个总指令，可统一控制寝舍用电；还有分指令，分别控制各个寝舍用电。并利用虚拟指示灯亮表示控制开关接通；指示灯暗表示控制开关断开；指示灯闪烁表示通信有问题。[0030]参见图3，所述超负荷自动跳闸部分20包括：单片机100、A/D转换采集模块200以及负载控制电路300；
[0031]所述A/D转换模块200和触发模块300均与所述单片机100连接；可选地，还包括电源电路400、复位电路500、时钟电路600、负荷显示电路700以及接口电路800；所述电源电路400、复位电路500、时钟电路600、负荷显示电路700以及接口电路800均与所述单片机100连接。
[0032]具体地，超负荷自动跳闸部分20的原理为：RC组成A/D转换器对负荷信号进行数据采集，将采集到的数据进行一系列运算、处理和判断，从而对用户是否使用了违章电器进行监控。如果单片机没有检测到符合违章电器特征的负荷且总负荷小于规定的负荷，说明该用户用电是安全的，晶闸管正常导通，绿灯一直亮，数码管显示当前的负荷大小；反之，单片机将输出关断信号，将晶闸管关断，同时数码管显示HH，红灯点亮，蜂鸣器报警，10秒后，单片机自动检测负荷情况，若违章电器仍然存在，单片机继续关断可控硅；若违章电器被撤去了，则单片机发出导通信号，控制晶闸管恢复供电，数码管恢复显示当前负荷大小。[0033]进一步的，所述单片机为AT89C2051单片机，AT89C2051单片机是一带有2KBFlash可编程、可擦写只读存储器的低压、高性能8位CMOS微型计算机。它为许多嵌入式控制应用提供了灵活和成本低的解决方法。能提供以下功能：2KBFlash存储器；128字节RAM；15条I/O引线；2个16位定时器/计数器；1个5向量2级中断结构；1个全双工串行口；1个精密模拟比较器以及片内振荡器和时钟电路。[0034]可选地，所述调制解调芯片包括发送部分和接收部分。[0035]具体地，所述调制解调芯片为LM1893调制解调芯片，能够实现可靠的串行数据的半双工电力线通信，具有发送和接收数据两种工作模式。LM1893内部电路可分为发送和接收两大部分，电路的工作模式由5脚控制(5脚为高电平时发送、低电平时接收)。发送时，由17脚输入的数据，经调制器调制后产生一组控制电流，控制内部IOC(电流控制振荡器)的频率，IOC输出的调制三角波经过滤波、功率放大后从第10脚输出。接收时，电力线上的信号通过第10脚进入到芯片内，经过限幅滤波、PLL(锁相环路)解调出数据信号。信号经低通滤波器、直流消除电路和噪声滤波电路的信号处理后，通过12脚输出信号。[0036]主控机与LM1893连接，如图4所示。单片机TXD和LM1893数据输入端D IN相连，RXD和LM1893输出端DOUT相连，P0.0控制收/发模式。从控单片机与LM1893的连接与主控机相同，只是用P1.0控制收/发模式。[0037]参见图5，信号处理模块由于要使用两个串口分别对上层和下层通信，因此主控制器使用W77E58单片机。
[0038]W77E58单片机内含2个增强型串口和32kB大容量Flash存储器。指令集与51系列单片机完全兼容，非常适合在智能化监控系统中使用。W77E58的连线非常方便，电路所需要的外部元件仅仅是1个晶振加2个电容驱动片内振荡器、1个连接到复位脚的电阻、电容。使用片内上电复位电路，XTAL1、XTAL2是参考振荡器端，晶振频率为11.0592MHz。其中串口0通过
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RS232总线接口与PC机相连，串口1则负责连接调制解调LM1893。W77E58自带有看门狗定时器，此定时器是一个独立于CPU自行运行的定时器，系统可通过编程将其设置为系统监控器、时基发生器或事件定时器。因为单片机的信号电平符合TTL/CMOS标准，PC机的串口典型的RS2232信号在正、负电平之间摆动，因此需要MAX202芯片实现电平的转换。[0039]参见图6，宿舍处理模块需要完成两个方面的工作:①通过I/O接口读取外部设备的状态信息；②通过调制解调器LM1893响应主控机发送的查询请求，回送当前状态信息。宿舍处理模块由:从控AT89C2051单片机、电流采集部分、电源通断部分、状态指示部分等组成。电流采集部分将电流信号转换为单片机能够处理的数字信号，由LTS252NP传感器和模/数转换ADC0832组成。
[0040]LTS252NP是电流互感器模块，这种变换器具有较好的频率响应，该传感器将宿舍的电流信号变为0～5V的电压信号，模块使用5V电源，电流量程为0～12A。ADC0832[4]是带有串行输入/输出8位逐次逼近式模/数转换器，其转换时间为80μs。它的两个模拟量输入通道是可编程的，可以由串行输入口D I的3位控制字指定通道。LTS252NP将电流信号以电压信号的形式提供ADC0832。选择ADC0832的CH1为单端输入工作方式，CH0为不工作。所以，由D I端输入的控制字为“111”，可将D I固定接高电平。当单片机的P1.2口将ADC0832的CS脚置低电平时，CLK的前3个脉冲上升，从D I端输入控制字“111”，接下来的8个脉冲完成转换过程，转换后的8位数据就从P1.0口读入到单片机中。[0041]可选地，所述A/D转换采集模块包括比较器。[0042]具体地，如图7所示：AT89C2051内含精密模拟比较器，P1.0，P1.1分别作为比较器的同相输入端和反向输入端，P3.6为比较器的输出端用软件进行访问。利用这个比较器可制作A/D转换器，原理如图6所示。在P1.4的输出端接有一个RC回路，RC回路的连接点直接与P1.0相连，即电容C的电压Vc输入到P1.0端，这个引脚也就是AT89C2051的内部比较器正输入端；而待转换的外部模拟信号U从P1.1输入，也就是从内部比较器的反向输入端输入。实现A/D的原理如下：电源上电时，P1.4输出低电平“0”，电容C的电压Vc＝0，被测信号U从P1.1输入。由于存在U>0，故AT89C2051内部的比较器两个输入端有P1.0＝0，P1.1>0，则比较器输出信号为“0”即P3.6＝“0”。要注意P3.6只在AT89C2051的内部，用软件才能访问到。接着，P1.4输出高电平“1”，则通过R对电容C充电，电容C的电压Vc随着充电而升高。当到达Vc＝U时，则比较器输出变为高电平“1”，即P3.6＝“1”。只要测出开始对电容C充电到比较器输出高电平“1”时的时间T，这个时间T就可以转换成外部被测电压U的电压值，从而完成电压的A/D转换。
[0043]可选地，所述超负荷自动跳闸部分还包括负荷显示模块，所述负荷显示模块采用两位数码管，单片机对其进行扫描动态显示。[0044]可选地，所述负载控制电路包括触发模块，所述触发模块为MOC3041触发模块。[0045]具体地，参见图8，触发模块为，触发模块MOC3041；触发模块MOC3041的设计结构，是专门用于触发单、双向可控硅的触发模块，是用于低压逻辑电路控制高压大功率器件的芯片，特别适用于单片机与强电功率接口的连接。内部通过光耦将强电和弱点分开，实现了不同电压等级之间的无缝链接，避免了强弱点之间的干扰，它内部设置了过零触发装置，避免了由于非过零触发造成波形歧变对电网的污染，同时减少了负荷对电网的冲击。本方案中选择了该模块触发双向可控硅，实现单片机对房间供电的控制。
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本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
[0047]本实用新型提供的一种基于单片机恶性负载智能识别控制器，能自动识别仪器性负载(如充电器、计算机、电视等)与电阻性负载(如热得快、电炉等)，从而有效防止电炉子、热得快、电褥子、热宝等违章电器的使用，而电脑、各类充电器、电视等正常生活使用电器可任意使用，解决了以往的限电技术无法区分负载性质的难题。[0048]在节约用电、安全用电、保护线路安全、杜绝因使用大功率违章电器而造成火灾隐患等方面起到积极有效的作用。同时对过流、漏电、短路等事件具有准确快速的识别功能，除了能及时启动电路保护之外，本控制器还能提供提醒业务，分别用不同的灯来表明现在用电的额度，能让用户在断电前及时关闭电脑等用电设备，避免造成不必要的损失。[0049]以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
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