3 智能插座

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，電表成為家庭用電的智能終端已是大勢所趨。插座作為用電設備控制的最基本單元，將會起到越來越重要的作用，因此本設計中的智能插座，嵌入了單片機，實現(xiàn)電能測量和數(shù)據(jù)通訊，智能控制等功能。

3.1 硬件設計

通過電壓采集，電流采集和溫度采集對用電設備的工作電壓、工作電流以及插座內(nèi)部環(huán)境溫度進行監(jiān)測，并在LCD上實時顯示，以便實時讀取信息。此外，設計中嵌入了Zigbee模塊，能與智能顯示終端實時通訊，將用電異常信息和控制執(zhí)行結(jié)果反饋給智能顯示終端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。

當發(fā)現(xiàn)過電壓，過電流，過功率或者內(nèi)部溫度過高等異常情況時，處理器將控制繼電器動作，斷開該路電源，并發(fā)送異常信息給智能終端。智能終端以短信的方式告知用戶。當收到智能顯示終端的預啟動和預關(guān)閉命令時，智能插座也將執(zhí)行相應動作，并將執(zhí)行結(jié)果反饋給智能顯示終端。

系統(tǒng)的整體框圖如圖3.1所示。

圖3.1 系統(tǒng)整體框圖

溫度測量使用DS1624，電壓電流采樣使用低成本的電阻網(wǎng)絡法，采集信息由液晶1602顯示，Zigbee無線通訊模塊在上一章已經(jīng)介紹，下面詳述電源供電方案設計。

對于智能插座，顯然外接穩(wěn)壓電源的方式，已經(jīng)不再適用。為減少連線以兼容傳統(tǒng)插座外觀，必須從火線和零線中取電，得到滿足單片機和各個子模塊的供電電壓。傳統(tǒng)的取電方法是通過變壓器隔離加穩(wěn)壓芯片，但考慮到變壓器的體積過大，影響智能插座的外觀和實用性，因此本設計擬選用一種簡單可靠的阻容降壓法，可以滿足系統(tǒng)需求。市電通過電容C1的阻抗分壓，然后D1和D2構(gòu)成半波整流電路，穩(wěn)壓二極管D3得到的浮動直流電壓，經(jīng)過LM317的線性穩(wěn)壓后能得到穩(wěn)定的5V輸出。硬件電路如圖3.2所示。

圖3.2 阻容電源設計原理圖

4 軟件總體流程

本系統(tǒng)智能顯示終端和智能插座中各嵌入了單片機，其中智能顯示終端中為主控單片機，智能插座中為從控單片機，因此，需要分別對二者進行軟件設計。

4.1主控單片機軟件設計

1 主程序設計。程序開始后，主控單片機首先需要對管理的各個模塊，以及IO口進行初始化配置，然后進入監(jiān)測狀態(tài)。單片機將不斷讀取從智能插座傳送過來的用電信息，并保存到自己的RAM中。RAM中會預留一段存儲空間來保存用電信息，當用電信息超過RAM空間時，數(shù)據(jù)將刷新一次，覆蓋原有數(shù)據(jù)空間。然后，單片機判斷是否有來自上方GSM的短信指令，若有，則執(zhí)行短信接收命令，進入串口中斷接收狀態(tài)。接著，單片機判斷觸摸屏是否有輸入，若有，執(zhí)行觸屏操作程序。最后單片機判斷是否有來自下方智能插座的反饋信息，若有，則將該信息編碼發(fā)送至GSM模塊，否則進入下一次循環(huán)。

2 串口中斷設計。串口中斷首先接收完整的短信指令，然后進行短信解析，從中提取用戶的短信信息。然后分析指令內(nèi)容，根據(jù)不同的指令執(zhí)行相應功能。

3 定時器中斷。定時器中斷配合串口進行數(shù)據(jù)接收，以防傳輸數(shù)據(jù)鎖死。當在指定時間段內(nèi)沒有接收到數(shù)據(jù)時，定時器中斷將結(jié)束本次接收任務。

主控單片機的流程圖如圖4.1所示。

圖4.1 主控單片機程序流程圖

4.2從控單片機軟件設計

1 主程序設計。從控單片機首先對其外圍模塊進行初始化配置，然后檢查是否有上方下發(fā)的指令信號。若有，則進入串口中斷處理，進行指令的與解析和相關(guān)操作。若無，則開始采集系統(tǒng)的溫度，電壓，電流等信息，并通過LCD進行顯示。同時將這些信息上傳給智能顯示終端。

2 中斷處理程序設計。中斷處理程序主要是接收下發(fā)的指令，并進行解析，通過判斷相應的指令內(nèi)容，執(zhí)行對應操作，并且將執(zhí)行的操作結(jié)果上傳給智能顯示終端。

主控單片機的流程圖如圖4.2所示。

圖4.2 從控單片機程序流程圖

四．項目創(chuàng)新點

1 允許本地，遠程操作。智能顯示終端雖然能滿足居家的各種功能需求，但用戶肯定希望出差是也能隨時遙控家中電器。為了彌補家庭顯示終端的這一不足之處，我們設計了手機短信的方式，通過短信GSM方式控制用電器，解決了這一問題。

2 實現(xiàn)單個用電器的用電分析。傳統(tǒng)的電表只能讀出用戶每月的總用電量。而用戶對自己究竟如何消費這筆電費根本沒有清晰的認識。本設計中通過智能插座對每個用電的用電情況進行采集，然后用智能顯示終端進行顯示，用戶可以清楚的了解到自家的用電結(jié)構(gòu)，從而對以后的用電進行和合理規(guī)劃。

3 圖形化的查詢結(jié)果。智能顯示終端能提供各種報表類型的顯示結(jié)果。用戶無需從眼花繚亂的數(shù)字中尋找各類數(shù)據(jù)，也無需對此分別進行統(tǒng)計。智能顯示終端能夠呈現(xiàn)精簡的畫面，

4 短信反饋。遠程控制時，智能插座所執(zhí)行的每個動作，都能以短信的方式反饋給手機，這樣用戶就能知道自己發(fā)送的命令是否成功執(zhí)行，不用擔心用電器是否已正常工作。

5 分布式布局，集中式處理。智能顯示終端通過無線通訊將各智能插座聯(lián)系起來。這樣既能對所有的用電設備進行統(tǒng)一的管理，又能對各個用電設備進行逐一分析。