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[摘 要] 近年来，由于学生在宿舍使用违章电器而引发的火灾事故越来越多，学生用电安全问题急需解决。根据学生公寓用电安全管理开发设计了用电智能管理系统，实现每个房间电量的采集、计算、显示、保存、查询等功能，采用Proteus软件进行仿真设计，用Keil软件编写程序。
[关 键 词] Proteus；智能管理系统；单片机
[中图分类号] G647 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）13-0097-01
隐患险于明火，防范胜于救灾。本设计根据学生在宿舍的安全防范问题，研究设计了一个比较完整的公寓用电智能管理系统。由AT89C52单片机、A/D转换芯片、24C02C芯片、LCD显示屏和继电器等元器件组成，可以实现三个房间的电量采集、显示、查询和自动复位等功能。
一、单片机的选型
单片机是单片微型计算机的简称，它是微型计算机发展的产物。随着大规模和超大规模集成电路的出现和发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、多种I/O口和定时器/计时器集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机（single chip microcomputer），直译为单片机，沿用至今。AT89C52单片机与AT89C51单片机相比，AT89C52的RAM空间和内部FLASH更大，而且中断源也多。因此，本设计采用AT89C52单片机作为此系统的控制核心。
二、硬件电路设计
系统整体方案设计：系统的电路组成，分别是采样电路、显示和查询电路、保存电路、自动复位电路和单片机控制电路。采样电路分别对三个房间的电量进行采集，A/D转换，为单片机提供数字电能采样信号。单片机控制电路是本设计的重点电路。
（一）采样电路
三个房间的用电器都使用滑动变阻器来代替，改变滑动变阻器的阻值，就代表使用不同的用电器。三个房间分别对应各自的A/D转换器，每个房间输出的电压都将经过A/D转换器转换为一个数字信号，在采样电路中使用ADC0832芯片，然后送到单片机内。
（二）显示和查询电路
显示部分采用LCD显示屏，“切换”键控制显示的是每个房间的电量、电流、电压和功率。“查询1”键、“查询2”键、“查询3”键分别控制显示三个房间的电量。“清空”键则将三个房间的电量都清零。
（三）保存电路
电量的采集、显示后需要把它保存起来，本次设计采用的是24C02C芯片，即是一种带电可擦可编程只读存储器芯片。它具有掉电后数据不丢失的功能。
（四）自动复位电路
电路采用时间继电器控制每个房间的自动断送电，控制条件为每个房间的功率。设置最大功率为4000W，当超过此值时，则控制的相应电路自动断电。超过4000W的即为恶性负载，当恶性负载消除，即将变阻器的功率调到4000W以下，则电路自动复位，接着之前的度数继续显示房间的用电量。
（五）单片机控制电路
单片机的P0口通过排阻分别与按键和继电器相连；P1口接LCD显示屏的D0～D7口；P2口接A/D转换器；P3口接24C02C的串行数据和串行时钟端口，以及显示屏的使能端、寄存器选择端和读写信号端。
1.晶振电路
XTAL1和XTAL2是晶体振荡电路反相放大器输入端和输出端，通常外接一个晶振和两个电容。选了33pf和30pf两个电容起微调作用。单片机的运行速度取决于晶振的频率，选择11.0592MHz（晶振的振荡频率范圍通常是1.2MHz-12MHz）。
2.复位电路
上电瞬间时，电容充电可视为短路，这样RST等效于接Vcc，电容充电时间由R、C的值决定，10 uF、1 K可满足单片机复位时间要求（2周期的高电平），即实现高电平复位。电容充电完毕后，RST等效与通过1K接地，为低电平，单片机完成复位动作，开始执行程序。
三、软件程序设计
主程序设计：在主程序中调用A/D转换子程序、按键子程序、显示子程序、保存子程序等程序来完成系统的采集、查询、显示和保存等功能。
（一）按键子程序设计
每个按键的功能都不相同，用户可以根据不同的按键来显示想要知道房间的信息。“按键1”控制显示每个房间电量、电流、电压、功率的显示。刚运行时，显示的是房间1的信息，然后依次循环显示房间2、房间3、房间1的信息。“按键2”“按键3”“按键4”只控制显示对应房间的用电量。“按键5”清空每个房间的用电量。“退出”则表示系统停止运行，LCD显示屏熄灭。
（二）A/D转换子程序设计
每个房间输出的电压都要经过A/D转换器转换为数字信号才能够输出。ADC0832是一种8位分辨率、双通道的A/D转换器，在工作时要进行通道选择。它具有双数据输出，可作为数据校验，减少误差。
（三）显示子程序设计
采用LCD1602显示屏显示各房间的用电量。LCD显示有两种模式，一种是切换模式，显示房间的电量、电流、电压和功率；一种是查询模式，只显示房间的用电量。
（四）保存子程序设计
学生在宿舍内使用功率过大的电器时，电路会自动断电，这就需要把每次计算得出的电量保存起来，以方便查询。用C语言将电量值送到24C02C芯片片中保存起来。
四、调试
可以根据主程序流程图，将模拟调好的程序送入存储器进行调试，检查程序的运行是否符合流程图的规定和活动状态的正确变化，驱动负载相应的变化。及时根据现实的需要修改程序，写入他们实际的设定值，对相应的硬件和软件做相对应的调整。假如存在一些不成功或者不满意的地方，通过反复检查编写的控制程序，一直调试扫描通电检查接线故障，直到一个满意的控制系统。
如今学生公寓等后勤设施不完善，管理水平有待提高，仍然是制约高等教育发展的一个关键因素。公寓用电智能管理系统主要针对这一现状对公寓安全用电系统进行智能化改造。该设计虽有很多不完善之处，但单片机与智能用电系统的结合必将是将来智能化系统的主要趋势。
参考文献：
孙琳.公寓用电智能管理控制系统[J].辽宁师专学报，2004（10）：30.
[关 键 词] Proteus；智能管理系统；单片机
[中图分类号] G647 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）13-0097-01
隐患险于明火，防范胜于救灾。本设计根据学生在宿舍的安全防范问题，研究设计了一个比较完整的公寓用电智能管理系统。由AT89C52单片机、A/D转换芯片、24C02C芯片、LCD显示屏和继电器等元器件组成，可以实现三个房间的电量采集、显示、查询和自动复位等功能。
一、单片机的选型
单片机是单片微型计算机的简称，它是微型计算机发展的产物。随着大规模和超大规模集成电路的出现和发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、多种I/O口和定时器/计时器集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机（single chip microcomputer），直译为单片机，沿用至今。AT89C52单片机与AT89C51单片机相比，AT89C52的RAM空间和内部FLASH更大，而且中断源也多。因此，本设计采用AT89C52单片机作为此系统的控制核心。
二、硬件电路设计
系统整体方案设计：系统的电路组成，分别是采样电路、显示和查询电路、保存电路、自动复位电路和单片机控制电路。采样电路分别对三个房间的电量进行采集，A/D转换，为单片机提供数字电能采样信号。单片机控制电路是本设计的重点电路。
（一）采样电路
三个房间的用电器都使用滑动变阻器来代替，改变滑动变阻器的阻值，就代表使用不同的用电器。三个房间分别对应各自的A/D转换器，每个房间输出的电压都将经过A/D转换器转换为一个数字信号，在采样电路中使用ADC0832芯片，然后送到单片机内。
（二）显示和查询电路
显示部分采用LCD显示屏，“切换”键控制显示的是每个房间的电量、电流、电压和功率。“查询1”键、“查询2”键、“查询3”键分别控制显示三个房间的电量。“清空”键则将三个房间的电量都清零。
（三）保存电路
电量的采集、显示后需要把它保存起来，本次设计采用的是24C02C芯片，即是一种带电可擦可编程只读存储器芯片。它具有掉电后数据不丢失的功能。
（四）自动复位电路
电路采用时间继电器控制每个房间的自动断送电，控制条件为每个房间的功率。设置最大功率为4000W，当超过此值时，则控制的相应电路自动断电。超过4000W的即为恶性负载，当恶性负载消除，即将变阻器的功率调到4000W以下，则电路自动复位，接着之前的度数继续显示房间的用电量。
（五）单片机控制电路
单片机的P0口通过排阻分别与按键和继电器相连；P1口接LCD显示屏的D0～D7口；P2口接A/D转换器；P3口接24C02C的串行数据和串行时钟端口，以及显示屏的使能端、寄存器选择端和读写信号端。
1.晶振电路
XTAL1和XTAL2是晶体振荡电路反相放大器输入端和输出端，通常外接一个晶振和两个电容。选了33pf和30pf两个电容起微调作用。单片机的运行速度取决于晶振的频率，选择11.0592MHz（晶振的振荡频率范圍通常是1.2MHz-12MHz）。
2.复位电路
上电瞬间时，电容充电可视为短路，这样RST等效于接Vcc，电容充电时间由R、C的值决定，10 uF、1 K可满足单片机复位时间要求（2周期的高电平），即实现高电平复位。电容充电完毕后，RST等效与通过1K接地，为低电平，单片机完成复位动作，开始执行程序。
三、软件程序设计
主程序设计：在主程序中调用A/D转换子程序、按键子程序、显示子程序、保存子程序等程序来完成系统的采集、查询、显示和保存等功能。
（一）按键子程序设计
每个按键的功能都不相同，用户可以根据不同的按键来显示想要知道房间的信息。“按键1”控制显示每个房间电量、电流、电压、功率的显示。刚运行时，显示的是房间1的信息，然后依次循环显示房间2、房间3、房间1的信息。“按键2”“按键3”“按键4”只控制显示对应房间的用电量。“按键5”清空每个房间的用电量。“退出”则表示系统停止运行，LCD显示屏熄灭。
（二）A/D转换子程序设计
每个房间输出的电压都要经过A/D转换器转换为数字信号才能够输出。ADC0832是一种8位分辨率、双通道的A/D转换器，在工作时要进行通道选择。它具有双数据输出，可作为数据校验，减少误差。
（三）显示子程序设计
采用LCD1602显示屏显示各房间的用电量。LCD显示有两种模式，一种是切换模式，显示房间的电量、电流、电压和功率；一种是查询模式，只显示房间的用电量。
（四）保存子程序设计
学生在宿舍内使用功率过大的电器时，电路会自动断电，这就需要把每次计算得出的电量保存起来，以方便查询。用C语言将电量值送到24C02C芯片片中保存起来。
四、调试
可以根据主程序流程图，将模拟调好的程序送入存储器进行调试，检查程序的运行是否符合流程图的规定和活动状态的正确变化，驱动负载相应的变化。及时根据现实的需要修改程序，写入他们实际的设定值，对相应的硬件和软件做相对应的调整。假如存在一些不成功或者不满意的地方，通过反复检查编写的控制程序，一直调试扫描通电检查接线故障，直到一个满意的控制系统。
如今学生公寓等后勤设施不完善，管理水平有待提高，仍然是制约高等教育发展的一个关键因素。公寓用电智能管理系统主要针对这一现状对公寓安全用电系统进行智能化改造。该设计虽有很多不完善之处，但单片机与智能用电系统的结合必将是将来智能化系统的主要趋势。
参考文献：
孙琳.公寓用电智能管理控制系统[J].辽宁师专学报，2004（10）：30.