基于单片机原理的单相用电器检测装置分析

本文提出的这种基于单片机控制系统的单相用电器检测装置，价值成本低，消费者通过此装置对家中的用电器进行实时监控，以便让消费者了解自己的用电情况，以达到预防火灾和提醒消费者节约用电的目的。这对于当前社会上所普遍倡导的低碳环保、节能减排有一定的促进作用。
1 基于单片机原理的单相用电器检系统概述
以STC12C5A60S2 单片机为控制核心，设计并制作一个可根据电源线的电参数信息分析用电器类别和监测其工作状态的分析装置。该装置有两种模式，通过矩阵键盘进行切换。在学习模式下，测试并存储各单件电器在各种状态下用于识别电器及其工作状态的特征参量；在分析监测模式下实时指示用电器类别和工作状态。所有的测量参数均在液晶显示屏上实时显示。
2 检测电路的设计
因为不同用电器的电流值是不一样的，因此，为了检测从50MA 到10A 左右的电流，我们采用PZEM- 004T 交流多功能通讯模块来测量。
PZEM- 004T 交流多功能通讯模块的功能：
（1）测量用电器电压、电流、有功功率、电量等数据。
（2）具有电量的按键清零功能。
（3）具有掉电不丢失功能，保存掉电之前所测量的电量。
（4）其串口通信功能，可通过转接板与单片机通信，读取并设置其参数。
（5）自带软件，可由单片机与主机通信并将实时检测的数据直观地反映到软件上。
3 特征参量设计分析
分析、预筛选：经过对多种参量进行多次测试，本系统筛选出了电压、电流、功率3 个具有代表性且稳定易测的特征参量，但是仅通过三个独立特征量不足以表达用电器的类型，不同环境下电压和电流值都是不同的，因此我们把三种特征参量结合在一起，计算用电器的阻抗，进而确定是哪种用电器。
电容器的容抗是：Xc=- j1/(ωC) ；
电感的感抗是：Xl=jωL；
总的电抗是：X=jωL- j1/(ωC) ；
总阻抗是：Z=r+jX=R+jωL- j/(ωC)。
实验：每种用电器的阻抗值都是一定的，它不随电压电流改变而改变，因此阻抗是特征参量最合适的选择。把各用电器分别接入电路，求得其电流、电压值，然后计算其电阻，求取两两、三三……并联后共128 个所得电阻计入单片机。这样单片机可以根据接入电路的总电阻值来区分用电器的工作状态。然后与用电器的理论值作对比，来验证分析的正确性。
4 功能实现
通电负载的火线缠绕在PZEM- 004T 交流多功能通讯模块的线圈上，用以检测用电器的各种参数，并由串口通讯的方式把信息传输给单片机，单片机通过按键可以实现两种功能的转换：学习功能对于传输到单片机的数据进行学习储存。检测功能对于数据进行分析对比，查找出储存在单片机中的与传来数据匹配的用电器参数，并把这种参数和用电器的名称表现在液晶显示屏上。装置流程框图如图1 所示。

图1 装置流程框图
5 结语
本文研究了一种检测单相用电器的检测装置，此装置最大的亮点在于具有学习功能，对于新型用电器只需要进行一次简单的学习，下一次使用用电器的时候就可以分析出此用电器的电参数。并且此装置还具有蓝牙通讯功能，可与手机连接把数据直接发送到手机上。经实验验证，此装置具有很强的稳定性和可靠性。