新型校园学生用电管理系统设计

摘要：学生的用电问题是学校管理的难题，为此本文设计了新型校园学生用电管理系统，通过寝室用电监测器的开发达到规范学生的用电行为，通过RS485总线与以太网建立寝室电表、用电检测器与上位计算机三级管理系统。有效的引导好学生合理用电、节约用电。从根本上解决学校的用电管理难题。

关键词：学校用电管理节能减排单片机智能电表

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）03-0000-00

1、学校用电管理问题现状：

近些年来随着各地学校办学规模的不断扩大，在校住校的人数大幅度增加，学生生活条件也在不断改善，学生用电浪费问题成了一个难题。一方面，学校对学生浪费电的现象不重视，另一方面，安装节电设备投入大，效果不明显，而且无法从根本上解决浪费问题。如何采取积极有效的措施加以防范和纠正，引导好学生合理用电、节约用电成为了学校面临的管理难题。

2、用电管理系统方案

针对学校中存在的学生用电管理难的问题，设计了本用电管理系统，系统包括单片机硬件设备（寝室用电监测器），以及上位机管理软件（校园后勤管理总机）两部分。该监测系统通过RS485通讯能够同时检测最多32个寝室的用电情况(注：总线上挂接的节点数目因选择的接口驱动芯片而异，目前可以挂接16、32、64、128个节点，甚至更多。根据每层宿舍的寝室个数情况而定)。将装置安装在每个楼层的楼梯口，在液晶显示屏幕上显示每个寝室的用电请况，用电量超过一定额度的自动发出节约用电的警示。电流值持续过大时，自动发出超负荷用电的警示，并且触发安装在对应寝室里的报警信号。从而提示和引导学生安全用电、节约用电。此外，通过本系统的上位机软件管理，可以实现整个学校的用电数据集中管理。校园寝室用电检测系统拓扑结构如图1所示。

图1：校园寝室用电检测系统拓扑结构

3、系统的整体工作流程如下：

(1)电子式电表先通过对用户供电电压和电流的实时采样，再采用专用的电能表集成电路，对采样电压和电流信号进行处理，并转换成与电能成正比的脉冲输出，通过RS485进行通讯传输，最终由单片机的脉冲采集数据模块进行处理、控制，把脉冲显示为用电量并输出。脉冲采集计数模块根据脉冲计算出电表的数据，存储于内部的RAM中。

(2)寝室楼层用电检测器根据时钟模块的时间设定，定时向脉冲计数模块发送数据传输命令，收集各个通道（相应寝室）的电表中的数据。将收集的数据进行计算处理，例如月累计用电量的计算，当前电流值与最大预警电流值的比较等。将处理后的数据另外分配存放在RAM中，然后按设计要求读取和显示相应的数据。

(3)上位机设置在学校的后勤服务大厅，通过以太网实现与个寝室楼的数据传递，检测各个寝室的用电量，从而自动计算用电余额，通过建立数据库，管理每个寝室的用电信息，并且进行缴费操作 [1]。

4、用电检测系统的总体设计

4.1寝室用电监测器

寝室用电监测器是实现对学生用电数据管理的核心装置，由AT89C51单片机、液晶显示屏、外部RAM存储器、外部时钟和通讯模块组成。其硬件结构框图如图2所示。

图2：寝室用电监测器硬件结构图

4.2显示装置

本检测系统的显示装置是实现数据信息显示的重要途径，根据提示与警示需要要显示不同颜色的文字信号，采用的液晶显示器是友利华高科技有限公司生产的YD2502彩色液晶VRAM型显示器。它的点阵数是320×240，VRAM容量是64k×8位，显示颜色为8色，利用分时技术让显示与写入数据同时进行，实现了画面的高速更新，且互不干扰。其原理图如：

4.3通讯系统设计

上位计算机与寝室用电监测器之间可通过RS-485总线和以太网总线方式进行数据传输，考虑到学校宿舍已经铺设好网线，为了减少安装投入，利用单片机加上以太网接口芯片组成以太网测控网关，选用以太网控制器RTL8019与单片机进行接口设计。

RTL8019以太网控制器是由Realtek公司出的一款高集成度的以太网控制芯片[2]，具有 8/16位总线模式，支持以太网全双工通信方式，支持UTP，AUI和BNC自动检测, 支持16条I/O基本地址选项和额外I/O地址输入输出完全解码方式，支持存储器瞬时读写，收发可同时达到10Mbps的速率，内置16KB的SRAM，可以方便的与微处理器进行连接。

5、结语

该校园学生寝室用电监测系统的实现，有利于规范学生的用电文明行为、保障寝室的用电安全。提高学生的节能环保意识。能够积极引导学生从“小事”抓起，从“细节”入手，有助于培养学生艰苦奋斗、勤俭节约等的文明道德思想的养成，也有助于整个学校良好校风的形成。

参考文献

[1].姜轶宁.远程智能电表抄表系统设计[D].大连:大连海事大学,2008.3.

[2].曹宇,魏丰等.用51单片机控制RTL8019AS实现以太网通讯[J].计算机应用,2003(1),21-23.