MSP430'a Dayalı Elektrikli Aletleri İhlal Etmek İçin Çevrimiçi Tanıma Sisteminin Tasarımı
Guo Yijing, Yan Yuyue, Gao Fengqiang
(Bilgi Bilimi ve Teknolojisi Okulu, Jiageng Koleji, Xiamen Üniversitesi, Zhangzhou, Fujian 363105)
Öğrenci apartmanlarında yasadışı elektrikli aletlerin manuel muayenesinin zaman ve ölçeğindeki kısıtlamaları çözmek için, MSP430'a dayalı yasadışı elektrikli aletler için bir dizi çevrimiçi tanımlama sistemi araştırılmış ve tasarlanmıştır. Sistem, bir güç güvenliği yürütme terminali ve bir uzaktan izleme platformundan oluşur. Güvenlik yürütme terminali, güç tüketiminin otomatik olarak izlenmesini, yasa dışı elektrikli cihazların özerk tanımlanmasını ve otomatik kapanma işlemini gerçekleştiren MSP430F5529 tek çipli mikrobilgisayar ve JSY1-41 güç sensörünü benimser; uzaktan izleme platformu, uzaktan izleme, uzaktan alarm ve ihlal kaydı depolama gibi işlevleri gerçekleştirir . Test sonuçları, sistemin öğrenci dairelerinde yasa dışı elektrikli aletlerin kullanımını zamanında tespit edip kısıtlayabildiğini ve yasa dışı elektrikli aletlerin neden olduğu can ve mal risklerini etkin bir şekilde azaltabildiğini göstermektedir.
Elektrikli aletleri ihlal eden; yük tanımlama; sensörler; izleme sistemi;
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TP277
Belge tanımlama kodu: Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.01.028
Çince alıntı biçimi: Guo Yijing, Yan Yuyue, Gao Fengqiang. MSP430'a dayalı yasadışı elektrikli cihazlar için bir çevrimiçi tanımlama sisteminin tasarımı. Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2017, 43 (1): 107-110.
İngilizce alıntı biçimi: Guo Yijing, Yan Yuyue, Gao Fengqiang. MSP430'a dayalı yasadışı cihazlar için çevrimiçi tanımlama sistemi. Elektronik Tekniğin Uygulanması, 2017, 43 (1): 107-110.
0 Önsöz
Yüksek öğrenimin yaygınlaşmasının ilerlemesiyle, üniversite öğrencilerinin sayısı keskin bir şekilde arttı ve üniversite öğrenci dairelerinde meydana gelen yangın kazalarının sayısı da arttı. İlgili verilere göre, saç kurutma makinesi, indüksiyonlu ocaklar ve perma çubukları gibi dirençli yükler, kaçak aletler olarak adlandırılan öğrenci apartmanlarında çıkan yangınların ana nedenidir. Çoğu kolej ve üniversite tarafından benimsenen yasa dışı elektrikli aletlerin manuel denetimi kısa süreli ve küçük ölçekli olduğundan, öğrenci dairelerinde yasa dışı elektrikli aletlerin tespit oranı düşüktür ve yasa dışı elektrikli aletlerin kullanılması sorunu temelden çözülemez. Bu nedenle, yasa dışı elektrikli aletlerin gerçek zamanlı, otomatik tanımlanması ve etkin kullanımının kısıtlanması, öğrenci dairelerinde elektriğin güvenliğini sağlamanın önemli bir parçası haline gelmiştir. Bunun ışığında, bu makale bir güç sensörüne dayalı kampüs yasadışı elektrikli cihaz tanımlama sistemini inceliyor ve güç tüketiminin otomatik olarak izlenmesini, yasa dışı elektrikli aletlerin bağımsız olarak tanımlanmasını ve otomatik kapanmayı gerçekleştirmek için ana yol üzerindeki yeni yükün elektrik parametrelerini ev otobüsünün elektrik parametreleriyle hesaplıyor. İşlemi devam ettirin. Sistem öğrenci dairelerinde kaçak elektrikli ev aletleri riskini öğrenci kullanıcılara daha da azaltacak ve öğrencilerin elektrik kullanımının güvenliğini sağlayacaktır. Kaçak elektrikli ev aletleri için mevcut tanımlama sistemi ile karşılaştırıldığında, bu sistem daha doğru, etkili, hızlı ve pratiktir.
1 Sistemin genel tasarımı
Sistem esas olarak güç güvenliği yürütme terminali, ağ geçidi ekipmanı ve uzaktan izleme platformundan oluşur Şekil 1, sistem iletişim yapısı şemasını gösterir. Güç güvenliği yürütme terminali, yurdun ev tellerinin ana akım, voltaj, aktif güç, güç faktörü ve diğer elektrik enerjisi verilerini toplar ve aynı zamanda toplanan veriler üzerinde filtreleme ve gürültü giderme gibi ön işlemleri gerçekleştirir ve yeni takılan elektrikli cihazların elektriksel parametrelerini hesaplar. Ardından cihazın parametreleri ve değerlendirme sonuçları CAN veriyolu üzerinden ağ geçidine iletilir. Ağ geçidi, verileri TCP / IP'ye dönüştürür ve ardından Ethernet'e iletir ve son olarak uzaktan izleme platformuna iletir. Uzaktan izleme platformu, Ethernet üzerinden her bir yurt binasının mevcut elektrik tüketim verilerini alır ve uzaktan izleme, uzaktan elektrik kesintisi ve uzaktan güç restorasyonu gibi işlevleri gerçekleştirir.
2 donanım tasarımı
Güç güvenliği yürütme terminali, temel olarak bir mikro denetleyici MSP430F5529 tek çipli mikrobilgisayar, bir güç sürücü devresi, bir güç sensörü, bir CAN veri yolu iletişim devresi ve bir röle modülünden oluşur.Ana devre elektrik parametrelerinin toplanmasını, yeni dal elektrik parametrelerinin hesaplanmasını, uzaktan veri toplama, Otomatik kapanma işlemi ve diğer işlevler. Donanımın genel yapısı Şekil 2'de gösterilmektedir. Tek çipli mikrobilgisayar, eve giden ana yolun elektrik parametrelerini toplamak ve toplanan verileri işleyip mantıksal olarak tanımlamak için elektrik miktarı sensörünü kontrol eder. Yasadışı elektrikli cihazlar tespit edilirse, sistem ana veriyolunu kesmek için röleyi kontrol edecek ve uzaktan izleme platformunun güç kurtarma komutunun ana veriyolunu yeniden bağlamasını bekleyecektir.
2.1 Mikrodenetleyiciye Giriş
Mikrodenetleyici, MSP430 serisinin 16 bit mikro denetleyicisi MSP430F5529'u kullanır. Ana frekansı 25 MHz olan 16 bit RISC işlemci çekirdeği, dahili dijital kontrollü osilatör (DCO) ve 128 KB flash bellek kullanır. UCS, Flash denetleyicisi, RAM denetleyicisi, DMA denetleyicisi, COMP, UART, ADC, I2C, SPI ve diğer arabirimler dahil olmak üzere çok sayıda yonga üzerinde çevre birimi kaynağına sahiptir. Farklı düşük güç modlarında farklı sistem saatlerini kapatabilir ve 6 adede kadar düşük güç modu sağlayabilir.Etkin mod yalnızca 290 A / MIPS tüketir ve G / Ç giriş bağlantı noktasının maksimum kaçak akımı yalnızca 50 nA'dır. , Sistemin ultra düşük güç tüketimini sağlamak için.
2.2 Elektrik sensörü devresi
Güç sensörü, Jiansiyan Technology tarafından başlatılan minyatür tek fazlı AC ve DC elektronik parametre toplama modülü JSY-MK-135'i benimser.Dahili 24 bit A / D dönüştürücü ve tampon amplifikatörü, voltaj ve akım örnekleme çözünürlüğünü büyük ölçüde geliştirir. Modül, AC ve DC voltajı, akım, güç, güç faktörü, frekans ve benzeri gibi 40 Hz'den 65 Hz'e kadar birçok elektriksel veriyi doğru bir şekilde ölçebilen dijital örnekleme işleme teknolojisi ve SMT sürecini benimser.
2.3 CAN iletişim modülü
MCP2515, Microchip Teknolojisinden bir CAN protokol denetleyicisidir.1 Mb / sn'ye kadar iletişim hızıyla CAN V2.0B teknik özelliklerini destekler.Standart CAN veri mesajları gönderip alabilir ve veri iletimi için SPI arayüzünü kullanabilir. MCP2515, esnek mesaj depolama işlevlerine sahip 6 adet 29-bit kabul filtresi kaydı ve 2 adet 29-bit kabul maskesi kaydı içerir.
CAN iletişim modülü, çekirdek olarak CAN fiziksel arayüz çipi MCP2551'i alır ve güçlü anti-gürültü özelliklerine sahip 112 çalışma düğümüne kadar destekleyebilir. Çip, ISO-11898 standardının fiziksel katman gereksinimlerini karşılar ve kısa devre koruması, yüksek voltaj geçici koruması ve otomatik termal kapatma koruması gibi işlevlere sahiptir. CAN iletişim modülü devre şeması Şekil 3'te gösterilmektedir. Bunlar arasında, MCP2515, giden denetleyici ile ana denetleyici arasında bir iletişim kanalı oluşturmak için MCP2551 aracılığıyla CAN veriyoluna bağlanır.
3 yazılım tasarımı
Sistem yazılım tasarımı temel olarak güç güvenliği yürütme terminalinin kontrolör yazılım tasarımını ve uzaktan izleme platformunun üst bilgisayar yazılım tasarımını içerir.
3.1 Kontrolör yazılım tasarımı
Kontrolörün yazılım kısmı temel olarak öğrenci dairesinin elektrik tüketim durumunu izleme ve sorgulama, uzaktan kumanda ve geri bildirim ve anormal alarm işlevlerini gerçekleştirir.Ana program akış şeması Şekil 4'te gösterilmiştir. Öğrenci dairesinde kaçak elektrikli alet kullanımı, dairenin ev otobüsündeki mevcut veri değişikliklerine doğrudan yansıtıldığından, bu sistem apartman dairesi otobüs devresindeki elektriksel parametre verilerini izleyerek öğrenci dairesindeki kaçak elektrikli aletleri izler. Herhangi bir yük, belirli bir saf olmayan dirençli yükün ve saf bir direnç yükünün paralel bağlantısına eşdeğer olabileceğinden, yeni yükün güç faktörü Eulerin formülünden elde edilebilir:
Sistem, ana veriyolunun elektriksel parametre verilerinin gerçek zamanlı izlenmesi ve önceki ve iki elektriksel parametrenin birleştirilmesi yoluyla yeni yükün aktif gücünü ve güç faktörünü türetir. Belli bir dairenin kaçak elektrikli cihazlara bağlandığı fark edildiğinde, sistem derhal röleyi çalıştırarak daireye giden gücü kesecek ve apartman bilgilerini CAN veriyolu üzerinden uzaktan izleme platformuna bildirecektir. Elektrik kesintisi işleminden sonra, sistem yasadışı elektrikli cihazın fişinin çekildiğini fark ederse, sistem apartman bilgilerini uzaktan izleme platformuna tekrar yükleyecek ve dairenin güç kaynağını geri yüklemek için uzaktan izleme platformundan uzaktan komutun röleyi çalıştırmasını bekleyecektir.
3.2 Ana bilgisayar yazılım tasarımı
Üst bilgisayar yazılımı, ağırlıklı olarak görüntü modülü, iletişim modülü ve veritabanı modülünden oluşan C # ile tasarlanmıştır. Görüntüleme modülü, her odanın işletim durumunun görüntülenmesini ve geçmiş ihlal verilerinin sorgulanmasını gerçekleştirir.Aynı zamanda, seçilen odanın elektrik kesintisinin uzaktan çalıştırılmasını ve güç geri kazanımını da gerçekleştirebilir. Sistem yasadışı elektrik kullanımı tespit ettiğinde, ekran modülü anında ses ve metin şeklinde alarm verecektir. Alarmı aldıktan sonra, yönetici alarmı iptal etme düğmesine basarak sesli alarmı iptal edebilir ve ilgili araştırma çalışması için zamanında ilgili yatakhaneye gidebilir. İletişim modülü, Soket sunucusu ve CAN veri yolu mesajının gönderilmesini, alınmasını, yanıtlanmasını ve analizini gerçekleştirir. Sistem açıldıktan sonra, ağ geçidi Soket aracılığıyla üst bilgisayar sunucusuyla bir TCP bağlantısı kuracak ve daha sonra her bir alt bilgisayar bu bağlantı yoluyla üst bilgisayarla iletişim kuracaktır. Veritabanı modülü, yasadışı verilerin depolanması, silinmesi ve sorgulanmasını gerçekleştirmek için SqlServer veritabanına bağlanmak için çoğunlukla ODBC kullanır.
4 Sistem testi ve sonuç analizi
4.1 Test ortamı ve ilgili ayarlar
Test sırasında kullanılan test platformu, sistemin uzaktan izleme platformudur. Test sırasında, ilgili yurdun test verilerini, kimlik sonuçlarını ve yürütme eylemlerini okumak ve kaydetmek için platformun izleme arayüzüne giriş yapabilirsiniz. Öğrenci dairesindeki geleneksel elektrikli ekipmanlar göz önüne alındığında deney ortamı şu şekilde kurgulanmıştır: Dell ve HP'den 2 masaüstü bilgisayar ve Shenzhou ve Asus'tan 2 dizüstü bilgisayar kullanın ve ardından saç kurutma makinesi, indüksiyonlu ocak, indüksiyonlu ocak yükleyin, Elektrikli güveç, elektrikli su ısıtıcısı ve perma çubuğu gibi yaygın olarak kullanılan 12 çeşit yasa dışı alet. Test üç bölüme ayrılmıştır: normal elektrik testi, yüksek güç (800 W üzeri) ihlal elektrik testi ve düşük güç (800 W altında) ihlal elektrik testi.
4.2 Test sonuçları ve analiz
İlk grup, sistemin normal elektrikli cihazları yanlış değerlendirip değerlendirmediğini kontrol etmek için normal elektrikli cihazlar üzerinde testler yapar. Önce, bir Dell masaüstü bilgisayarı elektrik şebekesine bağlayın ve ardından sırasıyla HP masaüstü, Shenzhou dizüstü bilgisayar ve ASUS dizüstü bilgisayarları elektrik şebekesine bağlayın. Aynı zamanda, her seferinde ölçülen yeni yük güç faktörünü ve aktif gücü kaydedin ve sistemin bir güç kapatma işlemi yapıp yapmadığını gözlemleyin Test sonuçları Tablo 1'de gösterilmektedir. Test sonuçlarından, normal elektrik bağlantısının elektrik şebekesinin kesilmesine neden olmadığı, yanlış bir kararın olmadığı ve sistemin iyi çalıştığı görülmektedir. Elektrik şebekesine bağlı sadece 4 bilgisayarın temel çevresel elektrik parametreleri şunlardır: 0.7757 güç faktörü, ana devre akımı I = 1.0179 A, aktif güç P = 180.5333 W.
İkinci grup, yüksek güç ihlal eden elektrikli cihazlar için sistemin tanımlama sonuçlarının doğruluğunu onaylamak için elektrikli cihazları ihlal etmek için yüksek güç (800 W üzeri) testi gerçekleştirir. 4 bilgisayar temelinde, yeni yükü test etmek için sırasıyla küçük indüksiyonlu ocak, büyük indüksiyonlu ocak, elektrikli su ısıtıcısı, saç kurutma makinesi A ve saç kurutma makinesi B güç şebekesine bağlandı. Aynı zamanda, yeni yük güç faktörü ve aktif gücün gerçek ve hesaplanan değerlerini kaydedin ve sistemin bir güç kapatma işlemi yapıp yapmadığını gözlemleyin. Test sonuçları Tablo 2'de gösterilmektedir. Test sonuçlarından, elektrik enerjisi parametrelerini ihlal eden yüksek güç (800 W üzeri) için sistemin hesaplama sonucunun gerçek değere yakın olduğu ve güç faktörü tahminindeki maksimum hatanın% 0,36'dan az olduğu ve ihlal eden her tür elektrikli cihaz doğru şekilde tanımlanıp kesildiği görülmektedir. sonuç.
Üçüncü grup, sistemin düşük güç ihlal eden elektrikli cihazlar üzerinde hala iyi bir tanımlama etkisine sahip olup olmadığını doğrulamak için düşük güçte (800 W altında) elektrikli aletleri ihlal eden testi gerçekleştirdi. Tüm test süreci temelde ikinci test setiyle aynıdır.Perma çubuğu, elektrikli güveç, indüksiyonlu ocak düşük ateş, indüksiyonlu ocak yüksek ateş, saç kurutma makinesi C, saç kurutma makinesi D küçük dişli ve saç kurutma makinesi D büyük dişli sırasıyla elektrik şebekesine bağlanır.Test sonuçları aşağıdaki gibidir. Tablo 3 gösterir. Test sonuçlarından, sistemin düşük güçte (800 W altında) elektrikli aletleri ihlal eden üzerinde hala iyi bir tanıma etkisine sahip olduğu, elektrik enerjisi parametrelerinin hesaplama sonuçlarındaki hatanın düşük olduğu ve güç faktörü tahminindeki maksimum hatanın% 1.9'dan az olduğu görülmektedir. Sadece 33 W aktif güce sahip perma çubuğu da doğru bir şekilde tanımlandı ve test sonuçları iyiydi.
Yukarıdaki üç deney grubu, yasadışı aletler için sistemin tanımlama sonuçlarının doğruluğunu ve uygulanabilirliğini tam olarak test etmiştir. Sonuçlar, normal elektrikli cihazların sistemde kesilmediğini, elektrik şebekesindeki elektrikli cihazları ihlal eden yüksek güçlü (800 W üzeri) güç faktörü tahmin hatasının% 0,36'yı geçmediğini ve elektrik şebekesindeki düşük güçte (800 W'ın altında) elektrikli aletleri ihlal eden güç faktörünün tahmin edildiğini göstermektedir. Hata% 1,9'u geçmez. Sistem, güç tüketiminin otomatik olarak izlenmesini, yasa dışı elektrikli aletlerin özerk tanımlanmasını ve otomatik kapanma ve kurtarma işlemlerini gerçekleştirebilir ve zamansız, eksik ve kaçamaklı manuel soruşturmanın eksikliklerini önleyebilir. Aynı zamanda, kaçak elektrikli aletlerin soruşturma ve cezalandırılmasının yapay toplamadan akıllı kapatmaya dönüşümünü gerçekleştirerek, öğrencilerin özel mülkiyet ve mahremiyet haklarının ihlal edilmesini önleyerek, kaçak elektrikli aletlerin öğrenci dairelerine getirdiği can ve mal risklerini azaltabilir.
5. Sonuç
Öğrenci dairelerinde yasa dışı elektrikli aletlerin gerçek zamanlı, otomatik tanımlanması ve etkin kullanımının kısıtlanması ihtiyaçlarını hedefleyen bu makale, öğrenci dairelerinde güç sensörlerine dayalı yasadışı elektrikli aletler için çevrimiçi bir tanımlama sistemi tasarlar. Yeni şubenin elektrik parametrelerinin hesaplama yöntemi tanıtıldı JSY1_41 elektrik miktarı sensörünün verileri, kaçak elektrikli aletlerin bağımsız olarak tanımlanmasını ve otomatik kapanma ve restorasyonu gerçekleştiren öğrenci dairesinin elektrik tüketim durumunu izlemek için kullanılır. Test sonuçları, sistemin kararlı bir şekilde çalıştığını, yüksek güç ihlal eden cihazlar için güç faktörü tahmin hatasının% 0,36'dan az olduğunu ve düşük güç ihlal eden cihazlar için güç faktörü tahmin hatasının% 1,9'dan az olduğunu göstermektedir. Yasadışı elektrikli cihazların elektrik kesintisinin sonucu doğrudur, bu da öğrenci dairelerinde yasa dışı elektrikli cihazların zamanında soruşturulması ve cezalandırılmasının zorluğunu büyük ölçüde azaltır.
Referanslar
Zhou Zhiying, Liu Hui, Xie Minghua AVR mikrodenetleyicisine dayalı bir habis yük akıllı tanıma kontrolörünün tasarımı.Changsha Üniversitesi Dergisi, 2014, 28 (2): 24-27.
Yang Xudong, Hao Xiangmin Üniversite öğrenci dairelerinin yangından korunmasında akıllı güç yönetim sisteminin uygulanması Shandong Tarım Üniversitesi Dergisi (Doğa Bilimleri Sürümü), 2015 (5): 797-800.
Hou Peizhong, Li Weibo. Sinir ağına dayalı yük tanıma Bilim Teknolojisi ve Mühendisliği, 2009, 9 (5): 1284-1286.
Zhang Miaote, Gu Xiaohong. Kötü huylu elektrik yüklerini belirleme yöntemi üzerine araştırma ve simülasyon. Bilgisayar simülasyonu, 2013, 30 (2): 213-216.
Zhang Yujun, Lu Yongfang, Wang Xiaowei.CAN veriyolu ve Ethernet tabanlı maden drenaj sisteminin akıllı uygulaması Kömür Madencilik Makineleri, 2015, 36 (4): 274-277.
Min Huasong, Huang Zhuan, Liu Miao.Ethernet CAN veriyolu dönüştürücüsünün gecikme özelliklerinin analizi ve tasarımı Bilgisayar Mühendisliği ve Tasarımı, 2012, 33 (2): 503-507.
Shenzhen Jiansiyan Technology Co., Ltd. JSY-MK-135 Mikro Gömülü AC / DC Ölçüm Modülü Kullanım Kılavuzu.2012.
