吉林大学：仪器科学与电气工程学院中文论文集（2013年下半年）

吉林大学仅器科学与电气工程学院2013年下半年中文论文集 会有严格的比例关系，体积略大，不利于缩小产品 体积。方案二，采用霍尔电流传感器。ACS712是 Allegro公司推出的一种线性电流传感器，该器件 内置有精确的低偏置的线性霍尔传感器电路，能输 出与检别的衣流或直流申流成比例的申压。且有低 PPTC 噪声，响应时间快（对应步进输入电流 输出上升 时间为5μs),50千赫带宽，总输出误差最大为4% 高输出灵敏度(66mVWA~185mV/A),使用方便、 性价比高、绝缘电压高等特点。测量电路如图3 图1系统原理框图 所示。 Fig.1 he principle fthe system 家用电器的待机电流 Tab.I Standby cu ent value of houschold appliances 名 ⊙ 平均伯mA 11~87 43 024 1910 0.29 103 图2互惑线围测量电路 1033 Fig 2 the measuring circuit of current transformer 洗衣机 7-15 0.05 52~81 61 3 031 音响7360 307017 IP+ 2硬件设计 IP+VIOUT 0.1uF ACS712 2.1主控制器模块 IP-FILTERL 系统采用MSP430F149单片机作为控制器 P- 10的 MSP430F149是美国德州仪器公司开发的一类具有 GND 16位总线的带LASH的单片机。它采用16位的总线 外设和内存统一编址，寻址范围可达64K,还可以 图3ACS712测量电路 外部扩展存储器具有统 一的中断管理，具有丰富的 片上外用模块。由于为FLASH型，则可以在线对单 ACS712ELCTR-0 片机进行调试和下载，由于JTAG口直接和FET 灵敏度为185mVA。本设计采用的主控刺器模块 (FLASH EMULATION TOOL)相连，不需另外的 MSP430F149自带12位ADC.设内部参考电压为 仿真工具，方便实用，而且可以在超低功耗模式下 1.5V,ILBS-0.366mV。而1LBS对应霍尔电流传感 工作可以 选择在超低 下运行，这是该 器的输入电流1=0.366/185)A=1978mA。由表1可 片机最大的一个优点，另外，单片机外设AD的存 知，能够满足对待机电流的测量精度，可分辨工作 在，简化了本设计电路结构。 电流和待机电流 2.2电流检测电路 因产品对测量精度有求并非十分严格，只需要 申流检测是该申路的核心模块它是获得测量 具备较为粗略的比较能力，判断出用电器的当前的 数据的源头 本设计采用 了两种方案。 工作状态即可。而从产品推广角度考虑需要降低成 用电流互感器，电路如图2所示。该电路结构简单 ，降低生产难度，所以最终选择方案 成本低廉，可有效的利用电磁隔离将220V市电与单 2. 继电器驱动电路 片机分隔开，保证了安全性能。但缺点是测量精度 继电器是该系统中的执行单元，选择的是 低，具体比例关系与绕圈匝数和松紧程度有关，不 HK4100F。驱动电路如图4所示

吉林大学仪器科学与电气工程学院 2013 年下半年中文论文集 10 图 1 系统原理框图 Fig.1 The principle diagram of the system 表1 家用电器的待机电流 Tab. 1 Standby current value of household appliances 设备名 称 待机电流测 量值/mA 待机电流 平均值/mA 待机耗 电功率 /W 24h待机 耗电量 笔记本 电脑 11～87 43 10 0.24 电视机 19～106 53 12 0.29 DVD机 10～34 27 6 0.14 微波炉 2～3 2.5 0.6 0.01 空调 10～23 16 4 0.10 洗衣机 7～15 10 2 0.05 调制解 调器 52～81 61 13 0.31 音响 7.3～60 30 7 0.17 2 硬件设计 2.1 主控制器模块 系统采用MSP430F149单片机作为控制器。 MSP430F149是美国德州仪器公司开发的一类具有 16位总线的带FLASH的单片机。它采用16位的总线， 外设和内存统一编址，寻址范围可达64K，还可以 外部扩展存储器具有统一的中断管理，具有丰富的 片上外围模块。由于为FLASH型，则可以在线对单 片机进行调试和下载，由于JTAG口直接和FET （FLASH EMULATION TOOL）相连，不需另外的 仿真工具，方便实用，而且可以在超低功耗模式下 工作[4]。可以选择在超低功耗模式下运行,这是该单 片机最大的一个优点，另外，单片机外设A/D的存 在，简化了本设计电路结构。 2.2 电流检测电路 电流检测是该电路的核心模块，它是获得测量 数据的源头。本设计采用了两种方案。方案一，采 用电流互感器，电路如图2所示。该电路结构简单， 成本低廉，可有效的利用电磁隔离将220V市电与单 片机分隔开，保证了安全性能。但缺点是测量精度 低，具体比例关系与绕圈匝数和松紧程度有关，不 会有严格的比例关系，体积略大，不利于缩小产品 体积。方案二，采用霍尔电流传感器。ACS712 是 Allegro 公司推出的一种线性电流传感器，该器件 内置有精确的低偏置的线性霍尔传感器电路，能输 出与检测的交流或直流电流成比例的电压。具有低 噪声，响应时间快（对应步进输入电流，输出上升 时间为5μs），50 千赫带宽，总输出误差最大为4%， 高输出灵敏度（66mV/A～185 mV/A），使用方便、 性价比高、绝缘电压高等特点[5]。测量电路如图3 所示。 图2 互感线圈测量电路 Fig.2 the measuring circuit of current transformer 图 3 ACS712 测量电路 Fig.3 ACS712 measuring circuit ACS712ELCTR-05B-T，其检测范围为±5A, 灵敏度为185mV/A。本设计采用的主控制器模块 MSP430F149自带12位ADC,设内部参考电压为 1.5V,1LBS=0.366mV。而1LBS对应霍尔电流传感 器的输入电流I=(0.366/185)A=1.978mA。由表1可 知，能够满足对待机电流的测量精度，可分辨工作 电流和待机电流。 因产品对测量精度有求并非十分严格，只需要 具备较为粗略的比较能力，判断出用电器的当前的 工作状态即可。而从产品推广角度考虑需要降低成 本，降低生产难度，所以最终选择方案一。 2.3 继电器驱动电路 继电器是该系统中的执行单元，选择的是 HK4100F。驱动电路如图 4 所示

谢明学等：防挂我电流智能新电插排 HK4100F3V 软件的主要原理是依靠获取用电器工作电 检测实时电流与工作电流比较，判断用电器工作状 态，并通过控制继电器以改变电路的通断状态。程 N4148 序流程图7所示： P24 R1 图4继电器驱动电路 Fig the driver eircuit of relay 2.4短路保护电路 具有过流保护 方面对整个线路保护，更为主 要的是保护该系统中一些电子元件不被损坏。有两 种思路：一，采用保险丝。热保险丝一旦损坏便不 能恢复，故采用可恢复保险丝，如PPTC:二，搭接 快速保护电路。在短路时，为了减少判断时间 过电压比较器 产 个关断TTL信号，通过驱动电 路控制维电器断开，如图5所示。 +5V 蕊 Vref R2-200 R3-10k 图5迟滞比较器电路 Fig5 comparator with Hysteresis 图7程序流程 2.5电平转换电路 Fig7 program flow char 考虑到插排的体积与重量，该系统采用5V电泄 4系统测试及结果分析 33 系统实物图如图8所示。分别对各种手机、电焰 铁、显示器、饮水机等用电器进行了测试，具体方 法为：先让电器处于工作状态，然后摁下复位按钮， GND 100F/104 观察该插排在电器处于待机状态下能否及时切断电 路通道。经多次测试，该插排能够识别电器工作状 0 态，具有快速断电的特性。 图6电平转换电路 Fig6 circuit of Level conversion 3软件设计

谢明学等：防挂载电流智能断电插排 11 图 4 继电器驱动电路 Fig.4 the driver circuit of relay 2.4 短路保护电路 具有过流保护一方面对整个线路保护,更为主 要的是保护该系统中一些电子元件不被损坏。有两 种思路：一，采用保险丝。热保险丝一旦损坏便不 能恢复，故采用可恢复保险丝，如PPTC；二，搭接 快速保护电路。在短路时，为了减少判断时间，通 过电压比较器产生一个关断TTL信号，通过驱动电 路控制继电器断开，如图5所示。 图 5 迟滞比较器电路 Fig.5 comparator with Hysteresis 2.5 电平转换电路 考虑到插排的体积与重量，该系统采用5V电池 供电。由于MSP430F149单片机支持3.3V供电，因 此要经过一个电平转换，电平转换电路如图6所示。 图 6 电平转换电路 Fig.6 circuit of Level conversion 3 软件设计 软件的主要原理是依靠获取用电器工作电流， 检测实时电流与工作电流比较，判断用电器工作状 态，并通过控制继电器以改变电路的通断状态。程 序流程图 7 所示： 图 7 程序流程 Fig.7 program flow char 4 系统测试及结果分析 系统实物图如图8所示。分别对各种手机、电烙 铁、显示器、饮水机等用电器进行了测试，具体方 法为：先让电器处于工作状态，然后摁下复位按钮， 观察该插排在电器处于待机状态下能否及时切断电 路通道。经多次测试，该插排能够识别电器工作状 态，具有快速断电的特性

吉林大学仪器科学与电气工程学院2013年下半年中文论文集 图8系统实物图 Fig.8 System real figure 表2家电实测现象表 Tab 2 Appliand sured ph ena table 手机充电器 手机充电达到100%情况下插排自动断电。 笔记本电脑 电脑进入休眠状态下插排自动断电。 台灯 台灯关闭后插排自动断电。 直接空栽插排 在六秒延迟过后插排自动断电。 5结论 经过实际设计，本文介绍的防挂载电流智能断 电插排，能够实时识别家用电器待机状态，进而切断 申路通道。且有误判率低、应时间、结物简单 易于使用等优点。在环保节能的当代，必有其 的应用前景。 参考文献 1.李毅家用电器待机耗电分析与家庭节电模式 探讨U建筑电气.2013,2：39-43. 2.曾延光.各国待机能效比对分析)认证与实验 室.2011.1：57-61. 3.王晶晶，白雷石，严辉，王晓影浅谈家电的待 机功耗).中国科技信息.2008,10：140-141 4.杨平，王威MSP43系列超低功耗单片机及应用 川国外电子测量技术.2008 5. 董建怀电流传感器ACS7I2的原理与应用信 息科技.2010,5：94-96

吉林大学仪器科学与电气工程学院 2013 年下半年中文论文集 12 图 8 系统实物图 Fig.8 System real figure 表 2 家电实测现象表 Tab.2 Appliances measured phenomena table 手机充电器 手机充电达到100%情况下插排自动断电。 笔记本电脑 电脑进入休眠状态下插排自动断电。 台灯 台灯关闭后插排自动断电。 直接空载插排 在六秒延迟过后 插排自动断电。 5 结论 经过实际设计，本文介绍的防挂载电流智能断 电插排,能够实时识别家用电器待机状态,进而切断 电路通道。具有误判率低、响应时间短、结构简单、 易于使用等优点。在环保节能的当代，必有其广阔 的应用前景。 参考文献 1. 李毅. 家用电器待机耗电分析与家庭节电模式 探讨[J].建筑电气. 2013, 2: 39-43. 2. 曾延光.各国待机能效比对分析[J].认证与实验 室.2011, 1:57-61. 3. 王晶晶，白雷石，严辉, 王晓影. 浅谈家电的待 机功耗[J].中国科技信息. 2008, 10: 140-141. 4. 杨平，王威.MSP43 系列超低功耗单片机及应用 [J].国外电子测量技术.2008. 5. 董建怀.电流传感器 ACS712 的原理与应用[J]信 息科技.2010,5:94-96

白避等，公交家流使计系统设计 公交客流统计系统设计 白璐胡雪岩韩醒之 摘要：目前，城市交通堵塞情况严重，作为人们日常交通工具的公交车，在上班高峰时期也是人满为患，在交通 低湖时期空空却有大量空位。面对这种公交车以周定时间发车的现状，人们选择自己买车，使交通堵塞情况更加 学重。为了解决此问避我们设计了公交客流统计系统，以此来合理调配公交资源，进面缓解交通压力。公交客流 计系统分为发射和接收两部分。发射部分为公交车上的红外对管，我们使用它统计车上安流情识，通过G我 得当前所在地点和行车速度，并利用无线方式将这些信息发给接收部分 (即站牌无 公交公司调度中心)在站 等待上车的乘客通过站牌的LCD观察公交车运行情况，便于乘客做出最合理的选择，节约时向为出行提供方便。 公交公司调度中心可以根据客流量情况来对车次进行调度，节约资源和满足运输需求。 关键词：公交车：GPS:MSP430:人数统计：无线通信 Transit Passenger Flow Statistics System design Lu bai Xueyan hu Xingzhi han Abstract:Recently,the uban traffic jams in serious condition bus asonef the most common means oftransport is overcrowded in the rush hour,on the other hand,it's nearly emtpy in times of traffic low Moreover.faced with the situation of buses dispatching at regular time,some people choose to buy their own cars.what made traffic in a worse condition Considering resolving this problem and then to alleviating the.Transit passenger flow statistics system consist of part and receiving part.Transmitting part using Infrared Emitting Diode and Photodiode calculatored the passenger flow on the bus then acquired the current location and speed through GPS.and sent these information to receiving part (i.e.the bus stops and Transit Company Dispatch Center)by wireless.The passengers who was waiting at the site could observe operating conditions through the LCD of the bus stons.in order that the pa trips ac rding to pas way could help co rve re Keywords:bus:GPS:MSP430:people-counting:wireless communication 府届然正在努力讲行，但是达到我们的理相要求不 0引言 是一朝一夕能实现的。相对而言道路二更能快速有 效缪解方状况 因此本文基于当今现状对方案 城市交通的现状不容乐观， 尤其是上下班的高 进行了研究现 有的公交车其实是个非常好的资源 峰期，车辆更是“寸步难行”，解决这种现状在我们 如果加以充分利用，一定会很大程度改善交通状况 看来有两种方法可以解决。 一是改善道路状况，加 而且还能达到节能减排，保护环境的目的，城市智能 强道路建：二是在现有的道路状况下合理管理，有 公交系统的建立应该是未来城市的必经之路，试想 效利用现有资源，尽可能缓解交通状况。办法一政 如果在上下班的时候公交车充足，车内没那么拥挤， “指导老师：段清明 项日类举：大学生创新项日

白 璐等：公交客流统计系统设计 13 公交客流统计系统设计∗ 白璐 胡雪岩 韩醒之 摘要：目前，城市交通堵塞情况严重，作为人们日常交通工具的公交车，在上班高峰时期也是人满为患，在交通 低潮时期空空却有大量空位。面对这种公交车以固定时间发车的现状，人们选择自己买车，使交通堵塞情况更加 严重。为了解决此问题我们设计了公交客流统计系统，以此来合理调配公交资源，进而缓解交通压力。公交客流 统计系统分为发射和接收两部分。发射部分为公交车上的红外对管，我们使用它统计车上客流情况，通过 GPS 获 得当前所在地点和行车速度，并利用无线方式将这些信息发给接收部分（即站牌和公交公司调度中心）。在站点 等待上车的乘客通过站牌的 LCD 观察公交车运行情况，便于乘客做出最合理的选择，节约时间为出行提供方便。 公交公司调度中心可以根据客流量情况来对车次进行调度，节约资源和满足运输需求。 关键词：公交车；GPS；MSP430；人数统计；无线通信 Transit Passenger Flow Statistics System design Lu bai Xueyan hu Xingzhi han Abstract : Recently，the urban traffic jams in serious condition，bus as one of the most common means of transport is overcrowded in the rush hour，on the other hand，it's nearly emtpy in times of traffic low.Moreover，faced with the situation of buses dispatching at regular time，some people choose to buy their own cars,what made traffic in a worse condition.Considering resolving this problem ， we designed a transit passenger flow statistics system, which would make a reasonable provision of public transport resources, and then contribute to alleviating the pressure on traffic.Transit passenger flow statistics system consist of transmitting part and receiving part.Transmitting part using Infrared Emitting Diode and Photodiode calculatored the passenger flow on the bus ，then acquired the current location and speed through GPS, and sent these information to receiving part （i.e. the bus stops and Transit Company Dispatch Center） by wireless. The passengers who was waiting at the site could observe operating conditions through the LCD of the bus stops ，in order that the passengers would make the most rational choice, saving time to facilitate travel.Transit Company Dispatch Center would schedule bus trips according to passenger flow conditions ，in that way could help conserve resources and satisfy transport needs. Keywords：bus;GPS;MSP430;people-counting; wireless communication ∗ 指导老师：段清明 项目类型：大学生创新项目 0 引言 城市交通的现状不容乐观，尤其是上下班的高 峰期，车辆更是“寸步难行”，解决这种现状在我们 看来有两种方法可以解决。一是改善道路状况，加 强道路建；二是在现有的道路状况下合理管理，有 效利用现有资源，尽可能缓解交通状况。办法一政 府虽然正在努力进行，但是达到我们的理想要求不 是一朝一夕能实现的。相对而言道路二更能快速有 效缓解交通状况，因此本文基于当今现状对方案二 进行了研究。现有的公交车其实是个非常好的资源， 如果加以充分利用，一定会很大程度改善交通状况， 而且还能达到节能减排，保护环境的目的,城市智能 公交系统的建立应该是未来城市的必经之路，试想 如果在上下班的时候公交车充足，车内没那么拥挤

吉林大学仪器科学与电气工程学院2013年下半年中文论文集 还会有多少人选择自驾车 上了一天班谁还会自己 示。 开车呢。为了建立城市智能公交系统，公交车人流 统计和公交车的合理调度就显得尤为重要。 1 项目的总体方案设计 公交客流统计系统分为发射部分和接收部分。 发射部分在公交车上使用红外对管统计车上客流情 况，通过GPS获得当前所在地点和行车速度，并利 用无线方式将这些信息发给接收部分即站牌和公交 由站牌处的L CD将以上信息显示 整体框图如 1.所示。 人数烧计惯块 GPs模块 图3接收部分电路图 430控制器 3软件设计流程图 无绒传输模块 软件分为接收部分和发射部分。 3.1发射部分： 430控制器 发射部分完成人数查询、GS定位和速度测量」 1cD显示模块 无线发射数据的功能。发射部分软件流程图如图4 所示。 图1整体框图 开始○ 2各部分功能实现及整理 路 2.1发射电路模块 发射电路中包括MSP430F169电路板，GPS模 块、发射模块电路，和两对红外对管电路组成。GPS 模块和无线模块都是通过串口与MSP430单片机相 接。发射部分电路图如图2所示。 密 结来 图4发射模块软件流程图 图2发射模块电路图 3.1.1人数统计模块： 2.2接收电路模块： 人数统计揽块主题由红外对管组成，若人通讨 接收部分有MS430F149电路板，无线接收模 则电平为高电 人数加 1 若没有人通过电平为 块、液晶显示电路。液晶显示通过并口来控制，无 低电平，人数保持不变。人数统计模块程序流程图 线接收摸块连接到串口0。接收摸块电路如图3所 如图5所示

吉林大学仪器科学与电气工程学院 2013 年下半年中文论文集 14 还会有多少人选择自驾车，上了一天班谁还会自己 开车呢。为了建立城市智能公交系统，公交车人流 统计和公交车的合理调度就显得尤为重要。 1 项目的总体方案设计 公交客流统计系统分为发射部分和接收部分。 发射部分在公交车上使用红外对管统计车上客流情 况，通过 GPS 获得当前所在地点和行车速度，并利 用无线方式将这些信息发给接收部分即站牌和公交 公司调度中心。由站牌处的 LCD 将以上信息显示出 来以供乘客参考选择最佳乘车方式。整体框图如图 1.所示。 图 1 整体框图 2 各部分功能实现及整理 2.1 发射电路模块： 发射电路中包括 MSP430F169 电路板，GPS 模 块、发射模块电路，和两对红外对管电路组成。GPS 模块和无线模块都是通过串口与 MSP430 单片机相 接。发射部分电路图如图 2 所示。 图 2 发射模块电路图 2.2 接收电路模块： 接收部分有 MS430F149 电路板，无线接收模 块、液晶显示电路。液晶显示通过并口来控制，无 线接收模块连接到串口 0。接收模块电路如图 3 所 示。 P2.5/ROSC/CA5 25 P2.4/CA1/TA2 24 P2.3/CA0/TA1 23 P2.2/CAOUT/TA0/CA4 22 P2.1/TAINCLK/CA3 21 P2.0/ACLK/CA2 20 P1.2/TA1 14 P1.1/TA0 13 P1.0/TACLK/CAOUT 12 P1.3/TA2 15 P1.4/SMCLK 16 P1.7/TA2 19 P1.6/TA1 18 P1.5/TA0 17 P2.6/ADC12CLK/CA6 26 P2.7/TA0/CA7 27 P3.0/UCB0STE/UCA0CLK 28 P3.1/UCB0SIMO/UCB0SDA 29 P3.2/UCB0SOMI/UCB0SCL 30 P3.3/UCB0CLK/UCA0STE 31 P3.4/UCA0TXD/UCA0SIMO 32 P3.5/UCA0RXD/UCA0SOMI 33 P3.6/UCA1TXD/UCA1SIMO 34 P3.7/UCA1RXD/UCA1SOMI 35 P4.5/TB5 41 P4.4/TB4 40 P4.3/TB3 39 P4.2/TB2 38 P4.1/TB1 37 P4.0/TB0 36 P4.6/TB6 42 P4.7/TBCLK 43 AVCC 64 AVSS 62 P5.0/UCB1STE/UCA1CLK 44 P5.1/UCB1SIMO/UCB1SDA 45 P5.2/UCB1SOMI/UCB1SCL 46 P5.3/UCB1CLK/UCA1STE 47 P5.4/MCLK 48 P5.5/SMCLK 49 P5.6/ACLK 50 P5.7/TBOUTH/SVSOUT 51 P6.0/A0 59 P6.1/A1 60 P6.2/A2 61 P6.3/A3 2 P6.4/A4 3 P6.5/A5 4 P6.6/A6 5 P6.7/A7/SVSIN 6 XT2OUT 52 XT2IN 53 RST/NMI 58 TCK 57 TDI/TCLK 55 TMS 56 VEREF+ 10 VREF+ 7 XIN 8 XOUT 9 TDO/TDI 54 VREF-/VEREF- 11 U1 MSP430F249 CS1 1 CS2 2 GND 3 VCC 4 V0 5 RS 6 R/W 7 E 8 DB0 9 DB1 10 DB2 11 DB3 12 DB4 13 DB5 14 DB6 15 DB7 16 RST 17 -Vout 18 LCD1 AMPIRE128X64 图 3 接收部分电路图 3 软件设计流程图 软件分为接收部分和发射部分。 3.1 发射部分： 发射部分完成人数查询、GPS 定位和速度测量、 无线发射数据的功能。发射部分软件流程图如图 4 所示。 图 4 发射模块软件流程图 3.1.1 人数统计模块： 人数统计模块主要由红外对管组成，若人通过 则电平为高电平、人数加 1，若没有人通过电平为 低电平，人数保持不变。人数统计模块程序流程图 如图 5 所示