一、系统方案论证

本方案主要由STC51单片机控制系统、LCD液晶显示模块、交流转直流、数据采集模数转换等四部分组成。本装置前端由电流互感器将主电源线上的电流缩小1000倍，经交流转直流模块后将直流电流送入AD采集模块，经由AD模数转换后将数字信号送入单片机，单片机对采集到的数据进行分析处理，送入液晶显示屏显示。该装置有学习和识别两种工作模式。学习模式下多各电器进行电流参数采集并存储，并且可以对学习模式下存储的数据进行清楚。识别模式下可以识别多种电器组合。下面对该方案进行详细分析论证。

1、液晶显示方案论证与选择

方案一、采用LCD12864液晶显示器

该屏幕驱动比较复杂，显示信息明确，价格较高。

方案二、采用LCD1602液晶显示器

该屏幕是字符型液晶，显示字母和数字比较方便，控制简单，与51单片机兼容性好，成本比较低。

通过上述对比我们选择采用LCD1602液晶显示。

2、交流转直流方案的论证与选择

方案一、采用LM358P放大电路实现如图1.1：

图1.1交流转直流模块

方案二、采用整流桥实现如图1.2所示：

图1.2整流桥实现交流转直流

经过调试测量，方案一中LM358P放大电路实现交流转直流后产生的直流信号，比方案二中的全桥整流更稳定，性能更佳。

3、整体方案设计

220V交流电信号经过电流互感器处理后缩小了一千倍，然后经过交流转直流模块将缩小后的交流信号转换为直流信号，再送入由ADC0832组成的模数转换模块，转换后的数字信号通过串口将数字信号传输给51单片机系统。单片机对采集到的数字信号进行分析处理后送入液晶显示器进行显示系统框图如图1.3所示。

图1.3系统总体框图

二、系统理论分析与计算

1、电流互感器

电流互感器采用CT118F，体积小，精度小,一致性好。CT118F结构如图1.4所示：

图1.4CT118F电流互感器结构图

2、信号处理电路

ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。

ADC0832是市面上常见的串行模—数转换器件。它具有多路转换开关的8位串行I/O模—数转换器，转换速度较高（转换时间32uS），单电源供电，功耗低（15mW），适用于各种便携式智能仪表。并且ADC0832为双通道ADC转换芯片，常用封装为DIP8和SOP8。其结构如图1.5所示：

图1.5ADC0832结构图

3、交流转直流模块分析

交流转直流由LM358P完成，该芯片是档次非常高的双运算放大电路，稳定性极高，价格便宜，此芯片由二个独立的高增益运算放大器构成，该电路可在3v到32v的电源电压范围内单电源工作，也可在双电源条件下独立工作，并具有内部频率。其结构如图1.6所示：

图1.6LM358P结构图

三、电路与程序设计

1、交流转直流电路与信号采集并行处理

220V交流电信号经过电流互感器处理后缩小了一千倍，然后经过交流转直流模块将缩小后的交流信号转换为直流信号，再送入由ADC0832组成的模数转换模块，转换后的数字信号通过串口将数字信号传输给51单片机系统。单片机对采集到的数字信号进行分析处理后送入液晶显示器进行显示。具体电路如图1.7所示：

图1.7交流转直流以及模数转换模块

2、单片机系统

本模块是整个设计的核心部分。设计采用的是STC89C51单片机系统。STC89C51主要性能: 与MCS-51 单片机产品兼容 、8K 字节在系统可编程Flash 存储器、 1000 次擦写周期、全静态操作：0Hz～33Hz 、三级加密程序存储器 32个可编程口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART 串行通道、 耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒 、看门狗定时器 、双数据指针、掉电 标识符 功能特性描述STC89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可 编程Flash 存储器。系统电路图如图1.8所示

图1.8 STC89C51系统电路图

3、自制小电器

1号自制小电器由若干发光二极管、电阻、电容组成.。通过改变电容的容值，产生相位差以及谐波，谐波足够大时发光二极管闪烁。

四、测试方案与测试结果

1、硬件测试

检查多次,硬件电路必须与系统原理图完全相同,并且检査无误,硬件电路保证无虚焊。然后使用测量采集模块的波形,220v交流电经电流互感器降低一千倍以后由单片机最小系统控制LCD显示该电器电流值如图1.9所示：

图1.9测试过程图

2、测试结果与分析

本装置测试电器有：小风扇、小夜灯、台灯、自制小电器、吹风机、电热水壶，其中小风扇、小夜灯、台灯、自制小电器均满足本设计要求，电流小于50Ma.吹风机和电热水壶带你留分别为1.6A和8.4A，满足设计要求。经过反复测量，由电流互感器采集到的电流数据输入单片机经由显示器显示出的电流数据与实际数据基本保持一致。并能很好地判断所采集电器的序号。

五、附录

1、电路图

2、实物图