基于单片机的智能电源管理系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

随着社会经济和科学技术的发展，人们的生活水平也不断提高，导致用电负荷的加剧，又由于世界性的能源危机，能源缺乏已成为世界所面临的严峻问题。

世界各地发电的主要原料是煤炭、石油和天然气，而德国较好的实现了能源利用形式的转变。四分之一的电力来自于风能、太阳能和生物质能（biomass）；能源利用不仅绿色而且更加经济；从1990至2012年，德国已经削减25%的有害温室气体排放（超过所有其他欧盟成员国的总和）。能源利用形式的转变开辟了许多重要的全新商业领域。崭新的全球能源市场将随着可再生能源和能源高效利用的不断扩张而蓬勃发展，德国企业也将在这一过程中扮演重要的角色，并创造大量的工作机会。众所周知，日本的能源资源十分匮乏。受大地震的影响，日本的核电站已全部停止运转，目前其能源自给率只有4.4%，即使所有的核电站全部正常发电，其自给率也只能达到19.5%。日本从上世纪60年代就注重能源消费的多元化，积极的开展替代能源开发。在经历了两次石油危机之后，日本的节能技术取得长足进步。由于太阳能发电受地理环境影响较小，适建场所多，被日本政府列为新能源战略的重点开发项目。为鼓励太阳能的发展，日本政府制定了一系列优惠政策。2012年7月，日本开始实施“可再生能源发电固定价格收购制度”。日本实行的一系列政策大大推动了太阳能发电产业，日本奥克利斯公司宣布，在今后的5年内投资3000亿日元，将整个公司的太阳能发电能力增加到100万瓦时，为目前的12倍。据最新资料统计，在美国，大约有8％的发电量消耗于照明负载，约有50“o％的发电量用于电动机的驱动。由于美国应用高度发展的电力电子技术对自炽灯和各种电机驱动装置进行改造，使电能节省15—20％。种种迹象表明世界各国都在采取不同方式来节约能源，节约电能。但是当人们在谈论各种节能减排，可再生能源、绿色电子技术之时，很容易忽略掉的是，如何通过更好的规划电源使用的不同场景，进行有针对性的调整，以达到更高的电源利用效率，这其实也是一种卓有成效的环保策略。

中国经济持续多年的高速发展让能源问题日益突出。我国既是个能源大国和能源消耗大国，又是个能源短缺大国和能源浪费大国，同时也是个能源落后大国。能源短缺的成因有如下三个方面：1．人均资源贫乏。 我国是一个人均能源资源极其匮乏的国家。中国的人口密度是世界平均值的三倍，人均资源的拥有量不及世界平均水平的一半，人均能耗仅为世界平均水平的三分之一。这说明我国是个人均资源小国。 2．开发速度缓慢。 我国能源开发的速度一直低于国民经济发展的速度，能源弹性系数远小于1。能源弹性系数低，而经济又过热，这是促成能源短缺的一个原因。 3．能源严重浪费。 能源浪费主要表现在：掠夺性的开采、惊人的浪费、认为的破坏、严重的损失和无效的高消耗等诸多环节中。总结起来，我国能源短缺的原因中，人均资源贫乏和开发速度缓慢仅是促成能源短缺的一般原因，不是主要原因。依据可以从外国成功解决能源短缺问题的例子中可以看出，如日本是比我国更贫的资源贫国，但能源短缺却得到了解决；还有德国在不增加能源的条件下，实现了国民经济的大发展。所以只有第三个原因——能源严重浪费和能源管理落后才是促成我国能源短缺的根本原因。而电源的智能管理设计就是针对能源浪费和能源管理落后所创新地提出来的一种有效解决方案，也是解决我国能源短缺根本原因的一种可靠技术。

2. 研究内容和预期目标

（1）设计一个基于单片机的智能电源管理系统；

（2）完成功能：电压、电流的数据采集、显示、运算处理、按需要控制输出量进行直流斩波控制；

（3）电路原理图和硬件电路图设计；

3. 研究的方法与步骤

基于单片机的智能电源管理的研究主要内容是结合相关的设计手册，辅助资料和国家有关规程，参考国内外最新的设计方法、研究成果和记以往的设计方案，结合自己查找的资料，方案，定出相关的设计方案，本方案计划在广泛查阅相关文献的基础上，设计基于单片机的智能电源管理。

该方案计划主要从以下各方面研究着手：研究温度传感器与单片机的连接通信，使单片机度对过高温度采取保护措施；研究工频电的缺相检测技术，通过单片机判断电压电流是否正常并采取相应保护措施；了解工频电在学校实验室转变为直流电的需求和标准；研究工频电整流技术以运用于学校实验室的直流供电；研究直流电的斩波调控，使其能通过键盘输入，在5~20v内任意调整。

其次，此次研究的智能电源管理系统要能用于现有学校实验室直流电源的改造，实现对实验室电源的人性化智能管理，确保用电的质量和安全同时提高用电的效率，通过电源的智能管理为学校的节能带来切实效益。

4. 参考文献

[2] 吴国经.单片机应用技术.中国电力出版社，2004

[3] 沈红卫.基于单片机的智能系统设计与实现.电子工业出版社，2005

[4] 冯建华.单片机应用的系统设计与产品开发.人民邮电出版社，2004

5. 计划与进度安排

（1）2022.2.22～2022.3.07 查阅相关技术资料，撰写开题报告。

（2）2022.3.07～2022.4.04 硬件功能分析，熟悉单片机指令及编程语言。

（3）2022.4.04～2022.5.09 设计电路原理图，编制应用程序。