用电器工作原理

内容（课题）：多档位用电器的工作状态问题

教学目的

认识多档位用电器，正确判断多档位用电器工作时所处的状态，熟练地进行多档位用电器功率的有关计算。

重难点：1、多档位用电器工作时所处的状态的判断；2、多档位用电器功率的有关计算。

教学过程

一、复习提问

1、叙述串、并联电路的电流、电压、电阻的特点。（特别是电阻）

2、电功、电功率的含义及其计算公式。（结合串、并联电路和纯电阻电路进行说明）

二、引入新课

现代科学技术飞速发展，给家庭生活带来很大的方便。如常见的家用电器：电饭锅、电热水器、电烤箱、电热毯等，它们都有加热、保温等不同的档位，我们称这类用电器为多档位工作用电器。在近年的中考试卷中，这类实际应用的试题出现得比较多。

三、讲授新课

（一）、多档位用电器的工作原理

通常家用多档位用电器是通过改变开关状态来改变接入电路的电阻的大小而改变工作电路，从而改变用电器消耗的电功率，达到改变工作效果的目的。

如常见的电饭锅、电热水器加热时用消耗电功率较大的档；保温时用消耗电功率较小的档。

（二）、多档位用电器工作时所处的状态的判断方法

由于家庭电路中电源电压不变（220V),电路中用电器的电阻一般不变，所以通常用公式P=U2/R进行判断。

1、电热器加热时（高温档），电功率P=U2/R较大，由于电压U一定，则R较小；

2、电热器保温时（低温档），电功率P=U2/R较小，由于电压U一定，则R较大。

准备题：

1、在下图电路中R1>R2，电源电压相同且恒定。四电路总功率P甲、P乙、P丙、P丁由大到小的顺序是 。

2、分析各电路能实现几档？说出各档开关状态和相应的等效电路。（电路中R1《R2，电源电压恒定）

S1 R1

S2 R2

220V R1 R2 S

甲 乙 R1 R2

丁 R1 R2

科技探索

用电器工作状态分析器设计

陈群挺

(金华职业技术学院信息工程学院，浙江金华321 01 7 )

【摘要】本检测装置是一个记录并指示用电器类别和工作状态的装置，由单片机控制模块、电参数检测模块、串口通信模

块、显示模块、电源模块、按键模块组成。主要将电流电压互感器输出的信号经过以

SD3004芯片为核心的计量模块处理，单

片机通过串口通讯从该模块读取电压，电流，功率等数据，单片机在学习模式下记录用电器类别和工作状态的参数信息，当在

监测模式下，通过检测到和存储的信息对比，显示用电器类别和工作状态。

【关键词】

STC12

C5

A60

S2;

SD3004;电器监测

一、 方案论证

(一） 用电器信号处理方案选择

由于不同用电器在不同工作状态下产生的信号不同，为

了采集不同信号并处理我们考虑如下方案：用电器在不同工

作状态下通过电压电流互感器输出的信号进行同相比例放

大，再通过高输入阻抗的绝对值电路进行半波整流，然后经

单片机

adc采样输出的波形，通过采集不同电器和工作状态

对比，进行区分。此外可以将电压电流互感器输出的信号经

过

SD3004芯片的计量模块，可以通过串口发送电流、电压

等数据，经过处理单片机可以接收到数据。采样不同用电器

和工作状态略显复杂，而且精度不够，然而通过采用

SD3004

芯片提供电压电流有效值，可以计算有功功率、功率因数，

并且计算精度高，串口便于通信。

(二） 单片机控制器选用

STC12

C5

A60

S2是一款增强型

MCS -51单片机，运行速

度更快（外部晶振频率相同情况下，运行速度比

AT89

C52快

12倍），这款单片机还有丰富的资源，例如10位

ADC、硬件

SPI总线、双串口等等功能。根据需求，我们选择

STC12

C5

A60

S2作为系统控制用单片机。

二、 系统理论分析与计算

(一） 系统理论的分析

电压经过

LM7805稳压，给

SD3004芯片提供电源

(

DVdd)。输入模拟电压（

AVDD)和直流信号给

摘要:单片机技术越来越广泛地应用在智能化测控设备及仪器仪表中。致力于为人们的日常生活带来便捷，我们

对单片机的工作原理和工作特性做出研究，对单片机的学习存储能力进行尝试探索，提出了一种基于单片机单相用电

器检测装置，对它的工作原理和方式进行了深入分析，采用分组检索的方式寻求记忆数据。本文还研究了现有工业和家

庭生活中用电器检测的发展潜力。实验结果表明，所设计的系统具有较高的可靠性和抗干扰能力。

关键词：单片机;单相用电器;检测与记忆；电量分析

基于单片机原理的单相用电器检测装置分析J^HEBEINONGJI

河北农业大学机电工程学院

本文提出的这种基于单片机控制系统的单相用电器检测装

置，价值成本低，消费者通过此装置对家中的用电器进行实时监

控，以便让消费者了解自己的用电情况，以达到预防火灾和提醒

消费者节约用电的目的。这对于当前社会上所普遍倡导的低碳

环保、节能减排有一定的促进作用。

1基于单片机原理的单相用电器检系统概述

以STC

12C

5A

60S

2单片机为控制核心，设计并制作一个可

根据电源线的电参数信息分析用电器类别和监测其工作状态的

分析装置。该装置有两种模式，通过矩阵键盘进行切换。在学习

模式下，测试并存储各单件电器在各种状态下用于识别电器及

其工作状态的特征参量；在分析监测模式下实时指示用电器类

别和工作状态。所有的测量参数均在液晶显示屏上实时显示。

2检测电路的设计

因为不同用电器的电流值是不一样的，因此，为了检测从

50MA

到10A

左右的电流，我们采用PZEM

-004T

交流多功能通

讯模块来测量。

PZEM

-004T

交流多功能通讯模块的功能：

(1) 测量用电器电压、电流、有功功率、电量等数据。

(2) 具有电量的按键清零功能。

(3) 具有掉电不丢失功能，保存掉电之前所测量的电量。

(4) 其串口通信功能，可通过转接板与单片机通信，读取并

设置其参数。

(5) 自带软件，可由单片机与主机通信并将实时检测的数据

内容（课题）： 多档位用电器的工作状态问题

教学目的

认识多档位用电器，正确判断多档位用电器工作时所处的状态，熟练地进行多档位用电器功率的

有关计算。

重难点：1、多档位用电器工作时所处的状态的判断；2、多档位用电器功率的有关计算。

教学过程

一、复习提问1、叙述串、并联电路的电流、电压、电阻的特点。（特别是电阻）

2、电功、电功率的含义及其计算公式。（结合串、并联电路和纯电阻电路进行说明）

二、引入新课

现代科学技术飞速发展，给家庭生活带来很大的方便。如常见的家用电器：电饭锅、电热水器、

电烤箱、电热毯等，它们都有加热、保温等不同的档位，我们称这类用电器为多档位工作用电

器。在近年的中考试卷中，这类实际应用的试题出现得比较多。

三、讲授新课（一）、多档位用电器的工作原理

通常家用多档位用电器是通过改变开关状态来改变接入电路的电阻的大小而改变工作电路，从而

改变用电器消耗的电功率，达到改变工作效果的目的。

如常见的电饭锅、电热水器加热时用消耗电功率较大的档；保温时用消耗电功率较小的档。

（二）、多档位用电器工作时所处的状态的判断方法

由于家庭电路中电源电压不变（220V),电路中用电器的电阻一般不变，所以通常用公式P=U2/R

进行判断。

1、电热器加热时（高温档），电功率P=U2/R较大，由于电压U一定，则R较小；

2、电热器保温时（低温档），电功率P=U2/R较小，由于电压U一定，则R较大。

准备题：1、在下图电路中R1>R2，电源电压相同且恒定。四电路总功率P甲、P乙、P丙、P丁由大到小的

顺序是 。

甲乙R1R2

丁R1R2

丙R1

R2

2、分析各电路能实现几档？说出各档开关状态和相应的等效电路。（电路中R1《R2，电源电压恒

定） S1

甲 乙

（1）在图甲中，当开关S1 时，开关S2 时，是低档工作状态；当开关S1 时，开

关 S2 时，是中档工作状态；当开关S1 时，开关S2 时，是高档工作状态。

(2)在图乙中，当开关S 时，是低档工作状态；当开关S 时，是高档工作状态。