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STM32的单相用电器分析监控装置

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提出了一种基于STM32的单片机的单相用电器分析监控装置的设计方案,通过该方案实现了对各种
常见用电器种类的识别功能,并能够通过终端设备实现对家用电器的监控功能。同时该装置采用wifi模块与云
端相连,从而能够进一步在手机上轻松监测家庭的用电设备。该单相用电器分析监测装置,在学习模式下,能
测试并存储个单件用电器在各种状态下工作的特征参量,并在分析监测模式下,实时指示用电器的类别和工作
状态。同时,该装置通过STM32单片机对电压互感器与电流互感器感应电压的波形的处理与变换,也可以实时
精确地监测用电器的电压、电流、功率、功率因数、有功功率等各种电量参数。  

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沙发
hanzhen654|  楼主 | 2019-8-26 14:10 | 只看该作者
物联网与人工智能飞速发展的时代, 电参数的采
集变得尤其重要。 手机APP随意可以控制智能设备, 人
们的生活变得更加方便快捷。 但在快捷方便的背后难免
存在一些安全隐患意识, 对于如何才能确保手机发送的
指令被正确的执行, 电参数采集应运而生, 通过对电器
设备电参数的采集, 本设计可以精确地判断用电器当前
的工作状态, 通过MCU对传感器采集信息的大量数据
处理, 作为反馈发送给手机端, 来实现一个闭环的效
应, 保障了对智能设备的安全性。 同时电参数的采集也
可在人们的日常生活中得到体现, 电子技术的快速发
展, 使得电子类产品大规模地出现在人们社会生活当
中。 对于工厂设备以及各种大功率的家电设备来说安
全、 可靠、 高效是人们最为关心的内容, 电参数采集设
备能够更好地为人们的健康生活提供保障。

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板凳
hanzhen654|  楼主 | 2019-8-26 14:10 | 只看该作者
系统的功能结构图

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地板
hanzhen654|  楼主 | 2019-8-26 14:11 | 只看该作者
电参数采集系统作为现代物联网数据反馈, 通过实
时电参数反馈, 手机APP或者电脑界面可显示各种用电
场合现场的有效数据。 在远程操作家庭电器上起到了至
关重要的重用, 保障了数据在远程传输的稳定性, 电参
数采集系统目前应用在三相交流电路中比较多, 后期在
智能家居, 物联网生活的世界必不可少。

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hanzhen654|  楼主 | 2019-8-26 14:36 | 只看该作者
电参数采集系统以STM32F103ZET6
单片机作为主控MCU, 通过电压、 电流互感器获取市
电上电线变化特征参量转化为弱电参量, 通过STM32内
部ADC进行模数转换, 并通过一系列数值计算和相应
算法, 得到所需的电量参数。 并通过LCDTFT彩屏实时
显示出来, 并增加按键以供人机交互使用。

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hanzhen654|  楼主 | 2019-8-26 14:37 | 只看该作者
电参数采集分为四个部分, 分别是数据的
同步、 电压采集、 电流采集、 LCD显示。 在数据同步的
过程中可上传至机智云云端, 可实现用手机远程监控,
同时数据也可下传至硬件电路端, 通过MCU实时浮点
运算, 对数据进行更新与反馈。 电压与电流采集分别经
过运算放大电路和相角检测电路, 之后可获取相关信
息, 包括用电器工作的频率, 以及市电总线上相位的变
化。 TFTLCD显示端, 不停刷新电参数显示的数据以及
当前的环境数据变化, 具体信息可通过按键来切换。

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hanzhen654|  楼主 | 2019-8-26 15:02 | 只看该作者
系统的流程图

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hanzhen654|  楼主 | 2019-8-26 15:03 | 只看该作者
构建开发环境
MDK5编译开发环境: MDK5作为强大的编译软
件, 提供了丰富的内核库和单片机种类库, 包含链接、
下载、 仿真、 调试, 支持多种公司的仿真器与调试器,
如JLink、 ST_Link、 ulink等, 为开发STM32单片机缩短
了时间, 提高了开发效率。 使用MDK5可实现对一些基
于RAM内核的高级单片机的编程与调试, 可以完成对
ST公司的STM32F1系列的单片机的开发与调试。
ST—Lnk仿真器: 在程序调试的过程中可借助ST-Link
进行程序的单步调试, 大大缩短了开发过程中的难题。

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9
comparison| | 2019-8-26 15:34 | 只看该作者
感谢分享!了解一下

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hanzhen654|  楼主 | 2019-8-26 15:46 | 只看该作者
市电经变压器互感输出得到
双12 V的交流电压, 经整流桥全桥整流和滤波电容进行
滤波, 得到的直流电压再经过7812与7912稳压芯片进
行稳压, 输出+12V与-12V的直流电压, 双12 V电源为
信号放大板中的运放NE5532进行供电。 +12 V的直流
电源再依次通过7805与AMS111-3.3稳压芯片, 得到+5
V与+3.3 V的稳定电压, 其中5V电源是为单片机的一些
外设供电, 包括温湿度传感器、 TFT彩屏等。 此外5 V电
源还为信号放大板中电压比较器和双D触发器供电, 3.3
V作为STM32芯片的主控电源, 保证MCU时刻处于稳定
工作模式。

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11
hanzhen654|  楼主 | 2019-8-26 15:47 | 只看该作者
系统电源电路

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12
hanzhen654|  楼主 | 2019-8-26 15:47 | 只看该作者
电压互感与电流互感信号放大电路

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hanzhen654|  楼主 | 2019-8-26 15:48 | 只看该作者
主控单片机MCU电路

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ZLUSTS| | 2019-8-26 15:59 | 只看该作者
这是17年电赛题目加强版

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hanzhen654|  楼主 | 2019-8-26 17:04 | 只看该作者
电压互感与电流互感信号经运放NE5532
放大, 输出1 V的正弦交流信号。 输出的信号经过精密
整流电路可以得到稳定的直流, 可作为STM32的ADC
采集, 在TFT LCD上可实时显示当前电压与电流值。
放大输出的正弦交流信号同时也送到了相角差检测
电路中, 通过电压比较器将正弦波转换为方波信号, 不
同相位的信号送入双D触发器74HC74中可以得到相位
差值, 以低电平持续的时间来表示, STM32单片机可以
通过定时器捕获来获取当前的相位差。

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hanzhen654|  楼主 | 2019-8-26 17:05 | 只看该作者
主控电路包括了STMF103ZET6最小系统: 复位电
路、 晶振电路、 BOOT选择电路, 通过STM32最小系统
完成对信号的采集, 相关数据的转换。 通过FSMC对外
接TFT彩屏进行驱动, 实时显示电参数值, 此外在MCU
中我们加入了自己的算法, 通过这些算法, 可以完成自
主学习电器特性, 做到了时间短, 响应快。 主控电路中
还加入了独立按键电路, 可以方便切换不同显示界面和
一些参数的查询。

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hanzhen654|  楼主 | 2019-8-26 17:07 | 只看该作者
程序主要有三大部分, 第一部分是电参数测量, 该
部分程序主要用于获取信息采集系统采集到的信息; 第
二部分是数据处理, 主要用于将获取到的电参数信息经
过一系列计算, 得出当前电器类型及工作状态; 第三部
分是输出与输入部分, 主要包括显示器实时显示当前信
息, 按键控制等。

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hanzhen654|  楼主 | 2019-8-26 17:10 | 只看该作者
该系统的软件开发流程图, 上电先对所有设
备初始化, 通过电压互感器与电流互感器采集数据送入
ADC中, 在MCU中我们只需要对相角、 频率、 电压的
变化进行相关处理, 经过特殊的变换与相关算法来实现
对用电器种类和个数的识别。 判断按键的变化来切换
LCD彩屏的显示。

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hanzhen654|  楼主 | 2019-8-26 17:11 | 只看该作者
核心代码
int main()
LED_Init(); //LED端口及时钟初始化
KEY_Init(); //按键初始化
DHT11_Init(); //温湿度传感器初始化
TFT_LCD_Init(); //LCD彩屏初始化
ADC1_Int(); //ADC1初始化
while(1)
{
Key_Scan(); //按键扫描函数
if(time1==1) //每隔一秒读取一次温湿度
{
time1=0;
temp=read_dht11(0); //读取温度
humi=read_dht11(1); //读取湿度
DY=ADC_Read(1); //读取电压值
DL=ADC_Read(2); //读取电流值
}
if(muse==1) //菜单界面
{
deal_muse(); //菜单处理函数
LCD_SHOW(0x01); //LCD显示
}
if(shezhi==1) //设置界面
{
deal_shezhi(); //设置处理函数
LCD_SHOW(0x02); //LCD显示
}
if(zhungtai==1) //状态界面
{ d
eal_zhuangtai(); //状态处理函数
LCD_SHOW(0x03); //LCD显示

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hanzhen654|  楼主 | 2019-8-26 17:11 | 只看该作者
软件流程图

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