基于stm32单片机单相用电器分析电流电压功率因子监测装置

只看该作者 · 2023-5-30 23:46

硬件讲解：电参数采集部分结合电压互感器和电流互感器，以专用电能计量芯片CS5463为核心，采集所需电参数，包括电压、电流、功率、功率因数等，MCU采用STM32，进行数据的进一步处理、存储和相关控制功能，其性能强大，功耗低，适合家庭的智能化设备。外围搭载蓝牙模块向手机发送用电信息。继电器模块控制用电线的通断，实现过载保护及自恢复功能，结合蓝牙实现远程控制智能插座通断电功能。

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软件讲解：CS5463驱动程序通过参考数据手册，配置相关寄存器进行参数读取，在进行实验校正后误差不超过6%。存储功能利用STM32的FLASH模拟EEPROM，可以存储7种用电器的有功功率和无功功率，然后将7组数据组合，建立121组数据组合表。本设计本质上是一个模式识别任务，通过方案对比，选择基于欧式距离的时域识别算法，适合在嵌入式设备上进行快速处理，将采集数据和组合表数据进行相似度计算，遍历查找最大相似度，识别准确度较高。

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   delay_init();        //延时函数初始化      

        uart_init(115200);

      LCD12864_All_Init();  // 12864初始化      

         LCM_clr();            //清屏

        SPI2_Init();               //初始化SPI

        SPI2_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_128);//设置为18M时钟,高速模式 

        //电源检测初始化

        CS5463_IO_Init();     

        CS5463_Init();

      LCD_Write_String(1,0,"电器A");

      LCD_Write_String(1,3,"电压     V");

        LCD_Write_String(2,0,"电流          mA");

      LCD_Write_String(3,0,"功率           W");

      LCD_Write_String(4,0,"功率因数       %");

    printf("start to check current \r\n");

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void CS5463_IO_Init(void)

{

 

 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

     

 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);     //使能PB,PE端口时钟



 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;                  //INT

 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;     //推挽输出

 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    //IO口速度为50MHz

 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);                        //根据设定参数初始化GPIOD

 GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);                              //PD 输出高



 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;                  //RST

 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;     //推挽输出

 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    //IO口速度为50MHz

 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);                        //根据设定参数初始化GPIOD

 GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6);                              //PD 输出高

 

 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;                  //CS

 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;     //推挽输出

 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    //IO口速度为50MHz

 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);                        //根据设定参数初始化GPIOD

 GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_9);                              //PD 输出高 

 

 printf("IO  init success! \r\n"); 

}

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stm32单片机最小系统讲解：
电源
电就是MCU要吃的饭，不吃饭，stm32芯片肯定不能工作。
stm32最小系统板需要5v和3.3v两种电压，一般可以直接通过USB提供5v电压，也可以用电源适配器提供5V电压。而3.3v电压可以通过稳压芯片如ASM1117-3.3v等，把5v电压降为3.3v输出。

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参考电源电路如下：

图中J1是USB接口，提供的5v电压经过ASM1117-3.3v后降为3v3,C1,C2(10*10^4pF=0.1u)用于电源滤波，高频滤波用小电容，低频滤波用大电容。D3是一个led用以指示电源工况，其上的R1 510R即510.0Ω用以限流，防止led灯烧坏。
J3也是一个USB接口，提供5v电压，同时它也是一个模拟串口，其D-和D+引脚与ch340相应引脚连接构成一个串口设备。
stm32吃的是3v3将其VDD和VSS引脚分别连接到3v3和GND，就解决了stm32的吃饭问题。

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注意：VBAT是stm32芯片的备用3.3v电源输入端，当没有备用电源是也需要将VBAT接到VDD上去。
VDDA和VSSA是模拟电源输入口，用以给stm32芯片内部ADC，复位电路供电因此必须分别接到VDD和VSS上。

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复位电路
人工作久了容易自闭、精神恍惚，这时需要睡一觉就以重新焕发活力。stm32工作久了也容易“精神恍惚”————程序跑飞，也需要复位。

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stm32的NRST引脚是复位信号接收引脚与RESET相连，芯片低电平复位。如上图所示，当芯片刚上电时，电容充电导通，此时RESET=0，芯片复位；当按下复位按钮时，RESET接地，芯片复位。

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晶振电路
晶振是芯片的心跳，每一次脉冲激励芯片执行一条指令，因此晶振的重要性不言而喻。

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上图是stm32的晶振电路，8M无源晶振，其中R9（1M）用于稳定晶振的脉冲波形，C8(20P)和C9(20P)一方面构成晶振起振的必要回路，另一方面匹配电容，同时还具有调节晶振电路频率的作用。

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注意：OSC32IN是外部32.768K晶振输入口，可以直接接时钟信号，也可以不洁作IO用。OSCIN是外部系统时钟输入信号，可以接时钟信号，也可以不接做IO口用，此时stm32用芯片内部的RC电路起振产生时钟信号。