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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

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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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沙发
远芳侵古道|  楼主 | 2023-5-30 23:46 | 只看该作者
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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板凳
远芳侵古道|  楼主 | 2023-5-30 23:47 | 只看该作者

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地板
远芳侵古道|  楼主 | 2023-5-30 23:47 | 只看该作者

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5
远芳侵古道|  楼主 | 2023-5-30 23:47 | 只看该作者
   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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6
远芳侵古道|  楼主 | 2023-5-30 23:47 | 只看该作者
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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7
远芳侵古道|  楼主 | 2023-5-30 23:47 | 只看该作者

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8
远芳侵古道|  楼主 | 2023-5-30 23:47 | 只看该作者

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9
远芳侵古道|  楼主 | 2023-5-30 23:48 | 只看该作者
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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10
远芳侵古道|  楼主 | 2023-5-30 23:48 | 只看该作者
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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11
远芳侵古道|  楼主 | 2023-5-30 23:48 | 只看该作者
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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12
远芳侵古道|  楼主 | 2023-5-30 23:48 | 只看该作者
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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13
远芳侵古道|  楼主 | 2023-5-30 23:48 | 只看该作者

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14
远芳侵古道|  楼主 | 2023-5-30 23:48 | 只看该作者
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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15
远芳侵古道|  楼主 | 2023-5-30 23:49 | 只看该作者
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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16
远芳侵古道|  楼主 | 2023-5-30 23:49 | 只看该作者

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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17
远芳侵古道|  楼主 | 2023-5-30 23:49 | 只看该作者
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。

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