單相用電器分析監(jiān)測裝置

1、2017年TI杯省大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目：單相用電器分析監(jiān)測裝置摘要本設(shè)計是單相用電器分析監(jiān)測裝置，主要由測量模塊，控制模塊，顯示模塊,電源模塊，通訊模塊組成。其中測量模塊采用RN820皎現(xiàn)對電壓，電流的測量與數(shù)據(jù)的送出，顯示模塊采用1.44寸TFTLCEM晶顯示屏，通訊模塊是藍牙通訊,并通過控制模塊STM32F103C8T6調(diào)全部芯片工作，能實現(xiàn)電壓、電流、功率和功率因素的實時測量和顯示。關(guān)鍵字：STM3印片機；LCD液晶顯示；藍牙通訊3/11目錄1 .系統(tǒng)方案 11.1 主控芯片方案的比較與選擇 11.2 測量系統(tǒng)方案的比較與選擇 11.3 通訊系統(tǒng)方案的比較與選擇 22 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原

2、理 21.1系統(tǒng)總體原理框圖 21.2系統(tǒng)各模塊設(shè)計 31測量模塊設(shè)計 31發(fā)送端和接收端模塊設(shè)計 31通訊模塊設(shè)計 53 競賽工作環(huán)境條件 5設(shè)計分析軟件環(huán)境 5儀器設(shè)備硬件平臺 54 測試容與結(jié)果 6測試方案 6.測試結(jié)果與分析 65 作品成效總結(jié)分析 66 參考資料 7單相用電器分析監(jiān)測裝置（K題）本科組.系統(tǒng)方案本系統(tǒng)主要由單片機控制模塊、測量模塊、顯示模塊、通訊模塊，電源模塊組成，下面分別論證這幾個模塊的選擇。主控芯片方案的比較與選擇方案一：采用STC89C5。片機STC89C5是一種微控制器，具有低功耗，高性能的特點，具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，再配合PC端的控制程序即可將用戶

3、的程序代碼下載到單片機部，而且速度快，但是STC89C5似有一個用口，不符合發(fā)送與接收兩個用的要求。方案二：采用STM3印片機STM32 系列都可滿足高性能、低成本、低功耗的要求。STM32I片機程序具有模塊化的特點，因所以其接口相對簡單些，又因它自身帶好多功能，工作速度也就快，而且STM32M有兩個串口，符合設(shè)計要求。具有精密性，可靠性，安全性。綜合比較上述方案，考慮到設(shè)計方案工作原理，方案二更適合于本設(shè)計。測量系統(tǒng)方案的比較與選擇方案一：采用ADE7755ADE7755s于高準確度電能計量集成電路，它可以將有功功率的信息以頻率的形式輸出，對溫度的敏感度很低。同時ADE7755R在ADCff

4、i基準源中使用模擬電路，其他所有信號處理都使用數(shù)字電路，所以能保持極高的準確度與長期穩(wěn)定性。方案二：采用RN8209RN820杯僅能夠應(yīng)用于有功功率、無功功率、有功能量、無功能量的測量，并能可以同時提供兩路獨立的有功功率和有效值、電壓有效值、線頻率、過零中斷等，可以實現(xiàn)靈活的防竊電方案。綜合比較上述方案，考慮到RN8209勺功能更強，所以選擇方案二。通訊系統(tǒng)方案的比較與選擇方案一：采用RS2328口RS232接口是全雙工數(shù)據(jù)通訊模式，其數(shù)據(jù)的收發(fā)不能同時進行，可保證數(shù)據(jù)收發(fā)的不沖突，硬件上是通過方向切換來實現(xiàn)的，但是RS232具有傳輸距離有限，傳輸速率較低的缺點。方案二：采用RS485g口RS

5、485的接口信號電平比RS232低，這就避免了接口電路芯片的損壞，且該電平與TTL電平兼容，方便與TTL電路連接。RS485口是半雙工數(shù)據(jù)通訊模式所以其傳卒&距離比RS232的傳輸距離遠得多.數(shù)據(jù)最高傳輸速率也可以達到10Mbps綜合比較上述方案，方案二更適合本次設(shè)計要求。2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理系統(tǒng)總體原理框圖系統(tǒng)總體設(shè)計方案如圖1所示，每個模塊在整個硬件系統(tǒng)中承擔著一定的作用。其中RS485通信模塊實現(xiàn)了STM3印片機與測量模塊的通信。 當測量模塊輸入數(shù)據(jù)時，STM3印片機就將數(shù)據(jù)通過RS485通信模塊送出。 測量模塊的數(shù)據(jù)同樣能通過RS485模塊下傳給單片機，然后通過藍牙通訊將接受的

6、數(shù)據(jù)具體的顯示在LCD液晶顯小屏上圖 1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖系統(tǒng)各模塊設(shè)計測量模塊設(shè)計測量模塊由RN8209對電壓，火線電流與零線電流的采樣，并對功率,能量進行測量。圖 2 測量模塊原理圖發(fā)送端和接收端模塊設(shè)計發(fā)送端如圖3所示，首先給采集模塊發(fā)送特定的數(shù)據(jù)包，若接收成功，則通過藍牙發(fā)送數(shù)據(jù)包，若接收失敗，則返回接收端。接收端如圖4所示，首先對接收的文件初始化，之后讀取并處理數(shù)據(jù)。接著若按下學(xué)習(xí)鍵，則讀取數(shù)據(jù)并判斷是1-7鍵哪個鍵按下，數(shù)據(jù)存儲在存儲空間中，若停止按鍵，則返回判斷位置；如繼續(xù)，則讀取數(shù)據(jù)并處理判斷。如果沒有按下學(xué)習(xí)鍵，則進入預(yù)設(shè)環(huán)節(jié)，若有預(yù)設(shè)，則存儲A,B.GD數(shù)據(jù)；若沒有，讀取數(shù)

7、據(jù)并判斷具體電器，通過按鍵檢測，判斷按下哪個數(shù)，之后將總體情況顯示在總體界面上，并返回到讀取數(shù)據(jù)端。1-7圖 3 發(fā)送端流程圖圖4 接收端流程圖2.2.3通訊模塊設(shè)計圖 5RS485 通訊模塊原理圖STM32采用TTL電平，為實現(xiàn)測量模塊與CP現(xiàn)通信需要設(shè)計一款485轉(zhuǎn)TTL電路。RS485是采用差分信號邏輯，接口信號低，不易損壞接口電路的芯片，且RS485接口采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾性好，能采用半雙工的工作模式。3競賽工作環(huán)境條件設(shè)計分析軟件環(huán)境設(shè)計過程中主要使用的軟件有：microsoftvisio、AltiumDesigner等。儀器設(shè)備硬件平臺測試所使用的儀器設(shè)備有

8、：萬用表。4測試容與結(jié)果測試方案首先用microsoftvisio畫出系統(tǒng)總體的流程圖，接著利用AltiumDesigner畫出各個硬件部分的原理圖，然后參照流程圖，將各個硬件部分焊接在通用板上，用萬用表檢測各部分，確保無虛焊、漏焊且各引腳連接正確。將程序?qū)隨TM32I片機，進行總體性能指標的測量，調(diào)整電路或代碼。.測試結(jié)果與分析首先按下初始化鍵，接著按下學(xué)習(xí)鍵。若按下鍵1,則存儲在A區(qū)，若按下鍵2,則存儲在B區(qū)，以此類推。然后記錄LCD夜晶顯示屏上的數(shù)據(jù)。記錄數(shù)據(jù)如表格1。測試次數(shù)功率/W電流/mA電壓/V功率因數(shù)128233023122330.56435212330.51547302330.40459382330.950611472330.5417185683222331.000從上表測試數(shù)據(jù)中可以看出，測得值符合題目要求。5作品成效總結(jié)分析綜合上述