單相用電器分析監(jiān)測裝置

2017年TI杯江蘇省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽題目：單相用電器分析監(jiān)測裝置摘要本設(shè)計(jì)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TFTLCD夜晶顯示屏，通訊模塊是藍(lán)牙通訊，并通過控制模塊STM32F103C8T6調(diào)全部芯片工作，能實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率和功率因素的實(shí)時(shí)測量和顯示。關(guān)鍵字：STM32I片機(jī)；LCD液晶顯示；藍(lán)牙通訊TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument".系統(tǒng)方案 1主控芯片方案的比較與選擇 1測量系統(tǒng)方案的比較與選擇 1通訊系統(tǒng)方案的比較與選擇 2\o"CurrentDocument"系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理 2系統(tǒng)總體原理框圖 2系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì) 3測量模塊設(shè)計(jì) 3發(fā)送端和接收端模塊設(shè)計(jì) 3通訊模塊設(shè)計(jì) 3\o"CurrentDocument"競賽工作環(huán)境條件 4設(shè)計(jì)分析軟件環(huán)境 4儀器設(shè)備硬件平臺 4\o"CurrentDocument"測試內(nèi)容及結(jié)果 4測試方案 4．測試結(jié)果及分析 4作品成效總結(jié)分析 5參考資料 5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(jī)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(gè)模塊的選擇。主控芯片方案的比較與選擇方案一：采用STC89C51^片機(jī)STC89C5是一種微控制器，具有低功耗，高性能的特點(diǎn)，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的程序代碼下載到單片機(jī)內(nèi)部，而且速度快，但是STC89C5似有一個(gè)用口，不符合發(fā)送與接收兩個(gè)串口的要求。方案二：采用STM3印片機(jī)STM32系列都可滿足高性能、低成本、低功耗的要求。 STM32I片機(jī)程序具有模塊化的特點(diǎn)，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(gè)串口，符合設(shè)計(jì)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(jì)方案工作原理，方案二更適合于本設(shè)計(jì)。測量系統(tǒng)方案的比較與選擇方案一：采用ADE7755ADE7755s于高準(zhǔn)確度電能計(jì)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(shí)ADE7755R在ADCK基準(zhǔn)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(zhǔn)確度及長期穩(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(shí)提供兩路獨(dú)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(shí)現(xiàn)靈活的防竊電方案。綜合比較上述方案，考慮到RN8209B勺功能更強(qiáng)，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(shí)進(jìn)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(shí)現(xiàn)的，但是RS232具有傳輸距離有限，傳輸速率較低的缺點(diǎn)。方案二：采用RS485g口RS485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(yuǎn)得多.數(shù)據(jù)最高傳輸速率也可以達(dá)到10Mbps綜合比較上述方案，方案二更適合本次設(shè)計(jì)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(jì)方案如圖1所示，每個(gè)模塊在整個(gè)硬件系統(tǒng)中承擔(dān)著一定的作用。其中RS485通信模塊實(shí)現(xiàn)了STM3印片機(jī)與測量模塊的通信。當(dāng)測量模塊輸入數(shù)據(jù)時(shí)，STM3印片機(jī)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(jī)，然后通過藍(lán)牙通訊將接受的數(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(jì)框圖系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì)測量模塊設(shè)計(jì)測量模塊由RN8209對電壓，火線電流及零線電流的采樣，并對功率,能量進(jìn)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(jì)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(lán)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(gè)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(jìn)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)據(jù)并判斷具體電器，通過按鍵檢測，判斷按下 1-7哪個(gè)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。圖3發(fā)送端流程圖 圖4接收端流程圖通訊模塊設(shè)計(jì)圖5RS485通訊模塊原理圖

STM32采用STM32采用TTL電平，為實(shí)現(xiàn)測量模塊與CPU實(shí)現(xiàn)通信需要設(shè)計(jì)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(jì)分析軟件環(huán)境設(shè)計(jì)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：萬用表。4測試內(nèi)容及結(jié)果4.1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(gè)硬件部分的原理圖，然后參照流程圖，將各個(gè)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TM32單片機(jī)內(nèi)，進(jìn)行總體性能指標(biāo)的測量，調(diào)整電路或代碼。.測試結(jié)果及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)分析綜合上述測試結(jié)果，本設(shè)計(jì)完成了題目基本部分的要求