單相用電器分析監(jiān)測裝置

1、2017年TI杯江蘇省大學(xué)生電子設(shè)置修訂比賽主題：單相用電儀器分析監(jiān)測裝置摘要本設(shè)定修訂為單相用電儀器分析監(jiān)視裝置，主要由測定模塊、控制模塊、顯示模塊、電源模塊、通訊模塊構(gòu)成。 其中測量模塊在RN8209實(shí)現(xiàn)電壓、電流的測量和數(shù)據(jù)的傳輸，顯示模塊采用1.44英寸TFTLCD液晶顯視器，通訊模塊為藍(lán)牙通訊，控制模塊STM32F103C8T6協(xié)調(diào)所有芯片的工作，電壓、電流牛鼻子字： STM32單片微型計(jì)算機(jī)LCD液晶顯示； 藍(lán)牙通訊定目錄一.系統(tǒng)草案一1.1主芯片方式的比較和選擇11.2測量系統(tǒng)方案的比較和選擇11.3電信系統(tǒng)方案的比較和選擇22系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理22.1整個系統(tǒng)的原理分塊圖22.

2、2系統(tǒng)各模組設(shè)定修訂32.2.1測量模塊設(shè)定修訂32.2.2發(fā)送側(cè)和接收側(cè)的模塊設(shè)定訂正32.2.3通訊模組設(shè)定修訂43競賽工作環(huán)境條件53.1解析軟件環(huán)境的設(shè)定修訂53.2儀器設(shè)備硬件平臺54測試內(nèi)容和結(jié)果54.1測試方案54.2 .測試結(jié)果和分析55作品效果總結(jié)分析66參考資料6單相用電儀器分析監(jiān)視裝置(k問題)本科班1 .系統(tǒng)方案本系統(tǒng)主要由單片微型計(jì)算機(jī)控制模塊、測量模塊、顯示模塊、通訊模塊、電源模塊構(gòu)成，分別對這些個模塊的選擇進(jìn)行討論。1.1主芯片方式的比較與選擇采用方案STC89C51單片微型計(jì)算機(jī)STC89C51是一種單片機(jī)，具有低電功耗、高性能的特點(diǎn)，具有系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)師(ISP

3、 )特性，可配合PC端的控制計(jì)程儀程序?qū)⒂脩舻某绦虿樵兠艽a下載到單片微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部。采用方案STM32單片微型計(jì)算機(jī)STM32系列可滿足高性能、低成本、低電功耗的要求。 由于STM32單片微型計(jì)算機(jī)計(jì)程儀程序具有模數(shù)化的特點(diǎn)，其界面比較簡單，而且本身具有很多功能，所以工作速度也快，并且STM32具有兩個串行口，設(shè)定要求精密性、可靠性、安全性。綜合比較這些個的方案，考慮到設(shè)定修訂方案的工作原理，方案2適用于本設(shè)定修訂。1.2測量系統(tǒng)方案的比較與選擇采用方案ADE7755ADE7755是高精度功率校正測量IC集成電路，其能夠輸出有功功率信息作為頻率，并且對溫度的靈敏度低。 由于ADE7755在云同

4、步中僅對ADC和參考源使用模擬計(jì)程儀電路，并且所有其它信號處理使用數(shù)字電路，因此能保持極高的精度和長期穩(wěn)定性。方案RN8209采用RN8209不僅可以應(yīng)用于有功功率、無功功率、有用功、無功能量的測量，還可以向云同步提供雙方獨(dú)立的有功功率和有效值、電壓有效值、線路頻率、過零等，實(shí)現(xiàn)靈活的防竊電方案。綜合比較這些個方案，選擇方案2，因?yàn)镽N8209的功能更強(qiáng)。1.3電信系統(tǒng)方案的比較和選擇采用方案RS232接口RS-232接口是全雙工數(shù)據(jù)通訊模式，其中該數(shù)據(jù)發(fā)送和接收不能由云同步進(jìn)行，并且可以確保數(shù)據(jù)發(fā)送和接收無沖突，雖然其在硬件上由方向切換來實(shí)現(xiàn)，但是RS-232具有傳輸距離有限并且傳輸率低的缺

5、點(diǎn)。采用方案RS485接口RS485的接口信號電平低于RS232，這可以避免接口電路芯片的損壞，并且該電平與TTL電平兼容，并且易于與TTL電路的連接。 因?yàn)镽S485接口是半雙工數(shù)據(jù)通訊模式，所以其傳輸距離遠(yuǎn)大于RS232的傳輸距離，且數(shù)據(jù)的最高傳輸率也可以達(dá)到10Mbps。綜合比較這些個的方案，方案2適用于本次設(shè)置修訂要求。雙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理2.1整個系統(tǒng)的原理分塊圖如圖1所示，各模塊在硬件系統(tǒng)整體中承擔(dān)著一定的作用。 其中RS485通訊模塊實(shí)現(xiàn)了STM32單片微型計(jì)算機(jī)和測量模塊的通訊。 當(dāng)測量模塊輸入數(shù)據(jù)時，STM32單片微型計(jì)算機(jī)通過RS485通訊模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。 測量模塊的數(shù)據(jù)也可

6、以同樣地經(jīng)由RS485模塊傳送到單片微型計(jì)算機(jī)，經(jīng)由藍(lán)牙通訊接收到的數(shù)據(jù)可以具體顯示在LCD液晶顯視器上圖1系統(tǒng)整體的設(shè)定修正分塊圖2.2系統(tǒng)各模組設(shè)定修訂2.2.1測量模塊設(shè)定修訂測量模塊用RN8209對電壓、火線電流和零線電流進(jìn)行采樣，測量功率、能量。圖2測量模塊的原理圖2.2.2發(fā)送側(cè)和接收側(cè)的模塊設(shè)定修改如圖3所示，發(fā)送側(cè)首先向收集模塊發(fā)送特定的報文分組，當(dāng)接收成功時以藍(lán)牙發(fā)送報文分組，當(dāng)接收失敗時返回接收側(cè)。如圖4所示，接收側(cè)首先初始化接收到的文件，之后讀出數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。 然后推一推學(xué)習(xí)牛鼻子，讀取數(shù)據(jù)，判斷按下了1-7牛鼻子的哪個牛鼻子，將數(shù)據(jù)存儲到存儲空間，停止牛鼻子返回判斷位

7、置繼續(xù)，讀取數(shù)據(jù)處理判斷。 如果沒有按下學(xué)習(xí)牛鼻子，則進(jìn)入預(yù)定徑套網(wǎng)絡(luò)鏈接，如果有預(yù)定徑套，則存儲a，B.GD數(shù)據(jù)；否則，讀取數(shù)據(jù)，判斷具體的電器產(chǎn)品，根據(jù)按鈕檢測，判斷按下了17中的哪個數(shù)量，然后將整體的狀況顯示在整個畫面上，讀取數(shù)據(jù)圖3發(fā)送側(cè)程序流程圖圖4接收側(cè)程序流程圖2.2.3通訊模組設(shè)定修訂圖5 RS485通訊模塊的原理圖STM32采用TTL電平，需要設(shè)定、修正485旋轉(zhuǎn)TTL電路，以實(shí)現(xiàn)測量模塊和電腦CPU的通訊。 RS485是一種采用差分信號邏輯、接口信號低、接口電路不易損壞的芯片，RS485接口采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾作用能力強(qiáng)，可采用半雙工運(yùn)作模式。3競賽

8、工作環(huán)境條件3.1解析軟件環(huán)境的設(shè)定修訂設(shè)置修訂過程中主要使用的軟件有microsoft visio、Altium Designer等。3.2儀器設(shè)備硬件平臺測試中使用的機(jī)器是電子星空衛(wèi)視。4測試內(nèi)容和結(jié)果4.1測試方案首先在microsoft visio中制作整個系統(tǒng)的程序流程圖，然后在Altium Designer中制作各硬件部分的原理圖，參照程序流程圖將各硬件部分焊接到通用板，用萬用表檢測各部分，沒有假焊接泄漏焊接，各大頭針正確連接在STM32單片微型計(jì)算機(jī)內(nèi)導(dǎo)入普計(jì)程儀程序，進(jìn)行整體性能指標(biāo)的測定，調(diào)整電路和查詢密碼。4.2 .測試結(jié)果和分析先按初始化牛鼻子，然后按學(xué)習(xí)牛鼻子。 將牛鼻子1保存在推一推和a區(qū)域，將牛鼻子2保存在推一推和b區(qū)域。 然后，記錄LCD液晶顯視器的數(shù)據(jù)。 如表1所示記錄數(shù)據(jù)。測試次數(shù)電源/瓦電流/mA電壓/V功率因數(shù)128233023122330.56435212330.51547302330.40459382330.950611472330.5417185683222331.000從上表的測驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，測量值滿足了主題的要求。五部作品效果的總結(jié)分析綜合上述測試結(jié)果，本設(shè)訂完成了主題基本部分的要求。 電流的測量范圍約為8mA