单相用电器分析监测装置

2017 TI杯江苏大学生电子设计大赛标题：单相电气分析和监控装置摘褥子本设计主要是由测量模块、控制模块、显示模块、电源模块、通信模块组成的单相电气分析监控设备。其中，测量模块使用RN8209进行电压、电流测量和数据传输，显示模块使用1.44英寸TFTLCD显示器，通信模块为蓝牙通信，控制模块STM32F103C8T6调整实时测量和显示电压、电流、功率和功率因素的所有芯片操作。关键字：STM32微控制器；液晶屏液晶屏液晶屏；蓝牙通信列表1.系统方案11.1主芯片程序比较和选择11.2测量系统程序比较和选择11.3通信系统程序比较和选择22系统结构和工作原理22.1系统范围的方块图22.2系统模块设计32.2.1测量模块设计32.2.2发射器和接收器模块设计32.2.3通信模块设计43竞争工作环境条件53.1设计分析软件环境53.2设备硬件平台54测试内容和结果54.1测试方案54.2测试结果和分析55作品效果摘要分析66参考资料6单相电气分析监控装置(k问题)本科生组1.系统程序该系统主要由单片机控制模块、测量模块、显示模块、通信模块、电源模块组成，下面显示了每个模块的选择。1.1主控制芯片程序比较与选择案例1:使用STC89C51微控制器STC89C51是低功耗、高性能的微控制器，可以将用户程序代码与系统可编程(ISP)功能和PC端控制程序一起下载到单片机内部，速度很快，但STC89C51只有一个串行端口，不能满足两个串行端口的发送和接收要求。案例2:使用STM32微控制器STM32系列可满足高性能、低成本和低功耗的要求。STM32微控制器程序采用模块化配置，因此界面相对简单，功能多，运行速度快，STM32具有两个串行端口以满足设计要求。具有精密、可靠、安全的特点。综合比较上述方案，考虑到设计方案的工作原理，方案2更适合本设计。1.2测量系统程序比较和选择案例1:使用ADE7755ADE7755属于高精度能量计量集成电路，它以频率输出有效功率的信息，对温度的敏感度很低。同时，ADE7755仅在ADC和基准源中使用模拟电路，所有其他信号处理使用数字电路，因此具有极高的准确度和长期稳定性。案例2:使用RN8209RN8209不仅适用于有功功率、无功、有功能量、无功能量的测量，还提供两个单独的有功功率和有效值、电压有效值、线路频率、过零中断等，从而实现灵活的防盗系统。综合这些方案，考虑到RN8209的功能更强，选择方案2。1.3通信系统程序比较和选择案例1:使用RS232介面RS232接口是一种全双工数据通信模式，在这种模式下，数据发送和接收不能同时进行，并通过硬件重定向来实现，但是RS232具有传输距离有限和传输速度低的缺点。案例2:使用RS485介面RS485的接口信号级别比RS232低，防止了接口电路芯片损坏，与TTL级别兼容，便于连接到TTL电路。RS485接口是半双工数据通信模式，因此传输距离比RS232远。最大数据传输速率也为10Mbps。综合比较上述方案，方案2更适合此设计要求。2系统结构和工作原理2.1系统范围的方块图系统范围的设计方案如图1所示，每个模块在整个硬件系统中扮演一定的角色。其中，RS485通信模块实现了与STM32单片机的测量模块通信。STM32微控制器在测量模块输入数据时通过RS485通信模块传输数据。测量模块中的数据通过RS485模块传送到单片机，通过蓝牙通信接收的数据具体显示在液晶屏上。图1系统范围的设计方块图2.2系统模块设计2.2.1测量模块设计测量模块对RN8209对电压、火线电流和零线电流进行采样，并测量功率和能量。图2测量模块原理图2.2.2发射器和接收器模块设计发射器首先向收集模块发送特定数据包，如图3所示，如果接收成功，则通过蓝牙发送数据包，如果接收失败，则返回接收方。接收端图4所示，首先初始化接收的文件，然后读取和处理数据。然后，按学习键读取数据，确定按了1-7键中的哪个键，确定数据是否存储在存储空间中，然后按键返回到判断位置。继续，读取数据并处理判断。如果没有按学习键，请转到预设部分，如果有预设，请按A，B.存储GD数据。否则，读取数据，确定特定装置，通过键测试确定按1-7的数字，在整个界面上显示整体情况，然后返回读取。图3发送方流程图4接收方流程图2.2.3通信模块设计图5 RS485通信模块结构STM32使用TTL级别设计测量模块和CPU之间的通信的485-TTL电路。RS485具有差分信号逻辑、低接口信号、接口电路损坏不容易的芯片，RS485接口具有平衡驱动器和差分接收器的组合，并且具有良好的抗噪声干扰，可以使用半双工操作模式。3竞争工作环境条件3.1设计分析软件环境设计过程中主要使用的软件包括Microsoft visio、Altium Designer等。3.2设备硬件平台用于测试的设备：万用表。4测试内容和结果4.1测试程序首先使用Microsoft visio绘制系统的整体流程图，然后使用Altium Designer绘制每个硬件部分的原理图，然后参考流程图将每个硬件部分焊接到公用板上，使用万用表检测每个部分，以确保虚拟焊接、泄漏、针脚连接正确。将程序导入STM32单片机，测量总体性能指标，并调整电路或代码。4.2测试结果和分析首先按初始化键，然后按学习键。按键1保存在a区域，按键2保存在b区域，依此类推。然后写入液晶屏上的数据。记录数据如图1所示。测试次数电源/W电流/mA电压/V功率因数128233023122330.56435212330.51547302330.40459382330.950611472330.5417185683222331.000从以上表格测试数据可以看出，测量的值符合标题要求。5作品效果摘要分析综合上述测试结果，本设计完成了主题基本部分的要求。