基于stm32的单相用电器分析监测系统设计【字数：9367】
摘 要随着物联网的快速发展，智能家电的水平越来越高，用电状态分析和监控是智能电网的重要组成部分。基于智能电能表的主功率控制模式是室内电气控制的主要模式。本次设计中，控制模块选择了STM32 F103单片机，然后以此为基础分别设计了电源、测量与显示三大模块。本设计通过在运行过程中，电能计量芯片CS5463测量系统电路中运行的电压、电流变化数据，然后再将电力参数监测系统算法应用于主控制模块上，得出单相电器的类型和工作状态，并显示及报警。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究意义 1
1.3 国内外研究现状 2
1.3.1 智能用电控制国内外研究现状 2
1.3.2 低压断路器国内外研究现状 2
第二章 方案研究与制定 3
2.1 系统基本计量原理 3
2.1.1 有功功率计量 3
2.1.2 系统信号采样方法 3
2.2 目标功能 3
2.3 设计原理 4
2.4 硬件设计内容 5
2.5 芯片选型 6
第三章 系统的软硬件设计 8
3.1系统整体设计方案 8
3.2系统硬件及各部分电路设计 8
3.2.1 电源的设计 8
3.2.2 电参数测量模块的设计 9
3.2.3 STM32最小系统电路 10
3.2.4 显示电路 10
3.2.5 报警电路 11
3.3系统软件设计 11
3.3.1 主程序 11
3.3.2 信号采集与处理程序 13
3.3.3 待机智能识别与处理子程序 13
3.3.4 报警更新子程序 14
第四章 测试方案及结果 16
4.1 系统调试 16
4.2 测试设备与方法 17
4.3 测试数据 18
结束语 19
致 谢 20
参考文献 21
第一章 绪论
1.1 研究背景
电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
能是现代居民使用最广泛的能源之一。随着我国经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，高能耗家电大量涌入千家万户，城乡居民用电量持续上升。创行业最高增速。城乡居民用电量占全国用电量的12.8%。因此，如何实现居民合理的效率、经济和环境保护一直是人们讨论的问题。这是一个重要的研究课题。电场主要包括生产、运输、分布和应用四个环节，电能的生产、传输和变压分布技术成熟，智能电气设备渗透率不高。随着物联网的快速发展，智能家电的水平越来越高，在电力大数据的背景下，用电状态分析和监控是智能电网的重要组成部分，具有重要的意义。电器的分析和监控方法主要分为侵入性和非侵入性两种。传统的侵入式监控方法为了获取电力数据，需要安装在每台电器的电气参数采集装置上，当由多台电力设备的监控系统进行时，成本太高，也不便于维护和管理。针对上述不足，提出了一种无创监测方法，利用电力参数监测系统的算法分析，确定各种电器的类型和工作状态，硬件要求较低，主要依靠强大的数据库和数据处理算法。近年来，国内外高校和科研机构纷纷投资研究家电无创监控技术，取得了一定的效益。
1.2 研究意义
单相电器监控装置的分析基于全国大学生电子设计大赛2017 K的背景,设计和生产的无创监测设备与电器进行了分析,并能根据电气参数在同一路线信息分析与电器类别和工作状态。该装置有两种工作模式，一为学习模式，二为分析和监测模式。在学习模式下，对同一电路中单个设备的各种电气特性参数进行测试和存储。在分析和监控模式下，实时显示各设备的类型和工作状态。系统采用STM32单片机直接控制专用集成电路CS5463，完成电压、电流、功率因数等参数的测量。与传统的基本元件和信号采集卡相比。利用电压和电流互感器获取线路的电气参数信息，通过串口传输给STM32单片机，对同一线路上各设备的特性电气参数进行测试和存储。根据线路电气参数的变化情况，通过对单台设备的特性参数进行比较，判断单台设备的类型和工作条件。系统采用2000:1变压器和精确电阻测量电流，使电流测量的精度达到1mA，可避免使用电气设备在其电流扰动时正常工作，提高系统工作的准确性。
1.3 国内外研究现状
1.3.1 智能用电控制国内外研究现状
上世纪末，电气专家Lutolf首次提出了家庭智能控制的概念，并通过控制不同电气设备的母线连接，将其定义为家庭范围内，实现了舒适性、方便性和安全性。家庭事务安全管理。winkler指出，智能家居意味着用户可以方便地使用控制系统来实现独立的生活管理和家庭业务，使家庭智能电源控制具有更清晰的设计目标。Sattaion等人以此为基础，对传统的智能家居进行了重新定义，使程序运行更加简洁，更利于操作；该设计的智能家居系统还实现了普通用户、家族企业等不同使用环境的分类操作与管理。
还可以在家庭内部形成网络，在设施和用户之间可以实现设施和用户之间的联系、交互。自2010年以来，中国在家庭无线网络智能控制领域实现了多元化，家居风格智能家居主要以移动操作系统的形式出现。王超等人利用ZigBee无线通信技术，在触摸屏控制面板上创建了智能家电的星形网络，并对可控元件进行集中控制。我们设计了基于Android系统的一种携带更加方便也更易于控制的智能家居系统；该系统的组成结构包括主控制器、智能终端、家电设备、热水器等家电开关控制。彭建生设计了一款基于Symbian系统的智能家居控制器，可直接对家居环境进行远程控制。事实上，纵观智能家居的发展历程也可以发现，在智能家居的发展早期，多是以小区为单位集中控制，运行成本高昂，推广难度大。对于单单元和不同的网络技术，智能家电的开关控制是通过远程控制技术实现的。家用电器的集中控制系统从未出现过。
1.3.2 低压断路器国内外研究现状
我国智能家居系统的发展早期，控制系统主要是以51系列单片机为主，以断路器为例，当前我国的低压断路器的发展仍然是依赖第三代、第四代断路系统的发展与完善，从而不断提升我国低压断路器的应用水平。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究意义 1
1.3 国内外研究现状 2
1.3.1 智能用电控制国内外研究现状 2
1.3.2 低压断路器国内外研究现状 2
第二章 方案研究与制定 3
2.1 系统基本计量原理 3
2.1.1 有功功率计量 3
2.1.2 系统信号采样方法 3
2.2 目标功能 3
2.3 设计原理 4
2.4 硬件设计内容 5
2.5 芯片选型 6
第三章 系统的软硬件设计 8
3.1系统整体设计方案 8
3.2系统硬件及各部分电路设计 8
3.2.1 电源的设计 8
3.2.2 电参数测量模块的设计 9
3.2.3 STM32最小系统电路 10
3.2.4 显示电路 10
3.2.5 报警电路 11
3.3系统软件设计 11
3.3.1 主程序 11
3.3.2 信号采集与处理程序 13
3.3.3 待机智能识别与处理子程序 13
3.3.4 报警更新子程序 14
第四章 测试方案及结果 16
4.1 系统调试 16
4.2 测试设备与方法 17
4.3 测试数据 18
结束语 19
致 谢 20
参考文献 21
第一章 绪论
1.1 研究背景
电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
能是现代居民使用最广泛的能源之一。随着我国经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，高能耗家电大量涌入千家万户，城乡居民用电量持续上升。创行业最高增速。城乡居民用电量占全国用电量的12.8%。因此，如何实现居民合理的效率、经济和环境保护一直是人们讨论的问题。这是一个重要的研究课题。电场主要包括生产、运输、分布和应用四个环节，电能的生产、传输和变压分布技术成熟，智能电气设备渗透率不高。随着物联网的快速发展，智能家电的水平越来越高，在电力大数据的背景下，用电状态分析和监控是智能电网的重要组成部分，具有重要的意义。电器的分析和监控方法主要分为侵入性和非侵入性两种。传统的侵入式监控方法为了获取电力数据，需要安装在每台电器的电气参数采集装置上，当由多台电力设备的监控系统进行时，成本太高，也不便于维护和管理。针对上述不足，提出了一种无创监测方法，利用电力参数监测系统的算法分析，确定各种电器的类型和工作状态，硬件要求较低，主要依靠强大的数据库和数据处理算法。近年来，国内外高校和科研机构纷纷投资研究家电无创监控技术，取得了一定的效益。
1.2 研究意义
单相电器监控装置的分析基于全国大学生电子设计大赛2017 K的背景,设计和生产的无创监测设备与电器进行了分析,并能根据电气参数在同一路线信息分析与电器类别和工作状态。该装置有两种工作模式，一为学习模式，二为分析和监测模式。在学习模式下，对同一电路中单个设备的各种电气特性参数进行测试和存储。在分析和监控模式下，实时显示各设备的类型和工作状态。系统采用STM32单片机直接控制专用集成电路CS5463，完成电压、电流、功率因数等参数的测量。与传统的基本元件和信号采集卡相比。利用电压和电流互感器获取线路的电气参数信息，通过串口传输给STM32单片机，对同一线路上各设备的特性电气参数进行测试和存储。根据线路电气参数的变化情况，通过对单台设备的特性参数进行比较，判断单台设备的类型和工作条件。系统采用2000:1变压器和精确电阻测量电流，使电流测量的精度达到1mA，可避免使用电气设备在其电流扰动时正常工作，提高系统工作的准确性。
1.3 国内外研究现状
1.3.1 智能用电控制国内外研究现状
上世纪末，电气专家Lutolf首次提出了家庭智能控制的概念，并通过控制不同电气设备的母线连接，将其定义为家庭范围内，实现了舒适性、方便性和安全性。家庭事务安全管理。winkler指出，智能家居意味着用户可以方便地使用控制系统来实现独立的生活管理和家庭业务，使家庭智能电源控制具有更清晰的设计目标。Sattaion等人以此为基础，对传统的智能家居进行了重新定义，使程序运行更加简洁，更利于操作；该设计的智能家居系统还实现了普通用户、家族企业等不同使用环境的分类操作与管理。
还可以在家庭内部形成网络，在设施和用户之间可以实现设施和用户之间的联系、交互。自2010年以来，中国在家庭无线网络智能控制领域实现了多元化，家居风格智能家居主要以移动操作系统的形式出现。王超等人利用ZigBee无线通信技术，在触摸屏控制面板上创建了智能家电的星形网络，并对可控元件进行集中控制。我们设计了基于Android系统的一种携带更加方便也更易于控制的智能家居系统；该系统的组成结构包括主控制器、智能终端、家电设备、热水器等家电开关控制。彭建生设计了一款基于Symbian系统的智能家居控制器，可直接对家居环境进行远程控制。事实上，纵观智能家居的发展历程也可以发现，在智能家居的发展早期，多是以小区为单位集中控制，运行成本高昂，推广难度大。对于单单元和不同的网络技术，智能家电的开关控制是通过远程控制技术实现的。家用电器的集中控制系统从未出现过。
1.3.2 低压断路器国内外研究现状
我国智能家居系统的发展早期，控制系统主要是以51系列单片机为主，以断路器为例，当前我国的低压断路器的发展仍然是依赖第三代、第四代断路系统的发展与完善，从而不断提升我国低压断路器的应用水平。
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