2017年TI杯江蘇省大學生電子設計競賽題目：單相用電器分析監測裝置摘要本設計是單相用電器分析監測裝置，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皎現對電壓，電流的測量與數據的送出，顯示模塊采用1.44寸TFTLCD夜晶顯示屏，通訊模塊是藍牙通訊，并通過控制模塊STM32F103C8T6調全部芯片工作，能實現電壓、電流、功率和功率因素的實時測量和顯示。關鍵字：STM32I片機；LCD液晶顯示；藍牙通訊TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument".系統方案 1主控芯片方案的比較與選擇 1測量系統方案的比較與選擇 1通訊系統方案的比較與選擇 2\o"CurrentDocument"系統結構與工作原理 2系統總體原理框圖 2系統各模塊設計 3測量模塊設計 3發送端和接收端模塊設計 3通訊模塊設計 3\o"CurrentDocument"競賽工作環境條件 4設計分析軟件環境 4儀器設備硬件平臺 4\o"CurrentDocument"測試內容及結果 4測試方案 4．測試結果及分析 4作品成效總結分析 5參考資料 5單相用電器分析監測裝置（K題）【本科組】.系統方案本系統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STC89C51^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內部，而且速度快，但是STC89C5似有一個用口，不符合發送與接收兩個串口的要求。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，考慮到設計方案工作原理，方案二更適合于本設計。測量系統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ADCK基準源中使用模擬電路，其他所有信號處理都使用數字電路，所以能保持極高的準確度及長期穩定性。方案二：采用RN8209RN820杯僅能夠應用于有功功率、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，所以選擇方案二。通訊系統方案的比較與選擇方案一：采用RS2328口RS232接口是全雙工數據通訊模式，其數據的收發不能同時進行，可保證數據收發的不沖突，硬件上是通過方向切換來實現的，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?口是半雙工數據通訊模式,所以其傳卒&距離比RS232的傳輸距離遠得多.數據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計要求。2系統結構與工作原理系統總體原理框圖系統總體設計方案如圖1所示，每個模塊在整個硬件系統中承擔著一定的作用。其中RS485通信模塊實現了STM3印片機與測量模塊的通信。當測量模塊輸入數據時，STM3印片機就將數據通過RS485通信模塊送出。測量模塊的數據同樣能通過RS485模塊下傳給單片機，然后通過藍牙通訊將接受的數據具體的顯示在LCD液晶顯小屏上。圖1系統總體設計框圖系統各模塊設計測量模塊設計測量模塊由RN8209對電壓，火線電流及零線電流的采樣，并對功率,能量進行測量。圖2測量模塊原理圖發送端和接收端模塊設計發送端如圖3所示，首先給采集模塊發送特定的數據包，若接收成功，則通過藍牙發送數據包，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，之后讀取并處理數據。接著若按下學習鍵，則讀取數據并判斷是 1-7鍵哪個鍵按下，數據存儲在存儲空間中，若停止按鍵，則返回判斷位置；如繼續，則讀取數據并處理判斷。如果沒有按下學習鍵，則進入預設環節，若有預設，則存儲A,B...GD數據；若沒有，讀取數據并判斷具體電器，通過按鍵檢測，判斷按下 1-7哪個數，之后將總體情況顯示在總體界面上，并返回到讀取數據端。圖3發送端流程圖 圖4接收端流程圖通訊模塊設計圖5RS485通訊模塊原理圖

STM32采用STM32采用TTL電平，為實現測量模塊與CPU實現通信需要設計一款485轉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競賽工作環境條件設計分析軟件環境設計過程中主要使用的軟件有： microsoftvisio、AltiumDesigner等。儀器設備硬件平臺測試所使用的儀器設備有：萬用表。4測試內容及結果4.1測試方案首先用microsoftvisio 畫出系統總體的流程圖，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。將程序導入STM32單片機內，進行總體性能指標的測量，調整電路或代碼。.測試結果及分析首先按下初始化鍵，接著按下學習鍵。若按下鍵1,則存儲在A區，若按下鍵2,則存儲在B區，以此類推。然后記錄LCD夜晶顯示屏上的數據。記錄數據如表格1。測試次數功率/W電流/mA電壓/V功率因數

128233023122330.56435212330.51547302330.40459382330.950611472330.5417185683222331.000從上表測試數據中可以看出，測得值符合題目要求。5作品成效總結分析綜合上述測試結果，本設計完成了題目基本部分的要求