本装置通过软硬件的结合，实现对插座用电器开关状态的分析监测。通过电压和电流互感器结合电参数测量芯片CS5463，测量插座电源上的电流，电压，功率，功率因素等信息。主控芯片STM32F407VET6将5种用电器一共32种组合的有功功率，无功功率送入到存储芯片AT24C02中完成学习功能，同时建立含有32项数据的功率组合表。通过求取电源线上有功功率，无功功率与功率数据组合表中功率的欧氏距离，寻找最短距离的项来识别用电器的开关状态，结果可以显示在HMI串口屏上，也可通过蓝牙透传模块发送到便携式终端。

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本次设计的AD工程和源程序将会在下个月全部打包发出，而且我会对另一个组做的A题也会公开发表他们的论文

其实界面不用做的这么复杂，而且不需要用触摸屏去做，主要是为了让实物显的更容易操作和用户进行调试

[图片]当时做的实物图，界面啥的都有

[图片]这是当时做的pcb，做的很粗糙，但是好使[图片]

感兴趣的可以多多讨论[图片]

如图8所示，STM32F407核心板搭载了AMS1117-3.3，将5V转化成3.3v，输入输出两端并联了滤波电容，降低了纹波，可靠的向芯片供电。[图片]                                     图八无线通信模块如图9所示，无线通信模块使用HC-05主从一体化蓝牙透传模块，此模块既可当主机也可当从机，配对以后当全双工串口使用，无需了解复杂的蓝牙通信协议，它的通信格式是固定的，数据位8位，停止位1位，没有奇偶校验位。配对之前，只需使用简单AT指示对蓝牙名称，串口波特率，密钥进行设置，设置好的参数掉电保存，蓝牙链接以后自动切换成透传模式，通过单片机以固定的波特率向串口发送数据，在10米的范围内，便可直接发给其它蓝牙接收设备。使用简单，功耗较低。[图片]                                图九显示模块显示模块使用HMI串口屏，HMI是HumanMachineInterface的缩写，即人机界面，是系统和用户进行交互的媒介。这种显示屏如图10所示可以通过自带开发工具USARTHMI开发GUI，并可以可通过微控制器的串口发送数据对控件上的参数进行修改，通过发送不同的指示实现不同的功能，任何具备串口的微控制器都可以流畅运行。通过模拟器运行，在电脑上观察模拟串口的输入输出，以及控件值的变化，这无疑大大加快了电子工程师的开发效率。此装置具体使用了陶金池2.4寸USARTHMI串口触摸屏。具体来说，有以下特点：1.使用字符串指示，例如t0.txt=“南京晓庄学院”，字符串指示比十六进制指示更方便开发，代码简单易读，从而提升开发速率。2.数据结构简洁，使用字符串指示+结束符的数据格式。3.产品使用“C语言”风格指示。4.控件属性赋值支持简易运算，比如运算方式可以这么写：j0.val=j0.val+10。5.具有触控功能，人机交互方便。6.屏幕固件自动升级，功能可以随厂家的更新而增加。[图片]                                    图十

主控模块主控模块使用了STM32F407VET6核心板，在电路中涉及到的引脚及作用：VDD：电源正端输入，接3.3V；GND：电源地端；PD0/OSCIN、PD1/OSCOUT:接的是晶振；NRST:复位电路；D0：接CS5463上SCLK；引脚D1：接CS5463上SDI引脚；D4：接CS5463上CS引脚；D5：接CS5463RST引脚;引脚A9、A10：接蓝牙模块TX，RX端；引脚A2、A3：接HMI串口屏TX，RX端；引脚B8、B9：接AT24C02的SCL，SDA端。STM32F407VET6芯片特点是：使用了高性能ARM的CortexM432位内核，可以在1.8V~3.6V电压下工作，工作频率高达168兆赫。芯片内部包含12KBFLASH，4KBSRAM的存储空间，包含3路12位AD，2路12位DA，含有SPI，IIC,USART等接口，含有两个用于电机控制的PWM定时器、两个通用32位定时器。真随机数发生器（RNG）。同时它的引脚可以实现复用，功能齐全，使用方便。正是由于里面有丰富的外设配置，超强的信号运算能力，相对低廉的价钱，较低的功耗，丰富的开发工具，使得STM32单片机经常应用于智能家居、医疗电子、汽车电子、工业设备。STM32F407完全满足了装置的计算要求，功耗要求。数据存储模块如图6所示，AT24C02是一个CMOSE2PROM，可以存储256个字节，可以工作在2.7V至7V宽电压范围内，具有100万次擦写周期，掉电不丢失数据，数据保存可达100年，结构简单，可靠便宜。使用数据传送协议I2C与单片机通信，考虑到本装置最大支持5种用电器，共32种状态组合，每种组合包括有功功率，无功功率共八个字节数据，一共256个字节，AT24C02完全满足了存储的要求。[图片]                                     图六电源模块如图7所示，系统供电使用了HLK-PM01开关电源220V转5V模块，在100-240V宽输入电压下，稳定输出5V电压，最大提供1A输出电流，满载效率>=70%,如果在输出端并联10微法电解电容，0.1微法瓷片电容，输出纹波小于等于50mv，可以可靠的对此装置供电。[图片]                                   图七

1电参数采集模块电参数采集模块由电压互感器，电流互感器和电能计量芯片组成。其中，电压互感器，电流互感器将电源线上的电压电流转换成小电压信号送入CS5463电能计量芯片测量。电压互感器：如图2所示使用ZMPT101K2mA/2mA精密电流型电压互感器。[图片]                                                       图2电压互感器原理图电流互感器：如图3所示使用CT20310A/10mA精密电流互感器，变压比1000:1，额定输入电流10A，额定输出电流10mA。[图片]                                                   图3电流互感器原理图CS5463：CS5463可以应用在家庭用户的电能测量中，它价格低廉、测量精确、安装方便。在1000:1的的动态范围内，线性度可达0.1%。功耗非常低，小于12mW。该集成芯片可精确测量瞬间电流和电压，并由此计算出瞬时功率、电流有效值、电压有效值、有功功率、视在功率、无功功率、基波功率、谐波功率、功率因数以及电压频率。CS5463的内部结构如图4所示，经过电阻分压或者电压互感器的到的小电压信号送入VIN+和VIN-引脚两端，经过10倍放大，再通过二阶Δ－Σ调制器数模转化来得到二进制数据[3]。经过低成本分流电阻或电流互感器相连可的到的小电压信号送入IN+和IN-引脚两端，经过10倍或50倍放大，再通过二阶Δ－Σ调制器模数转化来得到二进制数据。然后对数据进行低通滤波，滤除高频噪音。该芯片可以选择加入高通滤波器通路，去除信号的的直流成分。任意一个通道中的高通滤波器如果不用，则这通道将启动全通滤波器，电压和电流的信号之间的相位关系不被改变。电压有效值和电流有效值是利用最近的N(N值放在周期计数寄存器中)个瞬态电压/电流采样值计算，这些值可从Vrms和Irms寄存器中读出。瞬时功率是通过瞬时电压和瞬时电流的数据相乘得到，视在功率是通过电压有效值和电流有效值相乘得到，N个瞬时功率平均计算出有功功率的值，功率因素是有功功率与视在功率的比值。[图片]                                      图4CS5463内部结构图CS5463集成有一个简单的三线串行接口(SPI)，包括同步时钟SCLK和两条数据线SDI、SDO，可以方便的与外界设备进行交流。该接口主要通过三根线以及SPI传输协议进行数据传输，通过访问内部寄存器读取数据，CS5463内部寄存器都是24位,电压，电流，功率数据以24位补码形式存储。电参数采集模块原理图如下图5所示，VIN+,VIN-,IN+,IN-引脚与电压互感器，电流互感器的输出端串联接入470欧姆电阻，并且每个通道放入了三个瓷片电容，他们的目的有两个，一是限流，保护引脚不被烧坏。二是电阻电容构成RC低通滤波器，滤除信号中的高频噪声，提高测量结果的精确度。在每个电源引脚下都并联瓷片电容，滤除电源中的干扰毛刺，保证CS5463电能计量芯片稳定工作。XIN，XOUT接入4.096M晶振，为电能芯片提供时钟信号。[图片]                                                        图5电参数采集模块图