謝軍

摘要：該設(shè)計通過電渦流傳感器檢測電流，以STM32F103C8T6作為核心控制器，外擴(kuò)ESP8266-01芯片進(jìn)行WIFI無線通信，軟件設(shè)置電流最大限制，利用手機(jī)進(jìn)行監(jiān)控電流的變化，當(dāng)電流超過設(shè)置最大限值，繼電器斷開，蜂鳴器響和LED亮，負(fù)載斷電。從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程檢測電流和保護(hù)電路的目的。因此，它比較適合未來電源管理系統(tǒng)的運(yùn)用，擁有很大的市場前景。

關(guān)鍵詞：STM32；電量檢測；WIFI

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）29-0080-02

隨著社會的發(fā)展，在一些場合對設(shè)備電流的檢測要求也越來越高，并且呈智能化、無線化及互聯(lián)型發(fā)展。在當(dāng)前市場上，對于設(shè)備電流的檢測均采用有線方式或者采用藍(lán)牙等近距離無線方式，而采用WIFI上傳到服務(wù)器的甚少。本次設(shè)計將采用WIFI把下位機(jī)采集到的電流數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，通過手機(jī)App查看信息。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)工作原理

單片機(jī)系統(tǒng)包括3個部分，第一部分，數(shù)據(jù)采集中的功率、三相電源參數(shù)的變壓器電壓和電流互感器兩個同步數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，上位機(jī)可以通過分析了解相關(guān)參數(shù)，可以進(jìn)行報表分析。第二部分，可以設(shè)定或者整理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。因?yàn)楸驹O(shè)備是通用型的，可以更改數(shù)據(jù)，來滿足不同的用戶的需要，使設(shè)備更加具有競爭力，例如我們可以設(shè)置電壓、過電流等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的修改是靈活的，還有，也可以通過上位機(jī)來修改參數(shù)，都是可以的。第三部分，可以智能檢測，通過這個模塊的檢測和采集模塊收集到的數(shù)據(jù)，當(dāng)中間環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時，那么下層設(shè)備就會向上位機(jī)傳達(dá)危險信號。

2 硬件設(shè)計

2.1 主控電路設(shè)計

STM32F103C8T6是 一款32位的單片機(jī)，該單片機(jī)價格低廉，性能高。并且在功耗上相對于其他單片機(jī)更加低。所以該單片機(jī)適合低功耗以及對性能要求不高的場合，在本次設(shè)計中選擇了該單片機(jī)。如圖2為STM32F103單片機(jī)最小系統(tǒng)圖。

2.2 電源電路設(shè)計

本系統(tǒng)單片機(jī)處理使用的電源電壓為直流3.3V，而我們系統(tǒng)的輸入電壓是交流220V的市電，所以電源電路采用AC To DC模塊將交流220V電壓轉(zhuǎn)為直流12V，使用7805作為二級穩(wěn)壓輸出直流5V，再使用ASM1117-3.3V電源芯片將直流5V電壓轉(zhuǎn)為直流3.3V。如圖3所示。PWR1為交流220V輸入。LED1為電源指示燈。

2.3 電流檢測電路設(shè)計

電路檢測采用的是電流互感器，該方案通過電流互感進(jìn)行測量，是一種非接觸的形式進(jìn)行，相比較其他形式的直接測量要安全可靠。如圖4所示，L1為電流互感器，被測電線穿過該傳感器，電流傳感器感應(yīng)產(chǎn)生交變電壓信號。使用D1開關(guān)二極管1N4148單玻整流，使用E4為濾波電容，R6電阻為電容電壓釋放電阻。Z3為3.3V穩(wěn)壓二極管，保證單片機(jī)AD引腳采集的電壓信號不超過3.3V，保護(hù)單片機(jī)不受損壞。該電路利用了交流單波整流原理，原理簡單，性能可靠。

2.4 WIFI通訊電路的設(shè)計

在本系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸，采用WIFI模塊進(jìn)行下位機(jī)與服務(wù)器的連接。WIFI通訊電路使用ESP8266芯片設(shè)計，該芯片具有功耗低、設(shè)計簡單、外圍器件少等優(yōu)點(diǎn)，如圖5 為ESP8266電路原理圖。

3 軟件設(shè)計簡介

本系統(tǒng)軟件的設(shè)計使用模塊化思想進(jìn)行編寫，主要分為系統(tǒng)初始化、WIFI通訊模塊以及主程序程序模塊。在主程序中主要采集和處理電流值，并通過WIFI電路將處理過后的電流值發(fā)送到服務(wù)器上，在手機(jī)APP上顯示當(dāng)前實(shí)時電流值。

3.1 程序流程圖

1）系統(tǒng)主程序流程圖如圖6所示。

上電先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，這里面主要包括對STM32系統(tǒng)時鐘的初始化、AD的初始化以及串口通訊的初始化。初始化結(jié)束后判斷WIFI模塊是否在透傳狀態(tài)，如果在透傳狀態(tài)，退出透傳狀態(tài)，然后連接服務(wù)器。連接成功后判斷是否接受數(shù)據(jù)，不接受數(shù)據(jù)則直接把上次的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器。根據(jù)與上限值的比較判斷是否進(jìn)行聲光報警。

3.2 主要控制函數(shù)說明

3.2.1 電流采集函數(shù)

本程序通過ADC讀取電流采集模塊的模擬電壓值，然后計算出電流。在子程序Get_Adc_Average中，對ADC進(jìn)行采集10次然后求平均值。這樣可以保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。改程序通過time變量進(jìn)行判斷，每隔100ms進(jìn)行采集一次。保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時性。具體電流采集程序如下程序1。

4 結(jié)束語

此次設(shè)計使用STM32F103單片機(jī)為核心，使用ESP8266芯片為通訊芯片，完成了一款遠(yuǎn)程電流檢測的監(jiān)控?？梢赃h(yuǎn)程觀察查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，后期可以修改軟件，測量出電量等信息。也可進(jìn)一步擴(kuò)展電路板功能，未來可以實(shí)現(xiàn)對電源的遠(yuǎn)程智能管理。

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