小編大學(xué)期間共參加了三次省級(jí)/國(guó)家級(jí)的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽/單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)大賽，均獲得了一等獎(jiǎng)，現(xiàn)分享出來(lái)。本文分享的是我們團(tuán)隊(duì)參加2017年國(guó)賽做的單相用電器分析監(jiān)測(cè)裝置，這個(gè)比賽我們團(tuán)隊(duì)獲了省一等獎(jiǎng)，不是國(guó)家級(jí)一等獎(jiǎng)，篩選出省一之后，還要進(jìn)一步篩選，有個(gè)綜合測(cè)評(píng)，隊(duì)友太給力，綜測(cè)成績(jī)也挺好的，但是還是由于比賽的得分太低了，沒(méi)辦法派出去評(píng)國(guó)獎(jiǎng)，唉。

競(jìng)賽題目

每年的TI杯電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽都會(huì)出好幾個(gè)題，這次比賽我們選的是題目——單相用電器分析監(jiān)測(cè)裝置。該題題目及要求如下：

方案的選擇及比較

一、系統(tǒng)框圖

該系統(tǒng)有兩部分組成：主機(jī)及從機(jī)。

主機(jī)以STM32為主控制器，通過(guò)SPI與ATT7022電能采集模塊進(jìn)行通信。ATT7022模塊負(fù)責(zé)采集用電器的一些電源參數(shù)，如電壓，電流，有功功率，無(wú)功功率等。我們判斷用電器狀態(tài)需要用到的參數(shù)是有功功率，經(jīng)過(guò)一定的判斷算法判斷用電器的工作狀態(tài)，然后將判斷好的用電器的狀態(tài)通過(guò)ZigBee無(wú)線模塊發(fā)送給從機(jī)。

從機(jī)也是以一片STM32為主控制器，將主機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的用電器的工作狀態(tài)發(fā)送至串口屏上進(jìn)行顯示。

我們采用主從結(jié)構(gòu)的原因是因?yàn)轭}目的發(fā)揮部分有要求：

方案選擇的分析如下：

一、電能計(jì)量芯片的選擇

1、電能信息采集模塊主要是由電能采集芯片 ATT7022、電壓互感器、電流互感器三部分組成。主要負(fù)責(zé)采集電壓、電流數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)化為功率、電能信息，將用電信息存儲(chǔ)于 ATT7022 的寄存器。

2、該芯片即可用于三相交流電的采集也可用于單相交流電的采集， ATT7022E 集成了 7 路 Sigma-delta ADC、參考電壓電路以及所有功率、能量、有效值、功率因數(shù)及頻率測(cè)量的數(shù)字信號(hào)處理等電路，能夠測(cè)量各相以及合相的有功功率、無(wú)功功率、視在功率、有功能量及無(wú)功能量，同時(shí)還能測(cè)量各相電流、電壓有效值、功率因數(shù)、相角、頻率等參數(shù)，充分滿(mǎn)足單相用電器監(jiān)測(cè)裝置的需求。

3、在輸入 220V 交流電壓經(jīng) 6 個(gè) 22k 電阻進(jìn)行分壓，經(jīng)電壓互感器后接的精密檢流電阻接入 ATT7022E 檢測(cè)引腳，輸入電流經(jīng)電流互感器進(jìn)行 1000：1 分流經(jīng)檢流電阻接入 ATT7022E 的檢流引腳。電壓互感器和電流互感器將高電壓進(jìn)行隔離，很好的起到保護(hù)作用。ATT7022E 模塊由外部晶振及基本的外圍配置電阻電容組成最小系統(tǒng)。

二、用電器狀態(tài)判斷

1、根據(jù)題意的要求電器的電流范圍為0.005A-10.0A通過(guò)公式P=UI計(jì)算知，我們選擇電器的功率范圍1.1-2200W。

2、對(duì)于可識(shí)別的工作電器總數(shù)不低于7，且電流《5mA的大于5件，我們通過(guò)ATT7022電能芯片采集并傳輸?shù)玫礁鱾€(gè)用電器的工作狀態(tài)。

3、我們將收到的電器參數(shù)通過(guò)Zigbee傳輸顯示在液晶界面（time《=2s）。

4、第四點(diǎn)也是我們重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的步驟，由于需要實(shí)時(shí)指示當(dāng)前用電器的情況，我們通過(guò)單片機(jī)讀回的總功率去匹配不同用電器使用的功率和從而得出結(jié)果。通過(guò)對(duì)比了羅列法，窮舉法，以及二進(jìn)制模擬法。

（1）羅列法的實(shí)現(xiàn)太過(guò)于復(fù)雜，需將所有組合羅列并放在一個(gè)數(shù)組里面，太耗時(shí)間，太過(guò)繁瑣。

（2）窮舉法，通過(guò)算法能夠快速得到我們所需要的結(jié)果，但是在相同功率不同用電器使用數(shù)的情況下，它并不能反應(yīng)出我們實(shí)際的電器使用數(shù)。

（3）二進(jìn)制模擬法，通過(guò)該方法我們將用電器的打開(kāi)，關(guān)閉，分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制的0與1。通過(guò)C語(yǔ)言for循環(huán)遍歷數(shù)組，從而得出我們預(yù)期的結(jié)果。如圖所示我們通過(guò)二進(jìn)制模擬，可以很清楚的看到用電器狀態(tài)。

三、主、從機(jī)之間的通信

主從機(jī)之間通過(guò)ZigBee無(wú)線模塊進(jìn)行通信，ZigBee模塊與主控之間通過(guò)串口連接。主機(jī)通過(guò)ZigBee模塊往從機(jī)發(fā)送特定格式的字符串?dāng)?shù)據(jù)，從機(jī)使用中斷的方式進(jìn)行接收數(shù)據(jù)，然后在后臺(tái)解析數(shù)據(jù)并刷新數(shù)據(jù)至串口屏上。

主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)：

從機(jī)接收數(shù)據(jù)：

從機(jī)解析并顯示數(shù)據(jù)：

四、屏幕界面圖

這是我們的屏幕界面，用的是串口屏，串口屏我們用得很多，因?yàn)楹芊奖愕剡M(jìn)行顯示，而且顯示效果也比較好。

責(zé)任編輯：haq