互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，給人們生活帶來(lái)了便捷，如市場(chǎng)各種類型智能產(chǎn)品，有智能數(shù)碼、智能家電、智能安防等，每種領(lǐng)域智能產(chǎn)品的應(yīng)用，都在倡導(dǎo)碳經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保的理念，就拿家用電器來(lái)說(shuō)，追求的是節(jié)能減少耗電，而今天要講到的產(chǎn)品就是前面提到的理念而設(shè)計(jì)，接下來(lái)看看智能
計(jì)量插座設(shè)計(jì)方案有哪些可實(shí)施，基于Android應(yīng)用設(shè)計(jì)是其中之一。
目前市場(chǎng)上有許多計(jì)量插座，這些插座的功能也大同小異。然而，目前這些智能插座的設(shè)計(jì)主要針對(duì)提供保護(hù)、監(jiān)測(cè)或控制等單一功能，難以實(shí)現(xiàn)智能化和遠(yuǎn)程控制，難以實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)，無(wú)法滿足要求。
考慮到這一點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)的計(jì)量插座不僅具備市面上常見(jiàn)智能插座的功能，還具備遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)了用電量的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，能夠滿足您的消費(fèi)需求，及智能家居發(fā)展方向和要求。
一、總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述
1.1 整體系統(tǒng)配置
智能計(jì)量插座主要由MCU控制單元、計(jì)量模塊、WiFi模塊、繼電器控制、液晶顯示電路等部分組成。
1.2 電路的基本工作原理和主要功能
系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量模塊采集功率、電壓、功率、電流等相關(guān)功率數(shù)據(jù)，并傳送給MCU進(jìn)行處理。MCU將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)WiFi模塊發(fā)送給手機(jī)用戶。手機(jī)用戶可以實(shí)時(shí)查看電量、電壓、功率、電流等。能夠監(jiān)控家庭用電量的數(shù)據(jù)，同時(shí)，用戶可以通過(guò)手機(jī)遠(yuǎn)程控制計(jì)量插座，通過(guò)手機(jī)向WiFi模塊發(fā)送指令，WiFi模塊將控制指令發(fā)送給MCU主控芯片，中斷和定時(shí)功能。
二、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 電源電路
系統(tǒng)采用電容降壓方式，將220V市電通過(guò)CBB電容和齊納二極管直接轉(zhuǎn)換為5VDC給繼電器和測(cè)量芯片供電。再通過(guò)穩(wěn)壓管將5V電壓降壓至3.3V，為主控芯片等模塊供電。
2.2 MCU微控制單元電路
MCU微處理器采用STM型號(hào)芯片，是一款8位低功耗微控制器，具有 5 種低功耗模式、高級(jí) STM8 內(nèi)核、32 kHz 和 1-16 MHz 晶體振蕩器。它也有4個(gè)通道，分別是ADC、DAC、SPIS和W2C，還有一個(gè) USART接口，具有高達(dá) 64 KB 的閃存、高達(dá) 2 KB 的數(shù)據(jù) EEPROM、ECC、RWW 和靈活的讀/寫(xiě)保護(hù)模式。
2.3 計(jì)量模塊電路
測(cè)量模塊使用的測(cè)量芯片，本模塊提供電表三項(xiàng)所需的有功功率、無(wú)功功率和無(wú)功電能、電壓有效值、電流有效值和頻率參數(shù)，并支持軟件抄表。通過(guò)SFR寄存器和中斷，數(shù)字信號(hào)處理部分可以配置儀表校準(zhǔn)參數(shù)和讀取儀表參數(shù)。測(cè)量結(jié)果通過(guò)儀表的儀表脈沖輸出FR/QF引腳輸出，可直接接標(biāo)準(zhǔn)儀表進(jìn)行誤差比較。
2.4 繼電器控制電路
該系統(tǒng)使用繼電器來(lái)控制電器的開(kāi)/關(guān)。繼電器是常用的控制設(shè)備。
正常情況下，處理器的I/O口為低電平，NPN三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)沒(méi)有電流流過(guò)繼電器線圈，因此繼電器L-IN和L-OUT常閉。電器產(chǎn)品處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)電器需要斷開(kāi)連接時(shí)，I/O 端口設(shè)置為高電平，NPN 晶體管導(dǎo)通。此時(shí)繼電器的線圈中有電流流過(guò)，故繼電器的L-IN和L-OUT常開(kāi)，電源被切斷。
三、
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，在編程中采用模塊化、層次化的設(shè)計(jì)技術(shù)，使程序更加可靠，方便開(kāi)發(fā)者調(diào)試和維護(hù)。程序功能模塊包括程序初始化模塊、計(jì)量芯片主控模塊、計(jì)量參數(shù)校正、液晶顯示模塊、按鍵處理模塊、計(jì)量參數(shù)讀取及處理模塊、定時(shí)模塊和繼電器控制模塊。使用模塊化編程使程序更加簡(jiǎn)潔。您可以將每個(gè)模塊放在一個(gè) .C 文件中，要使用此模塊中的函數(shù)，只需在主函數(shù)中調(diào)用它即可。
定時(shí)器中斷服務(wù)程序也被系統(tǒng)程序用來(lái)采集和處理儀表芯片每100毫秒采集的數(shù)據(jù)。其余時(shí)間用于掃描按鍵、控制繼電器、發(fā)送和接收 ZigBee 模塊數(shù)據(jù)。這樣，可以為每個(gè)模塊分配固定的時(shí)間，而不會(huì)相互干擾。
同時(shí)終端服務(wù)器用于監(jiān)控計(jì)量套接字客戶端和安卓手機(jī)客戶端。當(dāng)計(jì)量插座要通過(guò)WiFi向Andriod手機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，服務(wù)器接收信號(hào)，建立WiFi連接并處理請(qǐng)求。當(dāng)響應(yīng)數(shù)據(jù)完成時(shí)，連接終止并繼續(xù)監(jiān)視。當(dāng)Andriod手機(jī)客戶端向計(jì)量插座發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，首先建立連接，然后處理請(qǐng)求，完成后繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)。
四、系統(tǒng)測(cè)試與分析
4.1 計(jì)量芯片有效值寄存器校正
電壓通道的推薦輸入為 200 mV rms。首先設(shè)置EMU特別功能寄存器（如SUPD內(nèi)部模塊使能控制寄存器）。然后配置ADC控制寄存器，電壓ADC單獨(dú)配置，將信號(hào)放大1倍，電流ADC單獨(dú)配置，將信號(hào)放大16倍。寄存器設(shè)置好并接通電源后，電參數(shù)的數(shù)據(jù)保存在計(jì)量寄存器中，但直接讀取的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的。需要設(shè)置儀表校準(zhǔn)參數(shù)寄存器和修改測(cè)量參數(shù)寄存器。
4.2 能量參數(shù)換算
電能計(jì)量模塊采用定時(shí)讀取電量參數(shù)，定時(shí)更新電量參數(shù)，監(jiān)測(cè)計(jì)量芯片是否正常工作的方式，保障計(jì)量參數(shù)的準(zhǔn)確性。修改有效值寄存器后，需要轉(zhuǎn)換才能得到正確的能量值。
4.3 實(shí)測(cè)及誤差分析
用實(shí)際測(cè)試方法測(cè)試樣表的準(zhǔn)確度，需要在插座上提供穩(wěn)定的電源（電壓源、電流源等）以供測(cè)試分析。
綜合所述，互聯(lián)網(wǎng)科技的發(fā)展，會(huì)越來(lái)越多智能家電，智能計(jì)量插座就是其中一種，此次的智能計(jì)量插座設(shè)計(jì)方案，是通過(guò)電能計(jì)量、Android應(yīng)用、WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)應(yīng)用到智能電表插座的設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)集電能計(jì)量、電能管理、遠(yuǎn)程控制為一體的智能插座。
