摘要：采用基于ADE7758電能計量芯片和STM32單片機所組成的數據采集系統。將ADE7758采集的電壓電流信號通過SPI通信串口發送到STM32單片機中進行線性校準，高精度三相電能測量芯片采集到的電壓與電流進行分析、處理后，得到電特征參數，功率分析儀對得到的電特征參數進行校正，最后通過wifi模塊將STM32采集到的信號通過wifi，在app上顯示用電器的種類狀態。

　　關鍵詞：電器識別；STM32F1；AED7758；WIFI模塊；手機APP

　　引言

　　針對目前市場上的電器設備和電力狀態監控系統的運行狀況和參數統計，傳統的指針儀表式和數字儀表式的參數顯示均有其自身的缺陷。前者雖然原理簡單，制作輕松，但是讀數不穩，誤差過大，不適合現階段的精密統計的需要；后者雖說精度很高，將數據采集與芯片單片機配合，但是自身計算量很大，軟件設計過于繁瑣。然而本文采用STM32F103開發版單片機為主控模塊，設計了主要包含電參數測量模塊、顯示模塊和電源模塊等的單相用電器分析監測裝置。通過單相雙向功率/電能IC芯片AED7758測量負載工作時的瞬時電壓、電流以及功率因數等電參數，在此基礎上利用主控模塊中的算法程序，判斷并顯示單相用電器的種類和工作狀態，將此判斷結果通過機智云APP顯示在手機上顯示。

　　本文從硬件和軟件兩方面著手設計電路。硬件方面通過對器件的比較實驗，對電路的優化，實現了采集速度快，抗干擾能力強且電路簡潔的特點。軟件方面使用keiluVision5編程程序，將各個引腳功能明細編寫，從而簡化程序，節約時間。

　　一．設計方案

　　本裝置涉及物聯網技術領域，具體涉及高精度電能采集芯片，STM32開發板，WIFI模塊等。通過將采集到的單相電流、電壓信號通過電流互感器、電壓互感器、放大電路等組成的電流電壓信號調成電路轉換為ADE7758芯片所需要的信號，再通過SPI與STM32單片機完成通信，通過WIFI模塊esp8266將STM32采集到的信號通過wifi，發送到手機機智云APP界面上，并在手機上以APP端口的形式顯示出來，圖1-1為系統結構圖。

　　圖1系統原理

　　二．硬件設計

　　硬件部分通過電壓互感器、電流互感器、濾波電路、ADE7758芯片等，將采集到的電壓、電流信后通過電壓、電流互感器和濾波電路等轉換為ADE7758芯片所需的電壓電流信號，ADE7758芯片通過SPI串行接口與STM32連接，STM32將信號通過esp8266wifi模塊與手機APP通信。裝置主要由電特征參數采樣，參數處理，電器識別、Wifi模塊等幾個部分組成。電特征參數采集通過電壓互感器、電流互感器濾波電路、放大電路設計硬件電路，采集電壓、電流信號輸入到參數處理模塊對數據進行處理。參數處理使用高精度三相電能測量芯片對采集到的電壓與電流進行分析、處理后，得到有功功率、無功功率、功率因數等電特征參數，通過功率分析儀對得到的電特征參數進行校正，通過SPI傳輸到STM32模塊【1-2】，然后通過wifi模塊在手機上顯示，圖1-2為芯片與單片機連接電路圖。

　　圖2芯片與單片機連接電路圖

　　電器識別首先通過不同用電器的不同功率來劃分該用電器所屬于的電器范圍，功率因數是家用電器的另一個基本特征，不同類型的用電器的功率因數大不相同。本系統將結合功率變化和功率因數的大小來對接入電網中的用電器類型進行初步的篩選和判斷。通過wifi模塊實現stm32與手機APP信息的交換。

　　三．軟件設計

　　軟件部分選擇STM32F103開發版單片機作為數據的處理芯片，主要是對電量采集芯片參數的讀取以及處理，根據對預設的電流值和有功功率等進行對比分析后，得到需要的不同電器設備的不同工作狀態；編寫手機APP程序。

　　該裝置能夠根據電源線的電參數分析用電器類別和工作狀態，采用ADE7758芯片和STM32F103開發版單片機組成的數據采集系統采集數據，通過STM32F103開發板與電能采集芯片進行SPI通信，之后經過微處理器來采集和校準數據，能夠用軟件編程的方式實現數據采集，處理和儲存，且具有學習功能，在學習功能下測試并儲存個單件電氣在各種狀態下用于識別電氣及其工作狀態的特征參數。本系統可以從手機APP中，實時監測拖線板電源線的工作電流、電壓、有功功率和無功功率等電量信息，當隨機增減用電器或改變使用狀態，能實時指示用電器的類別和狀態。

　　本裝置以物聯網技術為研究基礎，從智能家居室內監控系統設計架構入手，著眼于研究用戶和管理人員通過互聯網對室內用電環境進行監控和控制的通用技術，完成了電器識別功能模塊，并實現了基于物聯網的室內用電安全智能監控系統的軟硬件設計工作。該裝置能夠根據電源線的電參數分析用電器類別和工作狀態。圖3為軟件流程圖

　　圖3軟件流程圖

　　四．APP設計

　　本文通過機智云APP與機智云開發板，利用WIFI模塊，將STM32的數據傳輸到手機APP界面上。通過機智云端口界面設計，可以清晰地看到線路上的電流信號，以及各個設備的工作狀態。通過此APP界面將原本繁瑣的數據表格展現地更加簡潔明了。在傳統的儀表指針和數字儀表的基礎上，將數據表現得更精確，展示形式更方便，體現了更加自動化的理念。

　　測試方案及結果

　　1.測試設備與方法

　　所用的測試設備有：高精度信號發生儀，高精度萬用表。測試方法如下：

　　（1）精確設計電壓、電流互感器參數后，使用WT1800功率分析儀對不同電器進行電特征參數進行記錄，分析其規律。并對ADE7758采集的數據進行校對，保證ADE7758模塊采集到的電特征參數的準確性。

　?。?）使用頻率分析儀得到的數據對不同用電器的特征進行采集后，對數據進行分析后，通過STM32F103系統板處理，記憶不同電器的特征參數，當拖線板上接有不同的電器的時，STM32系統能夠做出判斷，并最終在手機APP上顯示出來。

　　2.測試記錄

　　用功率分析儀對各個用電設備參數進行記錄。表3-1為各個用電設備工作參數，圖3-1為功率分析儀測試界面。

　　表3-1各用電設備工作參數

　　圖3-1WT1800功率分析儀測試界面（數據）

　　3.測試結果顯示

　　用本測試設備，對線路上工作的負荷進行測試，測試結果如圖3-2所示：

　　圖3-2部分用電器關鍵特征參數

　　功能描述

　　本設計基于物聯網的智能家居監控系統，實現家居環境監測，安全報警，家電的智能調節以及家用電器的遠程控制等功能。本系統與家庭生活中各種應用系統有機結合在一起，通過綜合管理，讓家庭生活更加舒適，安全，有效，節能。

　　發展潛力

　　背景

　　隨著社會的發展，生活水平的提高，人們對于生活質量提出了更高的要求，低碳，環保，綠色，安全，便捷的生活已經成為人們追求的目標，同時個性化的生活空間也成為越來越多人的追求。

　　技術

　　物聯網已經成為當今世界新一輪經濟和科技發展的倡議制高點之一，發展物聯網對于促進經濟發展和社會進步具有重要的現實意義。而我國物聯網發展具備了一定的技術，產業和應用基礎，呈現出良好的發展勢態。

　　對比

　　目前市面上家居產品種類繁多，無論是傳統的有線連接方式，還是新型的無線連接方式，都具有安裝麻煩，操作繁瑣，系統龐大，耗能高等缺點。并且大多數智能家居監控系統費用昂貴，僅適用于新型的現代化建筑。

　　結論

　　本文介紹了電能采集系統基于ADE7758電能芯片，不需要其他外擴芯片即可進行A/D轉換等功能，極大簡化了系統硬件設計；利用wifi模塊將用電器種類及狀態實時傳送到手機APP上，大大提升了使用的方便性

　　本設計產品具有與手機APP相連，體積小，耗能低，方便攜帶，安裝方便，操作簡單，應用靈活等優點，可以滿足智能家居的要求，也可以應用到糧倉，化工廠等工業場所的環境監測，具有很強的實用性和推廣價值。

　　參考文獻

　　[1]馬磊，周琪，劉瑋蔚．一種全自動介質損耗標準器的研發[J]．電測與儀表，2011（12）：79-82．

　　[2]劉世飛．居民用戶電力需求響應控制器的研究與設計[D]．北京：華北電力大學，2016：32-41．

　　作者趙宇博白園飛舒航項志豪郭怡歌楊志偉