基于STM32单片机的智能电表无线WIFI插座APP电压电流检测方案原理图程序设计

硬件电路的设计

3.1系统的功能分析及体系结构设计
3.1.1系统功能分析
本设计由STM32单片机核心板电路+交流电压电流检测模块电路+WIFI模块电路+指示灯电路组成。
1、通过电压互感器TV1005M和电流互感器TA1005M分别检测交流电压和交流电流值，
2、手机APP和WiFi模块互联后，可以实时显示交流电压、交流电流、功率和电量实时显示在手机上。
3、当功率超过200W时，继电器自动断开。功率不超过200W时，可以手动控制继电器的开关。
4、手机和WiFi模块连接后，手机上显示计时时间。
名称：AUAISOUT000
IP及端口号:10.10.10.11:8080
接受内容：
V:123A:12345P:1234567Q:1234567.89T:123R:1
说明:(只增加R部分命令及发送内容，其他未变动)
V:123 表示123V交流电压字符5个长度不变如12V 表示V:012
A:12345 表示12.345A交流电流
P:1234567 表示1234.567W 瞬时功率即缩小1000倍
Q:1234567.89 表示1.23456789 度缩小1000000倍因为度的单位比较大kwh
T:1234 表示1234S 单片机设备运行时间
R:1 表示继电器接通供电中 0表示断开即过载
发送内容：*或者# #断开供电 *接通供电。
3.1.2系统总体结构
本系统具体框图如下图所示：

原理图：

ESP8266WIFI模块电路设计电路设计
串口WIFI模块是新一代嵌入式WiFi模块，体积小，功耗低。采用UART接口。串口wifi模块是基于通用串行接口特性，符合IEEE802.11 协议栈网络标准，内置TCP/IP协议栈，使传统串口设备更好的加入无线网络。
ESP8266是一款超低功耗的模块，拥有业内极富竞争力的封装尺寸和超低能耗技术，专为移动设备和互联网的应用设计，可将用户的物理设备连接到WIFI无线网络上，进行互联网或局域网通信，实现联网功能。
ESP8266可广泛应用于智能电网、智能交通、智能家具、手持设备、工业控制等领域。WiFi模块电路图如下图所示。

TV、TA-1005-1M交流电压电流互感器模块电路设计
本交流电流互感器模块型号为TV1005-1M。本交流电流互感器模块型号为TA1005M。
电压互感器介绍
电压互感器和变压器类似，是用来变换线路上的电压的仪器。电压互感器变换电压的目的，主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器，因此电压互感器的容量很小，一般都只有几伏安、几十伏安，最大也不超过一千伏安。特点是容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态
它也有两个绕组，一个叫一次绕组，一个叫二次绕组。两个绕组都装在或绕在铁心上。两个绕组之间以及绕组与铁心之间都有绝缘，使两个绕组之间以及绕组与铁心之间都有电气隔离。电压互感器在运行时，一次绕组N1并联接在线路上，二次绕组N2并联接仪表或继电器。因此在测量高压线路上的电压时，尽管一次电压很高，但二次却是低压的，可以确保操作人员和仪表的安全。
电压互感器本身的阻抗很小，一旦副边发生短路，电流将急剧增长而烧毁线圈。因此，电压互感器的原边接有熔断器，副边可靠接地，以免原、副边绝缘损毁时，副边出现对地高电位而造成人身和设备事故。
线路上为什么需要变换电压呢？这是因为根据发电、输电和用电的不同情况，线路上的电压大小不一，而且相差悬殊，有的是低压220V和380V，有的是高压几万伏甚至几十万伏。要直接测量这些低压和高压电压，就需要根据线路电压的大小，制作相应的低压和高压的电压表和其他仪表和继电器。这样不仅会给仪表制作带来很大困难，而且更主要的是，要直接制作高压仪表，直接在高压线路上测量电压，那是不可能的，而且也是绝对不允许的。
模块特点
（1）体积小，精度高；印刷线路板直接焊接安装，使用方便，外形美观。
（2）全封闭，机械和耐环境性能好，电压隔离能力强，安全可靠。
二、使用环境条件：
（1）环境温度：-55℃~+85℃；
（2）相对湿度：温度为40℃时不大于90%；
（3）大气压力：860_{1060mbar(约为650}800mmHg)。
三、工作频率范围：20Hz~20kHz。
四、绝缘耐热等级：F级(155℃)。
五、安全特性：
（1）绝缘电阻：常态时大于1000MΩ；
（2）抗电强度：可承受工频2000V50Hz /1分钟；
（3）阻燃性：符合UL94-Vo级。
六、输入电压：≤1000Vac

系统软件设计

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "lcd.h"
#include "adc.h"
#include <stdio.h>
#include "timer.h"//ALIENTEK Mini STM32开发板范例代码15
//ADC实验
//技术支持：www.openedv.com
//广州市星翼电子科技有限公司//char tabDataV[5];//打印电压数组
//char tabDataA[7];//打印电流数组
//char tabDataP[9];//打印功率数组
//char tabDataQ[12];//打印电量数组
//char tabDataT[6];//打印时间数组
char tabData[42];//打印时间数组unsigned int ACcurrent;        //市电电流
unsigned int ACvolt;        //市电电压
unsigned long PowerWt=0;//功率
float PowerQd=0;//功率
unsigned char relayFlag=1;
int main(void){ u16 adcx;float temp;delay_init();            //延时函数初始化    uart_init(9600);      //串口初始化为115200TIM3_Int_Init(499,7199);//50ms     LED_Init();                //初始化与LED连接的硬件接口LED0=0;Adc_Init();             //ADC初始化        RELAY=1; //继电器打开relayFlag=1;  //继电器状态标识delay_ms(4000); printf("AT+CIPMUX=1\r\n");        //允许链接delay_ms(1000);printf("AT+CIPSERVER=1,8080\r\n");     //创建端口号8080delay_ms(1000); while(1){adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_1,10);// PA1 交流电压检测口 ad转换10次求平均值temp=(float)adcx*(3.3/4096);ACvolt=(unsigned int)(temp*303);//*303 互感器计算获取 以及1K电阻 用示波器检测校准得到if(ACvolt<15) ACvolt=0;adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_2,10);  // PA2                                                       求平均值temp=(float)adcx*(3.3/4096);if(temp>0.02){ACcurrent=(unsigned int)((temp-0.02)*3100);//*3950 互感器计算获取扩大1000倍 以及1K电阻 用示波器检测校准得到 0.02去除波动 防止误判断}else{ACcurrent=0;}if(ACcurrent<50)ACcurrent=0;//滤除电流PowerWt=ACvolt*ACcurrent;      //功率if(dealFlag==1)//处理标志{dealFlag=0;PowerQd=(float)PowerWt*1/60.0/60.0+PowerQd;   //累计电量 1表示1s 因为电流扩大了1000倍 因此该处也扩大了1000倍 且此处功率单位为W 除以1000为千瓦 结果为度 1度=1千瓦时}if(times>=9999){times=0;}if(PowerWt/1000>200){    RELAY=0;           //关闭继电器relayFlag=0;}       sprintf(tabData,"V:%03dA:%05dP:%07luQ:%010.2fT:%04dR:1",ACvolt,ACcurrent,PowerWt,PowerQd,times);
//      sprintf(tabDataA,"A:%05d",ACcurrent);//电流
//      sprintf(tabDataP,"P:%07lu",PowerWt);//功率
//      sprintf(tabDataQ,"Q:%010.2f",PowerQd);//电量
//      sprintf(tabDataT,"T:%04d",times);//时间if(relayFlag==1){sprintf(tabData,"V:%03dA:%05dP:%07luQ:%010.2fT:%04dR:1",ACvolt,ACcurrent,PowerWt,PowerQd,times);        }//打印数据else {sprintf(tabData,"V:%03dA:%05dP:%07luQ:%010.2fT:%04dR:0",ACvolt,ACcurrent,PowerWt,PowerQd,times);     }//打印数据printf("AT+CIPSEND=0,42\r\n");       //发送固定字节数据的at命令delay_ms(200);printf(tabData);                   //发送数据delay_ms(200);LED0=!LED0;        //数据发送  delay_ms(200);      //延时}
}

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