小編大學(xué)期間共參加了三次省級/國家級的電子設(shè)計競賽/單片機應(yīng)用設(shè)計大賽，均獲得了一等獎，現(xiàn)分享出來。本文分享的是我們團隊參加2017年國賽做的單相用電器分析監(jiān)測裝置，這個比賽我們團隊獲了省一等獎，不是國家級一等獎，篩選出省一之后，還要進(jìn)一步篩選，有個綜合測評，隊友太給力，綜測成績也挺好的，但是還是由于比賽的得分太低了，沒辦法派出去評國獎，唉。

競賽題目

每年的TI杯電子設(shè)計競賽都會出好幾個題，這次比賽我們選的是題目——單相用電器分析監(jiān)測裝置。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：主機及從機。

主機以STM32為主控制器，通過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ZigBee無線模塊發(fā)送給從機。

從機也是以一片STM32為主控制器，將主機發(fā)送過來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)的原因是因為題目的發(fā)揮部分有要求：

方案選擇的分析如下：

一、電能計量芯片的選擇

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)及頻率測量的數(shù)字信號處理等電路，能夠測量各相以及合相的有功功率、無功功率、視在功率、有功能量及無功能量，同時還能測量各相電流、電壓有效值、功率因數(shù)、相角、頻率等參數(shù)，充分滿足單相用電器監(jiān)測裝置的需求。

3、在輸入 220V 交流電壓經(jīng) 6 個 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通過公式P=UI計算知，我們選擇電器的功率范圍1.1-2200W。

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

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

4、第四點也是我們重點實現(xiàn)的步驟，由于需要實時指示當(dāng)前用電器的情況，我們通過單片機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。通過對比了羅列法，窮舉法，以及二進(jìn)制模擬法。

（1）羅列法的實現(xiàn)太過于復(fù)雜，需將所有組合羅列并放在一個數(shù)組里面，太耗時間，太過繁瑣。

（2）窮舉法，通過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)出我們實際的電器使用數(shù)。

（3）二進(jìn)制模擬法，通過該方法我們將用電器的打開，關(guān)閉，分別對應(yīng)二進(jìn)制的0與1。通過C語言for循環(huán)遍歷數(shù)組，從而得出我們預(yù)期的結(jié)果。如圖所示我們通過二進(jìn)制模擬，可以很清楚的看到用電器狀態(tài)。

三、主、從機之間的通信

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

主機發(fā)送數(shù)據(jù)：

從機接收數(shù)據(jù)：

從機解析并顯示數(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，因為很方便地進(jìn)行顯示，而且顯示效果也比較好。

責(zé)任編輯：haq