基于共享公寓的智能電源管理系統設計

　　樊習習 ¹ ，王?堯 ² ，陳銘軒 ¹ ，葛年明 ¹

　?。?.三江學(xué)院電子信息工程學(xué)院，江蘇?南京，210012；2.南京富島信息工程有限公司，江蘇?南京，210000）

　　摘?要：提出了一種遠程監控共享公寓智能電源的方案，采用專(zhuān)用單相電電量計量芯片對公寓內各個(gè)電器進(jìn)行電量分析和計量，實(shí)時(shí)采集數據信息上傳至服務(wù)器，同時(shí)對采集到的各個(gè)電器的用電參數進(jìn)行智能化分析，判斷用電器的類(lèi)型。如此，用戶(hù)不僅能從其手機APP上隨時(shí)查看公寓內各個(gè)電器的用電信息，還能進(jìn)行遠程控制，提高了用戶(hù)的生活舒適度。

　　關(guān)鍵詞：電量監測；無(wú)線(xiàn)通信；遠程控制；智能照明

　　0 引言

　　隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)應用的越漸發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò )的遠程電源管理系統的研究已成為研究熱點(diǎn)。本文以當下流行的共享公寓為研究背景，設計了遠程監控的智能電源管理系統。與傳統電源管理系統相比，為匹配本文所設計的智能電源管理系統，我們設計了手機端app，用戶(hù)能通過(guò)app進(jìn)行預定房或退房服務(wù)，還能通過(guò)app遠程控制房間內電器的開(kāi)關(guān)，大大提高了生活的舒適度。經(jīng)測試，本設計基本可以滿(mǎn)足當下共享公寓的電源管理系統的需求。

　　1 系統的總體設計

　　本文設計的共享公寓的智能電源管理系統采用STM32F103RCT6作為主控芯片，由電量檢測模塊，電源轉化模塊，Wi-Fi通信模塊，RFID射頻識別模塊，繼電器模塊，LED調光模塊組成。系統如圖1所示，系統外接電量檢測模塊、由3.3 V穩壓電源提供穩定的電能，通過(guò)RFID射頻識別模塊進(jìn)行身份識別，繼電器模塊控制220 V電源的通斷，LED調光模塊控制照明的開(kāi)關(guān)及亮度調節。同時(shí)，系統還設計了一個(gè)電源管理系統的手機app，通過(guò)Wi-Fi通信模塊實(shí)現單片機與客戶(hù)端的數據通信和指令控制。

　　2 硬件介紹

　　2.1 單片機最小系統

　　本次設計的控制芯片選擇的是具有32位RISC內核嵌入式-微控制器的STM32F103RCT6，因為其微控制器包含豐富的外圍資源，便于控制應用，充分滿(mǎn)足了本系統的控制要求。由STM32F103RCT6構成的單片機最小系統如圖2所示，包括電源管理電路，復位電路，去耦電容，晶體振蕩器電路等。STM32F103RCT6最小系統作為核心模塊，對各個(gè)模塊采集到的數據進(jìn)行處理并將處理后的數據通過(guò)Wi-Fi模塊發(fā)送到客戶(hù)端，使用戶(hù)能實(shí)時(shí)查看?？蛻?hù)發(fā)送的控制指令通過(guò)Wi-Fi模塊接收后傳送給單片機，單片機識別控制指令完成相應的模塊控制。

　　2.2 電量計量檢測模塊

　　本文設計的電量計量檢測電路采用低功耗的RN8209系列單相電能計量芯片，其內部的電源監視電路可確保電源接通和電源斷開(kāi)期間芯片的可靠運行。圖3給出了基于RN8209的電量計量與檢測電路，其中大互感的作用是將測量電源與工作電源給隔離開(kāi)來(lái)。

　　2.3 WI-FI模塊

　　Wi-Fi通訊模塊采用ATK-ESP8266，如圖4所示，模塊內置了TCP / IP協(xié)議，并且通過(guò)串口與微控制單元（MCU）進(jìn)行通信，用于Wi-Fi與串口之間數據信息傳輸交流。ATK-ESP8266模塊還支持LVTTL串口，方便設備使用Internet進(jìn)行傳輸數據。

　　在本次設計中，Wi-Fi處于A(yíng)P模式：Access Point，提供無(wú)線(xiàn)接入服務(wù)。通俗來(lái)說(shuō)把該模塊當作一個(gè)數據交換中心，它只是提供了無(wú)線(xiàn)接入服務(wù)，即我們APP與電量計量檢測電路、與RFID射頻識別模塊進(jìn)行數據交換，以及對LED調光模塊進(jìn)行控制。

　　2.4 RFID射頻識別模塊與 LED調光

　　共享公寓的門(mén)禁系統和取電系統采用傳統的RFID識別技術(shù)，客戶(hù)到達指定的公寓刷卡開(kāi)門(mén)，插卡取電，離開(kāi)后取卡斷電。本設計的LED光源采用并聯(lián)，由20個(gè)5 mm高亮度低功率白光LED燈珠組成。

　　我們通過(guò)調節其的PWM波的脈沖寬度來(lái)調節LED的亮度。

　　3 軟件設計

　　本系統軟件的設計使用MDK5編譯軟件對主控芯片STM32F103RCT6微控制器進(jìn)行程序設計和編譯調試。

　　3.1 程序流程框圖

　　程序流程圖如圖5所示，上電后，程序初始化后先檢測ESP8266 Wi-Fi模塊連接狀態(tài)，然后等待客戶(hù)端連接，客戶(hù)端接入成功等待刷卡取電信號，獲得取電信號接通公寓電源并且開(kāi)啟電量計量模塊測量電量，然后等待客戶(hù)端的開(kāi)關(guān)燈和LED調光信號進(jìn)行智能燈光控制。

　　本系統軟件的設計使用模塊化思想進(jìn)行編寫(xiě)，程序條理清晰方便調試與測試。

　　3.2 主要函數說(shuō)明

　　3.2.1 設置WI-FI模塊的AP的IP

　　函數中定義指針參數pApIp為AP的IP，先格式pApIp再打印到cCmd，然后再調用里ESP8266_Cmd（）對Wi-Fi模塊發(fā)送AT指令函數，如期待答復為“ok”則設置AP的IP成功，否側設置失敗。

　　程序1：

　　uint8_t ESP8266_CIPAP ( char * pApIp )

　　{

　　char cCmd [ 30 ];

　　sprintf ( cCmd, “AT+CIPAP=”%s””, pApIp );

　　if ( ESP8266_Cmd ( cCmd, “OK”, 0 , TIME3 ) )

　　return 1;

　　else

　　return 0;

　　}

　　4 客戶(hù)端測試

　　上電后，打開(kāi)客戶(hù)端手機APP，如圖6所示。在A(yíng)PP上，我們可以對公寓進(jìn)行遠程監控，對用電器的常用數據進(jìn)行測量、對LED進(jìn)行燈光控制。

　　5 結論

　　本次設計利用Wi-Fi技術(shù)實(shí)現了照明電路的遠程控制及亮度調節，利用計量芯片實(shí)現所有插座電量計量、電器識別以及定時(shí)開(kāi)關(guān)等功能，同時(shí)完成了刷卡取電，身份識別功能。我們可以通過(guò)智能電源管理系統對共享公寓數據進(jìn)行更加詳細與嚴密的數據監測，從而保障用戶(hù)的安全及舒適度。

　　該設計還存在不足，如在電量測量中，若能進(jìn)一步的校準，就能更精確地識別出各種用電電器。我們也討論可以對硬件搜集收集的信息進(jìn)行匯總形成數據庫，并且通過(guò)流行的AI算法進(jìn)行對數據的處理，進(jìn)一步提高用戶(hù)的舒適安全性。

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　　本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第01期第60頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。