基于WIFI的远程电量检测监控系统设计

谢军

摘要：该设计通过电涡流传感器检测电流，以STM32F103C8T6作为核心控制器，外扩ESP8266-01芯片进行WIFI无线通信，软件设置电流最大限制，利用手机进行监控电流的变化，当电流超过设置最大限值，继电器断开，蜂鸣器响和LED亮，负载断电。从而实现了远程检测电流和保护电路的目的。因此，它比较适合未来电源管理系统的运用，拥有很大的市场前景。

关键词：STM32；电量检测；WIFI

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）29-0080-02

随着社会的发展，在一些场合对设备电流的检测要求也越来越高，并且呈智能化、无线化及互联型发展。在当前市场上，对于设备电流的检测均采用有线方式或者采用蓝牙等近距离无线方式，而采用WIFI上传到服务器的甚少。本次设计将采用WIFI把下位机采集到的电流数据上传到服务器，通过手机App查看信息。

1 系统总体设计

1.1 系统组成

系统组成框图如图1所示。

1.2 系统工作原理

单片机系统包括3个部分，第一部分，数据采集中的功率、三相电源参数的变压器电压和电流互感器两个同步数据采集和数据存储系统，上位机可以通过分析了解相关参数，可以进行报表分析。第二部分，可以设定或者整理系统的数据。因为本设备是通用型的，可以更改数据，来满足不同的用户的需要，使设备更加具有竞争力，例如我们可以设置电压、过电流等数据，数据的修改是灵活的，还有，也可以通过上位机来修改参数，都是可以的。第三部分，可以智能检测，通过这个模块的检测和采集模块收集到的数据，当中间环节出现故障时，那么下层设备就会向上位机传达危险信号。

2 硬件设计

2.1 主控电路设计

STM32F103C8T6是 一款32位的单片机，该单片机价格低廉，性能高。并且在功耗上相对于其他单片机更加低。所以该单片机适合低功耗以及对性能要求不高的场合，在本次设计中选择了该单片机。如图2为STM32F103单片机最小系统图。

2.2 电源电路设计

本系统单片机处理使用的电源电压为直流3.3V，而我们系统的输入电压是交流220V的市电，所以电源电路采用AC To DC模块将交流220V电压转为直流12V，使用7805作为二级稳压输出直流5V，再使用ASM1117-3.3V电源芯片将直流5V电压转为直流3.3V。如图3所示。PWR1为交流220V输入。LED1为电源指示灯。

2.3 电流检测电路设计

电路检测采用的是电流互感器，该方案通过电流互感进行测量，是一种非接触的形式进行，相比较其他形式的直接测量要安全可靠。如图4所示，L1为电流互感器，被测电线穿过该传感器，电流传感器感应产生交变电压信号。使用D1开关二极管1N4148单玻整流，使用E4为滤波电容，R6电阻为电容电压释放电阻。Z3为3.3V稳压二极管，保证单片机AD引脚采集的电压信号不超过3.3V，保护单片机不受损坏。该电路利用了交流单波整流原理，原理简单，性能可靠。

2.4 WIFI通讯电路的设计

在本系统中，为了实现数据的无线传输，采用WIFI模块进行下位机与服务器的连接。WIFI通讯电路使用ESP8266芯片设计，该芯片具有功耗低、设计简单、外围器件少等优点，如图5 为ESP8266电路原理图。

3 软件设计简介

本系统软件的设计使用模块化思想进行编写，主要分为系统初始化、WIFI通讯模块以及主程序程序模块。在主程序中主要采集和处理电流值，并通过WIFI电路将处理过后的电流值发送到服务器上，在手机APP上显示当前实时电流值。

3.1 程序流程图

1）系统主程序流程图如图6所示。

上电先对系统进行初始化，这里面主要包括对STM32系统时钟的初始化、AD的初始化以及串口通讯的初始化。初始化结束后判断WIFI模块是否在透传状态，如果在透传状态，退出透传状态，然后连接服务器。连接成功后判断是否接受数据，不接受數据则直接把上次的数据发送到服务器。根据与上限值的比较判断是否进行声光报警。

3.2 主要控制函数说明

3.2.1 电流采集函数

本程序通过ADC读取电流采集模块的模拟电压值，然后计算出电流。在子程序Get_Adc_Average中，对ADC进行采集10次然后求平均值。这样可以保证数据的稳定性和准确性。改程序通过time变量进行判断，每隔100ms进行采集一次。保证了数据的实时性。具体电流采集程序如下程序1。

4 结束语

此次设计使用STM32F103单片机为核心，使用ESP8266芯片为通讯芯片，完成了一款远程电流检测的监控。可以远程观察查看设备运行状态，后期可以修改软件，测量出电量等信息。也可进一步扩展电路板功能，未来可以实现对电源的远程智能管理。

参考文献：

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[5] Jones D，Mansoor S.Predictive Feed Forward Control for a Hydroelectric Plant IEEE Trans [J] Control Systems Techonlogy， 2004，12（6）：P56-P65.

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