基于STM32的智能电源转换器

发表时间：2019-07-17T12:39:47.400Z 来源：《基层建设》2019年第13期作者：刘春明韩玲王冠超[导读] 摘要：为了减少用电设备待机功耗的问题，本文设计了一种基于STM32F103的具有检测用电设备电流以及电流谐波问题的可以远程控制的智能插座。

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摘要：为了减少用电设备待机功耗的问题，本文设计了一种基于STM32F103的具有检测用电设备电流以及电流谐波问题的可以远程控制的智能插座。

0、引言

待机能耗是指电器虽然没有使用，但其插头仍然插在插座的状态下所消耗的电能[1]。据中国节能认证中心对家庭待机能耗做过的调查显示，待机能耗占到家庭电力消耗的 10% 左右，仅以电视机为例，平均每台电视机的待机能耗是8.07 W，按每天待机 10 h 大约耗电 0.08度。待机能耗引起的资源和环境问题越来越受到社会的广泛关注，智能电源转换器因其方便、节能成为国内外新节能产品的研究热点[2]

本文设计的智能电源转换器在用户将转换器中主要设备关闭后，造成电路中电流骤减，基于 ARM 系列单片机 STM32F103 的微控制器能迅速检测到电流减小，从而认定主要设备关闭，之后切断插座电源，智能插座上的所有用电设备将全部实现自动断电。智能电源转换器还可以检测用电设备的谐波信息，通过SX1278模块经过节点上传至服务器用于数据分析。

1、智能电源转换器的总体设计

为了解决此电源转换器的需求，本文以STM32f103单片机为核心，霍尔元件的电流检测芯片、电流信号调理电路、SX1278无线模块构成系统的总体结构。

2、硬件设计

2.1微处理器的选择

微控制器选择STM32F103C8T6，其供电电压典型值为3.3V，一系列的省电模式可保证低功耗应用的要求。图1是STM32F103C8T6最小系统。

2.2电流检测芯片选型

电流检测原件选用ACS712，通过该铜制电流路径施加的电流能够生成可被集成霍尔?IC?感应并转化为成比例电压的磁场，通过将磁性信号靠近霍尔传感器，实现器件精确度优化。

图1 单片机最小系统图2 电流检测电路

2.3 SX1278通信模块

通信模块采用了Semtech公司生产的、具有优良远程通信能力的SX1278射频处理器。MCU与SX1278通过串行外设接口总线进通信，包括设置参数和读写先进先出（first input first output，FIFO）。SX1278可以通过6根连接线DIO0～DIO5中断MCU，完成异步事件处理。为判断接收和发送[3]。

3、软件设计

智能电源转换器完成对插座电气参数的采集和控制，并将数据通过SX1278无线模块上传至物联网节点。物联网节点通过TCP/IP协议将数据发送至服务器，在上位机进行数据显示，以及绘制历史曲线并进行数据分析。

3.1智能电源转换器程序设计

系统上电初始化，开机以后，终端模块需要加入节点网络当中，完成自组网。组网完成后，智能电源转换器采集电流电压信息，并进行FFT分解，根据智能电源转换器与物联网节点间协议，系统每过一段时间将采集到的信息通过物联网节点定时上传。

3.2上位机程序设计

上位机软件使用python语言编写。Python 是一种面向对象的解释型计算机程序设计语言。上位机软件可显示电流电压以及谐波的实时数据，并能控制电源转换器的开关状态。

4 系统测试分析

完成本系统所有的理论设计以后在实验室搭建了测试环境上电运行检测。