互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，給人們生活帶來了便捷，如市場各種類型智能產(chǎn)品，有智能數(shù)碼、智能家電、智能安防等，每種領(lǐng)域智能產(chǎn)品的應(yīng)用，都在倡導(dǎo)碳經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保的理念，就拿家用電器來說，追求的是節(jié)能減少耗電，而今天要講到的產(chǎn)品就是前面提到的理念而設(shè)計，接下來看看智能
計量插座設(shè)計方案有哪些可實施，基于Android應(yīng)用設(shè)計是其中之一。
目前市場上有許多計量插座，這些插座的功能也大同小異。然而，目前這些智能插座的設(shè)計主要針對提供保護(hù)、監(jiān)測或控制等單一功能，難以實現(xiàn)智能化和遠(yuǎn)程控制，難以實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)，無法滿足要求。
考慮到這一點，本文設(shè)計的計量插座不僅具備市面上常見智能插座的功能，還具備遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，實現(xiàn)了用電量的實時監(jiān)控和管理，能夠滿足您的消費需求，及智能家居發(fā)展方向和要求。
一、總體系統(tǒng)設(shè)計概述
1.1 整體系統(tǒng)配置
智能計量插座主要由MCU控制單元、計量模塊、WiFi模塊、繼電器控制、液晶顯示電路等部分組成。
1.2 電路的基本工作原理和主要功能
系統(tǒng)通過測量模塊采集功率、電壓、功率、電流等相關(guān)功率數(shù)據(jù)，并傳送給MCU進(jìn)行處理。MCU將處理后的數(shù)據(jù)通過WiFi模塊發(fā)送給手機(jī)用戶。手機(jī)用戶可以實時查看電量、電壓、功率、電流等。能夠監(jiān)控家庭用電量的數(shù)據(jù)，同時，用戶可以通過手機(jī)遠(yuǎn)程控制計量插座，通過手機(jī)向WiFi模塊發(fā)送指令，WiFi模塊將控制指令發(fā)送給MCU主控芯片，中斷和定時功能。
二、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
2.1 電源電路
系統(tǒng)采用電容降壓方式，將220V市電通過CBB電容和齊納二極管直接轉(zhuǎn)換為5VDC給繼電器和測量芯片供電。再通過穩(wěn)壓管將5V電壓降壓至3.3V，為主控芯片等模塊供電。
2.2 MCU微控制單元電路
MCU微處理器采用STM型號芯片，是一款8位低功耗微控制器，具有 5 種低功耗模式、高級 STM8 內(nèi)核、32 kHz 和 1-16 MHz 晶體振蕩器。它也有4個通道，分別是ADC、DAC、SPIS和W2C，還有一個 USART接口，具有高達(dá) 64 KB 的閃存、高達(dá) 2 KB 的數(shù)據(jù) EEPROM、ECC、RWW 和靈活的讀/寫保護(hù)模式。
2.3 計量模塊電路
測量模塊使用的測量芯片，本模塊提供電表三項所需的有功功率、無功功率和無功電能、電壓有效值、電流有效值和頻率參數(shù)，并支持軟件抄表。通過SFR寄存器和中斷，數(shù)字信號處理部分可以配置儀表校準(zhǔn)參數(shù)和讀取儀表參數(shù)。測量結(jié)果通過儀表的儀表脈沖輸出FR/QF引腳輸出，可直接接標(biāo)準(zhǔn)儀表進(jìn)行誤差比較。
2.4 繼電器控制電路
該系統(tǒng)使用繼電器來控制電器的開/關(guān)。繼電器是常用的控制設(shè)備。
正常情況下，處理器的I/O口為低電平，NPN三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。此時沒有電流流過繼電器線圈，因此繼電器L-IN和L-OUT常閉。電器產(chǎn)品處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)電器需要斷開連接時，I/O 端口設(shè)置為高電平，NPN 晶體管導(dǎo)通。此時繼電器的線圈中有電流流過，故繼電器的L-IN和L-OUT常開，電源被切斷。
三、
系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)采用C語言編寫，在編程中采用模塊化、層次化的設(shè)計技術(shù)，使程序更加可靠，方便開發(fā)者調(diào)試和維護(hù)。程序功能模塊包括程序初始化模塊、計量芯片主控模塊、計量參數(shù)校正、液晶顯示模塊、按鍵處理模塊、計量參數(shù)讀取及處理模塊、定時模塊和繼電器控制模塊。使用模塊化編程使程序更加簡潔。您可以將每個模塊放在一個 .C 文件中，要使用此模塊中的函數(shù)，只需在主函數(shù)中調(diào)用它即可。
定時器中斷服務(wù)程序也被系統(tǒng)程序用來采集和處理儀表芯片每100毫秒采集的數(shù)據(jù)。其余時間用于掃描按鍵、控制繼電器、發(fā)送和接收 ZigBee 模塊數(shù)據(jù)。這樣，可以為每個模塊分配固定的時間，而不會相互干擾。
同時終端服務(wù)器用于監(jiān)控計量套接字客戶端和安卓手機(jī)客戶端。當(dāng)計量插座要通過WiFi向Andriod手機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時，服務(wù)器接收信號，建立WiFi連接并處理請求。當(dāng)響應(yīng)數(shù)據(jù)完成時，連接終止并繼續(xù)監(jiān)視。當(dāng)Andriod手機(jī)客戶端向計量插座發(fā)送數(shù)據(jù)請求時，首先建立連接，然后處理請求，完成后繼續(xù)監(jiān)聽。
四、系統(tǒng)測試與分析
4.1 計量芯片有效值寄存器校正
電壓通道的推薦輸入為 200 mV rms。首先設(shè)置EMU特別功能寄存器（如SUPD內(nèi)部模塊使能控制寄存器）。然后配置ADC控制寄存器，電壓ADC單獨配置，將信號放大1倍，電流ADC單獨配置，將信號放大16倍。寄存器設(shè)置好并接通電源后，電參數(shù)的數(shù)據(jù)保存在計量寄存器中，但直接讀取的數(shù)據(jù)是錯誤的。需要設(shè)置儀表校準(zhǔn)參數(shù)寄存器和修改測量參數(shù)寄存器。
4.2 能量參數(shù)換算
電能計量模塊采用定時讀取電量參數(shù)，定時更新電量參數(shù)，監(jiān)測計量芯片是否正常工作的方式，保障計量參數(shù)的準(zhǔn)確性。修改有效值寄存器后，需要轉(zhuǎn)換才能得到正確的能量值。
4.3 實測及誤差分析
用實際測試方法測試樣表的準(zhǔn)確度，需要在插座上提供穩(wěn)定的電源（電壓源、電流源等）以供測試分析。
綜合所述，互聯(lián)網(wǎng)科技的發(fā)展，會越來越多智能家電，智能計量插座就是其中一種，此次的智能計量插座設(shè)計方案，是通過電能計量、Android應(yīng)用、WiFi無線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)應(yīng)用到智能電表插座的設(shè)計中，實現(xiàn)集電能計量、電能管理、遠(yuǎn)程控制為一體的智能插座。
