0前言電能是一種能源的形式，在電能使用越來越普及、用電器越來越多樣化和對(duì)電參數(shù)要求越來越高的大背景下，為了讓電能更加安全更加節(jié)能更加合理有效地使用，因此這樣我們現(xiàn)在就急需要設(shè)計(jì)一種用電器分析監(jiān)測裝置。用以來實(shí)時(shí)地監(jiān)測用電器的用電參數(shù)，為更加安全節(jié)能、合理有效地使用電打下基礎(chǔ)。在本研究中，采用了一種叫做非侵入式負(fù)荷檢測（non-intrusiveloadmonitoring,NILM）的方法，這是一種學(xué)術(shù)上的叫法。簡單點(diǎn)說，這種方法就是獲取大量的監(jiān)測到的信息，與電能或者說用電器，甚至是變電站、建筑物的整個(gè)的負(fù)荷消耗情況，從而能夠?qū)@些信息加以分析和利用，這樣進(jìn)一步得到更加有用的信息。然后它能送到后臺(tái)一些高級(jí)的應(yīng)用程序，再做更深層次更進(jìn)一步的處理。NILM能夠方便的對(duì)負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)測，所也這樣就會(huì)節(jié)省很多的在安裝和維護(hù)方面的成本。這樣即節(jié)省了時(shí)間，又又節(jié)省下了金錢，滿足了環(huán)保節(jié)約的理念。而對(duì)于電力用戶，根據(jù)收到的這些負(fù)荷消耗的情況的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠去除很多，或者說減少很多不需要的能源消耗，這樣就相當(dāng)于節(jié)能減排了。因此，有些人提到NILM將是未來的電力測量方面的一個(gè)重要的發(fā)展方向或者說趨勢。在本次設(shè)計(jì)中使用了STM32這款單片機(jī)，設(shè)計(jì)出一塊類似家用電表的裝置，它切合了非侵入式負(fù)荷監(jiān)測這個(gè)思想，雖然這看起來不過是很小很小的一部分，甚至稱不上分析，就是簡單的收集信息并顯示。但是這樣卻能夠的讓人們更加的注重環(huán)保節(jié)約的意識(shí)，了解相關(guān)的用電信息，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，即節(jié)約電能的同時(shí)保護(hù)環(huán)境。

1單相用電器分析監(jiān)測裝置的設(shè)計(jì)思路1.1設(shè)計(jì)概述1.1.1設(shè)計(jì)背景近幾年來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展勢頭異常迅猛，此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)滲透到我們生活中的各個(gè)方面，例如在智能家居、物流配送、環(huán)境保護(hù)、智能電力、醫(yī)療管理等地方。因此收集到更多的負(fù)荷消耗的信息或者說用電信息，從而達(dá)到一種龐大的數(shù)據(jù)量（簡單的說就是大數(shù)據(jù)），再用這些信息去分析和利用，向上傳送給更加高級(jí)的應(yīng)用程序，讓它們?nèi)ミM(jìn)行協(xié)調(diào)配置，這樣就能夠更加合理，更加高效的去使用這些電能，因此我們才說用戶的用電器狀態(tài)的監(jiān)測和分析將會(huì)成為未來電能管理的重要一部分。用電器的分析和監(jiān)測方法分為侵入式負(fù)荷監(jiān)測和非侵入式負(fù)荷監(jiān)測這兩種。侵入式監(jiān)測方法是一種傳統(tǒng)的負(fù)荷監(jiān)測方法，畢竟它是一種監(jiān)測方法。這樣它為了獲取更加詳實(shí)更加完整的電能數(shù)據(jù)信息，就需要把電參數(shù)采集裝置安裝在每一個(gè)用電器上，所以如果當(dāng)被監(jiān)測地方（工廠，變電站）內(nèi)部含有很多的用電器時(shí)，就能夠造成成本太高的問題，當(dāng)然在維護(hù)和管理方面也會(huì)造成很大的不便。所以為了去除侵入式監(jiān)測方法的弊端，為了減少這些麻煩，減少這些人工成本。在它的基礎(chǔ)上提出了非侵入式負(fù)荷監(jiān)測方法，它是利用程序算法來分析被監(jiān)測系統(tǒng)的電參數(shù)信息，它能夠?qū)W習(xí)，能夠記錄用戶用電器的信息，當(dāng)這些個(gè)用電器在被使用的時(shí)候它又能夠分辨用電器的種類，并顯示相應(yīng)的用電信息。從而工作人員或者說用戶能夠判斷各個(gè)用電器的種類和工作狀態(tài)，并作出相應(yīng)的動(dòng)作，減少不必要的投切。或者更高級(jí)的應(yīng)用程序做出相應(yīng)的判斷，以達(dá)到節(jié)約電能的效果，從而保護(hù)環(huán)境。非侵入式負(fù)荷監(jiān)測方法對(duì)硬件要求較低，一些個(gè)單片機(jī)或者處理芯片就能夠勝任，但又不是那么簡單，因?yàn)檫@又需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理算法和龐大的數(shù)據(jù)庫來支持和配合。應(yīng)該說最近這幾年，國內(nèi)、國外的很多高校和研究所都踴躍地加入到了這項(xiàng)技術(shù)的研究中來，畢竟節(jié)能減排，利國利民，，當(dāng)然大家也獲了一定的成就。1.1.2設(shè)計(jì)意義能源是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，它與人類的生活息息相關(guān)，從茹毛飲血的遠(yuǎn)古時(shí)代，再到刀耕火種的農(nóng)耕時(shí)期，再到如今信息大爆炸時(shí)代?？梢哉f能源扮演者不可或缺的角色。火，電，水能，再到生物能，能源的重要性自不言而喻。當(dāng)然能源亦是國家制定發(fā)展策略的重要因素。你能說能源現(xiàn)在供不應(yīng)求嗎？當(dāng)然不能。雖然電能看起來隨處可見。不夸張的說，能源危機(jī)，環(huán)境保護(hù)必然越來越重要。節(jié)約能源，發(fā)現(xiàn)新能源必將成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，而如何更加高效合理的利用能源成為了很多現(xiàn)代科學(xué)家們的關(guān)注的重心。眾所周知，電能是人們?nèi)粘Ｉ钭钭畛Ｒ?，又最最方便的一種能源。小到電子芯片大到通訊衛(wèi)星、航空母艦，都會(huì)見到電能的身影。與此同時(shí)，電能的消耗正在逐年的上升，在我們的人常生活中，有近半的生活能源來自于電能，以滿足日常生產(chǎn)生活的開銷。在可見的將來，在另一種高效合理的能源被發(fā)現(xiàn)之前，電能必將扮演者不可或缺的位置。環(huán)境惡化、節(jié)約能源，如此種種，能源的高效合理利用（尤其是電能）會(huì)越來越成為人們關(guān)注和研究的焦點(diǎn)。在電能使用越來越普及、用電器越來越多樣化和對(duì)電參數(shù)要求越來越高的大背景下，為了安全節(jié)能、合理有效地使用電，我們需要設(shè)計(jì)一種裝置。用以來實(shí)時(shí)地監(jiān)測用電器的用電參數(shù)，為更加安全節(jié)能、合理有效地使用電打下基礎(chǔ)。在本研究中，采用的這種非侵入式監(jiān)測方法如被應(yīng)用到智能電表的計(jì)量模塊中，計(jì)算到各種家用電器的用電情況，再得到這些有用的用電信息，最后經(jīng)過匯總和分析各類用電器的用電情況，發(fā)送給更加高級(jí)的應(yīng)用程序，再進(jìn)一步進(jìn)行資源的合理高效利用。同時(shí)在這種大數(shù)據(jù)的情況下，電網(wǎng)公司能夠給出更加合理有效的用電建議反映給客戶，以此達(dá)到從小處著手，以實(shí)現(xiàn)量變的效果。1.2設(shè)計(jì)目標(biāo)1.2.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)能夠收集到的電源線的電參數(shù)信息，并能夠利用這些信息，去判斷出用電器的類別和工作狀態(tài)的設(shè)備。要求它要具有學(xué)習(xí)模式和分析監(jiān)測模式。在學(xué)習(xí)模式的時(shí)候，該設(shè)備要能夠測試并存儲(chǔ)各類用電器在此工作狀態(tài)的特征參量（包括電壓、電流等）；在分析監(jiān)測模式的時(shí)候，要能夠?qū)崟r(shí)地指示出用電器的類別和此類用電器在這種工作時(shí)的電參數(shù)信息。1.2.2基本要求1）電器電流范圍要求在：0.005A–10.0A，可以有下列的用電器：路由器、充電器、LED燈、節(jié)能電燈、風(fēng)扇、電熱水壺等等。2）可以識(shí)別的用電器總數(shù)要求大于5種，而電流小于50mA的用電器數(shù)目大于3，同時(shí)要能夠顯示出所有被識(shí)別的用電器的在工作狀態(tài)時(shí)候的電參數(shù)信息。自己定義可識(shí)別的用電器的種類，要求包括一件最小電流用電器和一件電流大于8A的用電器，并能夠完成其自主學(xué)習(xí)的過程。3）實(shí)時(shí)地指示并分辨出在工作的用電器，并顯示其電源線上的電特征參數(shù)，同時(shí)要能夠包括已經(jīng)處在工作的、之前的用電器的電參數(shù)信息。響應(yīng)時(shí)間不大于2s。顯示的內(nèi)容應(yīng)該包括電流和其他參量，可以自己定義這些收集到的電信息的種類、性質(zhì)和數(shù)量。可以用序號(hào)去表示用電器的種類及其工作狀態(tài)等。4）要求當(dāng)插入或者拔出用電器的時(shí)候，或者有多個(gè)用電器時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)地指示出用電器的種類和工作狀態(tài)，去掉（或者拔出）的用電器不用顯示工作狀態(tài)和工作信息。

2方案設(shè)計(jì)與論證2.1系統(tǒng)方案該系統(tǒng)主要由單片機(jī)分析控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊和電源模塊組成，下面分別對(duì)這幾個(gè)模塊進(jìn)行論證與選擇。2.2單片機(jī)分析控制模塊論證與選擇方案一：51單片機(jī)51單片機(jī)它最早由Intel推出，它是應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)，當(dāng)然也是初學(xué)者們最容易上手學(xué)習(xí)的單片機(jī)，我們學(xué)校學(xué)習(xí)和利用的就是這款。因?yàn)槠渚哂械湫偷慕Y(jié)構(gòu)和完善的總線專用寄存器的集中管理，加上面向控制的豐富的指令系統(tǒng)和位操作功能，可以說得上是一代經(jīng)典，給后續(xù)的其它單片機(jī)的發(fā)展奠定了牢靠的基礎(chǔ)。它有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如它集成度高，體積小，可靠性好運(yùn)算能力強(qiáng)，編程靈活，控制能力強(qiáng)，低功耗，低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。但不得不說，它又有著很多的缺點(diǎn)，例如其內(nèi)存較小，沒有內(nèi)置AD，使用較為不便。并且雖然它的I/O腳使用起來很簡單，但它的高電平時(shí)沒有輸出能力，這也是51系列單片機(jī)的最大弊端，而且呢，51保護(hù)能力很差，輕易的造成芯片的燒壞。方案二：STM32系列單片機(jī)由ST廠商推出的STM32系列單片機(jī)，這是一款性價(jià)比超高的系列單片機(jī)，它的功能十分強(qiáng)大。它的內(nèi)核是為了滿足高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用的要求專門設(shè)計(jì)的ARMCortex-M。而且它同時(shí)具有相當(dāng)一流的外設(shè)：1μs的雙12位ADC，18兆位/秒的SPI，4兆位/秒的UART等。并且它在功耗和集成度方面也有表現(xiàn)不同尋常的表現(xiàn)，能夠滿足多種要求，如高性能、低成本、低功耗等等。而STM32單片機(jī)程序具有模塊化的特點(diǎn)，因所以其接口相對(duì)簡單些。由于完成本題要有大量編程，對(duì)單片機(jī)內(nèi)存和處理速度要求較高，故選擇方案二。2.3數(shù)據(jù)檢測采集模塊論證與選擇方案一：采用電流、電壓互感器和STM32內(nèi)置ADC模塊使用電流、電壓互感器的畫，是因?yàn)樗麄兡軌驅(qū)?shù)值較大的一次電流轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次電流，將數(shù)值較大的一次電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次電壓，再經(jīng)過整流濾波，把合適的電信號(hào)傳入到STM32單片機(jī)上，再利用STM32內(nèi)部的ADC模塊進(jìn)行分析和處理。方案二：采用電流、電壓互感器和ADE7758電能計(jì)量芯片這里面電流互感器、電壓互感器的作用與方案一相同，在此不再贅述。ADE7758是一種高精確度三相電能測量芯片，那么這種電能測量芯片的作用是什么呢。簡單點(diǎn)說它可以安裝在有功功率、復(fù)功率、視在功率、有效值的測量以及以數(shù)字方式校正系統(tǒng)誤差所必須的一些信號(hào)處理電路。同時(shí)它包括一個(gè)串行口，能夠兩路脈沖輸出。它集成了二階∑-D模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字積分、參考基準(zhǔn)電壓源、溫度敏感元件等模塊或者說設(shè)備。因?yàn)榇罱ǚ桨敢坏恼骱蜑V波電路需要很多的器件，因此這里我們考慮采用方案二。2.4顯示模塊的論證與選擇方案一：采用LCD12864液晶顯示屏該屏幕驅(qū)動(dòng)簡單，顯示信息明確，而且價(jià)格便宜。并且它與51單片機(jī)兼容性很好。方案二：采用2.8寸TFTTFTLCD即薄膜晶體管液晶顯示器。它不同于無源TN-LCD、STN-LCD的簡單矩陣，它在液晶顯示屏的每一個(gè)象素上都設(shè)置有一個(gè)薄膜晶體管（TFT），這樣就能夠有效地克服非選通時(shí)的串?dāng)_帶來的問題，使顯示液晶屏的靜態(tài)特性與掃描線數(shù)無關(guān)，因此能夠大大提高了圖像質(zhì)量。TFTLCD具有：亮度好、層次感強(qiáng)、對(duì)比度高、顏色鮮艷等特點(diǎn)。是目前最主流的LCD顯示器。廣泛應(yīng)用于電視、手機(jī)、電腦、平板等各種電子產(chǎn)品。綜合分析考慮采用方案二。

3硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)簡介3.1.1系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)總體框圖如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)總體框圖Figure3-1SystemOverallBlockDiagram其中輔助電源用于監(jiān)測電路、STM32芯片以及液晶顯示屏的供電。A、B測試點(diǎn)用來接入用電器電參數(shù)測量設(shè)備。在A、B之間獲得用電器的電流電壓信息后經(jīng)過檢測電路的處理，從而得到一些用規(guī)律或者說經(jīng)過定義的關(guān)于用電器的信息。再將這些信息傳送給單片機(jī)，單片機(jī)（1）經(jīng)過存儲(chǔ)（學(xué)習(xí)功能）或者比較已經(jīng)過存儲(chǔ)的信息進(jìn)行分析處理，最后通過藍(lán)牙傳輸，輸送到單片機(jī)上（2）。而單片機(jī)（2）再驅(qū)動(dòng)屏幕去顯示，來達(dá)到無線傳輸?shù)男Ч僮鞲拥姆奖恪?.1.2數(shù)據(jù)監(jiān)測采集模塊子系統(tǒng)框圖圖3-2數(shù)據(jù)監(jiān)測采集子系統(tǒng)框圖Figure3-2Blockdiagramofdatamonitoringandacquisitionsubsystem數(shù)據(jù)采集電路的組成有：電流互感器、電壓互感器和ADE7758數(shù)字電能表芯片。其中電流互感器用于得到較小的用電器的電流量。電壓互感器用于用于得到較小的用電器的電壓量。他們都是將用電器的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換以得到較小的電信號(hào)。同時(shí)，在模擬信號(hào)變小以后，還需要經(jīng)過整流和濾波來得到合適的，數(shù)字芯片能夠正常使用的電信號(hào)。當(dāng)然僅僅是如此還是不夠，仍需要ADE7758數(shù)字電能表芯片進(jìn)行AD處理得到單片機(jī)能夠使用的數(shù)字信號(hào)。3.2數(shù)據(jù)監(jiān)測采集模塊硬件設(shè)計(jì)3.2.1數(shù)據(jù)監(jiān)測采集模塊電路原理圖圖3-3數(shù)據(jù)監(jiān)測采集模電路原理圖Figure3-3Schematicdiagramofthedatamonitoringacquisitionmodecircuit3.2.2數(shù)據(jù)監(jiān)測采集模塊子系統(tǒng)電路原理圖圖3-4電壓采集電路Figure3-4VoltageAcquisitionCircuit圖3-5電流采集電路Figure3-5CurrentAcquisitionCircuit圖3-4和3-5是在電能計(jì)量電路中采用的模擬信號(hào)的采樣部分。因?yàn)锳DE7758輸入電壓的范圍為±0.5V，所以不能直接將用電器上的交流電壓、電流直接接入到芯片上，因此必須經(jīng)過電壓與電流互感器及信號(hào)調(diào)理電路來得到合適的電信號(hào)。為滿足設(shè)計(jì)要求，這里面我們選擇選擇電流互感器規(guī)格為5A/5mA，電壓互感器為220V/0.5V。圖3-4為電壓采集電路，其中P3采用的是變比為1:1的電流型電壓互感器，它的規(guī)格為2mA/2mA。不得不說電路中的電阻作用：一個(gè)作用（僅在圖3-4種）是限流保護(hù)，另一個(gè)是分壓。其中電壓互感器的前面的具有限流保護(hù)的作用，后面的電阻具有分壓的作用。后面的取樣電阻R的阻值的大小因該由被測信號(hào)的最大值決定，在這里面因ADE7758芯片的的輸入量程范圍是0.5V，加上互感器輸出電流值為2mA，所以這里面我們把R的取值定為150Ω，這樣就不會(huì)溢出了，就可以保證ADE7758的電壓輸入值在正常量程范圍內(nèi)，讓其正常的工作。這面面還要提到，兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管的作用：兩個(gè)二極管，當(dāng)它們一正一反并聯(lián)在一起的時(shí)候，可以做為電路里面的限壓器件。因?yàn)椋覀冎?，?dāng)硅二極管正向?qū)〞r(shí)，它電壓大約在0.7V左右（鍺二極管大約0.3V，一般不用），這樣當(dāng)兩個(gè)二極管反向并聯(lián)以后，無論它們兩端的電壓如何的變化，或者正，或者反，都可以將電壓限制在1V以下，也算是對(duì)下級(jí)輸入的一個(gè)很好的保障。圖3-5為電流采集電路，其中互感器后面的電阻也起著同樣的作用，即分壓。兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管的作用同電壓采集電路相同。并且本電路又加入了低通濾波器，這里采用最簡單的低通濾波器。把它們放置在ADC的模擬輸入之前，可以防止由于采樣可能引起的失真。它以-20dB/十倍頻進(jìn)行衰減。這里面我們將電阻R選擇為1kΩ,電容C選擇為33nF。圖3-6數(shù)據(jù)采集整理電路Figure3-6Datacollectionandfinishingcircuit圖3-6為數(shù)據(jù)采集整理電路，采用的是ADE7758數(shù)字電能表芯片，它是一款高精確度的三相電能計(jì)量芯片，集成了6路16位二階Δ-ΣADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器，基準(zhǔn)電路，以及所有可以進(jìn)行有功，無功和視在電能計(jì)量和有效值計(jì)量所需的信號(hào)處理元件，并且保證在1000:1動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)誤差小于在本次設(shè)計(jì)中，ADE7758先將采集到的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和相位校準(zhǔn)，然后將電流和電壓進(jìn)行計(jì)算，可以得到有功功率、無功功率和視在功率三種功率值，并將三種數(shù)值存入到ADE7758對(duì)應(yīng)的寄存器中，同時(shí)數(shù)椐通過ADE7758的SPI串行接口傳入到單片機(jī)STM32。3.3電源模塊硬件設(shè)計(jì)圖3-55V電源Figure3-55Vpowersupply上圖所示為LM2596構(gòu)成的是經(jīng)典的12V轉(zhuǎn)5V穩(wěn)壓電路，這里的LM2596是常見的一款大電流開關(guān)穩(wěn)壓芯片。LM2596關(guān)電壓調(diào)節(jié)器能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流。它的固定輸出版本有3.3V、5V、12V。其最高輸入電壓可達(dá)40V，最大輸出電流可以達(dá)3A。在大電流輸出時(shí)，其發(fā)熱量比7805這類線性穩(wěn)壓芯片要小得多，并且LM2596還帶有關(guān)斷控制端（⑤腳）。在正常工作的時(shí)候，LM2596的⑤腳要接地；而當(dāng)該腳接高電平時(shí)，LM2596則會(huì)關(guān)閉輸出端，這樣使得整個(gè)電路處于超低功耗狀態(tài)。圖3-75V轉(zhuǎn)3.3V電源Figure3-75Vto3.3VpowersupplyASM1117的工作原理和普通的78系列線性穩(wěn)壓器或LM317線性穩(wěn)壓器相同，所有的線性穩(wěn)壓器都是通過對(duì)輸出電壓采樣，然后反饋到調(diào)節(jié)電路去調(diào)節(jié)輸出級(jí)調(diào)整管的阻抗，當(dāng)輸出電壓偏低時(shí)，就調(diào)節(jié)輸出級(jí)的阻抗變小從而減小調(diào)整管的壓降，當(dāng)輸出電壓偏高時(shí)，就調(diào)節(jié)輸出級(jí)的阻抗變大從而增大調(diào)整管的壓降，這樣就維持了輸出電壓的穩(wěn)定。

ASM1117和78系列穩(wěn)壓器的主要差別是它的最小飽和壓降（即失穩(wěn)電壓）較小，為1.1V（典型值）~1.3V（最大值），而78系列穩(wěn)壓器的失穩(wěn)電壓是2V~3V左右，因此在輸出電壓相同的情況下ASM1117可以工作在較低的輸入工作電壓下。以SSM1117-3.3為例，它的最低工作電壓是4.4V（典型值）~4.8V（最大值），而LM317輸出3.3V電壓時(shí)要求最低輸入電壓為5.3~6.3V。另外SAM1117系列穩(wěn)壓器的最高輸入電壓也低于78系列穩(wěn)壓器。C31和C32都是輸出濾波電容，作用是減小輸出電壓汶波并抑制ASM1117的自激振蕩，C31是高頻濾波電容，C32是低頻濾波電容。圖中已經(jīng)標(biāo)出了C31容量是0.1微法，C32是10微法。3.4單片機(jī)控制模塊圖3-8主控制模塊Figure3-8MainControlModule本次選用STM32F103RCT6作為主控制芯片。STM系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在前面已經(jīng)得到敘述。而這款單片機(jī)是基于ARMCortex-M內(nèi)核，它具有高性能、低成本、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，片上資源包括48KBSRAM，256KBFlash，11個(gè)定時(shí)器，2個(gè)IIC，5個(gè)串口，1個(gè)USB，3個(gè)SPI，3個(gè)12位ADC，2個(gè)12位DAC及51個(gè)通用IO口。STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)由①主芯片，②上電復(fù)位電路，③時(shí)鐘電路，④電源供電電路組成。圖3-9上電復(fù)位電路Figure3-9Power-onResetCircuit通過芯片手冊可知主芯片為低電平復(fù)位，復(fù)位電路CREST端連接主芯片第7腳復(fù)位管腳．當(dāng)上電一瞬間，C10相當(dāng)于通路接地，芯片自動(dòng)復(fù)位，之后VDD穩(wěn)定，C10相當(dāng)于斷路，復(fù)位端CREST一直為高電平。圖3-10時(shí)鐘電路Figure3-10ClockCircuit主頻選用8MHz晶振，時(shí)鐘RTC頻率選用32.768KHz。電源模塊在前面已經(jīng)提到，這里不再贅述。3.5顯示模塊圖3-11顯示模塊Figure3-11DisplayModuleDB1~DB8，DB10~DB17，總是按順序連接MCU的D0~D15。從圖3-11可以看出，ALIENTEKTFTLCD模塊采用16位的并方式與外部連接，之所以不采用8位的方式，是因?yàn)椴势恋臄?shù)據(jù)量比較大，尤其在顯示圖片的時(shí)候，如果用8位數(shù)據(jù)線，就會(huì)比16位方式慢一倍以上，我們當(dāng)然希望速度越快越好，所以我們選擇16位的接口。圖3-11中CS：TFTLCD片選信號(hào)。WR：向TFTLCD寫入數(shù)據(jù)。RD：從TFTLCD讀取數(shù)據(jù)。D[15:0]：16位雙向數(shù)據(jù)線。RST：硬復(fù)位TFTLCD。RS：命令/數(shù)據(jù)標(biāo)志（0，讀寫命令；1，讀寫數(shù)據(jù)）。

4.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路4.1.1程序功能描述根據(jù)題目要求軟件部分主要實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)功能、分析功能和控制彩屏顯示功能。1）學(xué)習(xí)部分：能夠記錄新插入的用電器信息，例如：電流信息。2）分析功能：分辨出插入的用電器，并給與顯示模塊信息。3)顯示部分：顯示用電器編號(hào)、電流值、電壓值、功率值等。4.2.2程序設(shè)計(jì)思路要能夠?qū)W習(xí)和分析，這些要求前面已經(jīng)提到過。在學(xué)習(xí)模式下，能夠記錄新插入的用電器信息，例如：電流信息。在分析模式下，分辨出插入的用電器，并給與顯示模塊信息。要有一個(gè)按鍵（按下這個(gè)按鍵就代表進(jìn)入了學(xué)習(xí)模式），在第一次插入用電器的時(shí)候就自己按下按鍵，進(jìn)入學(xué)習(xí)模式。記錄這個(gè)用電器的用電信息，例如功率或者電流，并規(guī)定編號(hào)，這樣就會(huì)方便檢索。在第二次插入用電器的時(shí)候能夠分辨是否為新的用電器，如果是新的，假設(shè)這個(gè)應(yīng)用場景在你自己熟悉的家中，你就可以根據(jù)自己的記憶去判斷是否為新得用電器，如果是新的用電器，你應(yīng)該自主的按下按鍵，進(jìn)入學(xué)習(xí)模式，記錄該用電器的一些信息。如果為舊的或者說以前的用電器，就直接進(jìn)入分析模式，進(jìn)而檢索信息存儲(chǔ)函數(shù)中的已經(jīng)存在的信息，當(dāng)然這個(gè)時(shí)候只有一個(gè)用電器。匹配后，就在屏幕上顯示即可。第三、第四等等依然如此。當(dāng)然這里面存在一個(gè)問題，就是在學(xué)習(xí)模式的時(shí)候我們記錄的是一個(gè)電量信息，是一個(gè)數(shù)字。我們可以給它編號(hào)為1、2、3等。但是我們在分析模式的情況下，要辨別這個(gè)數(shù)值的波動(dòng)范圍（畢竟的電流信息或者電功率信息是不恒定的），就是說上下要有個(gè)范圍。而不是直接去辨別1、2、3。這就要求每次在分析模式的情況下，我們要遍歷所有的可能同時(shí)這個(gè)數(shù)值還是要有一定的波動(dòng)范圍。事實(shí)上，我們可以認(rèn)為的規(guī)定1號(hào)就帶便在什么范圍（也就是自己規(guī)定一定得數(shù)值），但這要求我們要有很多的用電器電量信息去確定這些個(gè)范圍。當(dāng)然我們這個(gè)場景如果規(guī)定在家用范圍的話，這個(gè)就很容易規(guī)定了。第二個(gè)問題便是在分析模式下，當(dāng)插座上有很多有點(diǎn)電器的時(shí)候，因?yàn)槲覀兎直娴氖枪β蔬@個(gè)數(shù)值，當(dāng)很多用電器并連在一起的時(shí)候，就是多種情況加在一起，所以我們需要遍歷很多種可能。圖4-1所有遍歷可能Figure4-1Alltraversalpossibilities因此這就需要我們設(shè)計(jì)一個(gè)程序，能夠在不斷記錄新的數(shù)值的時(shí)候，又能夠把這些可能自主的加在一起。再去遍歷，從而分辨出多個(gè)用電器。總的來說就是，不斷采集數(shù)據(jù)并定義多個(gè)變量，將前后采集的數(shù)據(jù)不斷對(duì)比，通過判斷前后差值是否大于正常電路中該參數(shù)的波動(dòng)幅度，來確定該用電器的工作狀態(tài)，并輸出其狀態(tài)和參數(shù)。4.2程序流程圖圖4-2程序流程圖Figure4-2ProgramFlowChart為理解方便,系統(tǒng)的軟件編寫采用主程序加子程序方式進(jìn)行,主要包括:主程序、參數(shù)讀取子程序、分析子程序、學(xué)習(xí)子程序、特性存儲(chǔ)子程序、按鍵子程序、顯示子程序等。主程序:控制單片機(jī)初始化、調(diào)用按鍵識(shí)別程序,判斷按鍵功能,調(diào)用AD模塊數(shù)據(jù)并調(diào)用顯示子程序等。分析子程序:完成ADE7758數(shù)據(jù)讀取,并根據(jù)多次實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)、修正補(bǔ)償?shù)?利用有功功率的信息分析出組合電路。分析子程序主要的作用是分析電路的組合情況,這里,主要采用的分析思路如下:利用有功功率進(jìn)行測算,因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)完成了電路參數(shù)的學(xué)習(xí),每個(gè)ID電器在工作的時(shí)候其有功功率是確定的,當(dāng)電器打開后,電路中就會(huì)產(chǎn)生這類有功功率的消耗。顯示子程序:執(zhí)行寫顯示數(shù)據(jù)的命令,將顯示得內(nèi)容進(jìn)行更新。按鍵子程序:完成按鍵識(shí)別,執(zhí)行按鍵相應(yīng)功能。6結(jié)論硬件方面改了多次，首先想做出實(shí)物，但力有不逮，最終不了了之。然后研究仿真，這樣硬件就需要很大的改變。應(yīng)為仿真軟件，不包含一些電能計(jì)量芯片，所以只能經(jīng)過電流互感器，電壓互感器后，經(jīng)過整流濾