基于共享公寓的智能電源管理系統(tǒng)設計

樊習習 王堯 陳銘軒 葛年明

摘要：提出了一種遠程監(jiān)控共享公寓智能電源的方案，采用專用單相電電量計量芯片對公寓內(nèi)各個電器進行電量分析和計量，實時采集數(shù)據(jù)信息上傳至服務器，同時對采集到的各個電器的用電參數(shù)進行智能化分析，判斷用電器的類型。如此，用戶不僅能從其手機APP上隨時查看公寓內(nèi)各個電器的用電信息，還能進行遠程控制，提高了用戶的生活舒適度。

關鍵詞：電量監(jiān)測;無線通信;遠程控制;智能照明

0引言

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

1系統(tǒng)的總體設計

本文設計的共享公寓的智能電源管理系統(tǒng)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，RFI D射頻識別模塊，繼電器模塊，LED調光模塊組成。系統(tǒng)如圖1所示，系統(tǒng)外接電量檢測模塊、由3.3V穩(wěn)壓電源提供穩(wěn)定的電能，通過RFID射頻識別模塊進行身份識別，繼電器模塊控制220V電源的通斷，LED調光模塊控制照明的開關及亮度調節(jié)。同時，系統(tǒng)還設計了一個電源管理系統(tǒng)的手機app.通過Wi-Fi通信模塊實現(xiàn)單片機與客戶端的數(shù)據(jù)通信和指令控制。

2硬件介紹

2.1單片機最小系統(tǒng)

本次設計的控制芯片選擇的是具有32位RlSC內(nèi)核嵌入式一微控制器的STM32F103RCT6，因為其微控制器包含豐富的外圍資源，便于控制應用，充分滿足了本系統(tǒng)的控制要求。由STM32F103RCT6構成的單片機最小系統(tǒng)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(tǒng)作為核心模塊，對各個模塊采集到的數(shù)據(jù)進行處理并將處理后的數(shù)據(jù)通過Wi-Fi模塊發(fā)送到客戶端，使用戶能實時查看。客戶發(fā)送的控制指令通過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(nèi)部的電源監(jiān)視電路可確保電源接通和電源斷開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來。

2.3WI-FI模塊

Wi-Fi通訊模塊采用ATK-ESP8266，如圖4所示.模塊內(nèi)置TTCP/IP協(xié)議.并且通過串口與微控制單元（MCU）進行通信，用于Wi-Fi與串口之間數(shù)據(jù)信息傳輸交流。ATK-ESP8266模塊還支持LVTTL串口，方便設備使用Internet進行傳輸數(shù)據(jù)。

在本次設計中，Wi-Fi處于AP模式：Access Point，提供無線接入服務。通俗來說把該模塊當作一個數(shù)據(jù)交換中心，它只是提供了無線接入服務.即我們APP與電量計量檢測電路、與RFID射頻識別模塊進行數(shù)據(jù)交換，以及對LED調光模塊進行控制。

2.4RFID射頻識別模塊與IJeD調光

共享公寓的門禁系統(tǒng)和取電系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的RFlD識別技術，客戶到達指定的公寓刷卡開門，插卡取電，離開后取卡斷電。本設計的LED光源采用并聯(lián).由20個5mm高亮度低功率白光LED燈珠組成。我們通過調節(jié)其的PWM波的脈沖寬度來調節(jié)LED的亮度。

3軟件設計

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

3.1程序流程框圖

程序流程圖如N5所示，上電后，程序初始化后先檢測ESP8266Wi-Fi模塊連接狀態(tài)，然后等待客戶端連接，客戶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啟電量計量模塊測量電量，然后等待客戶端的開關燈和LED調光信號進行智能燈光控制。本系統(tǒng)軟件的設計使用模塊化思想進行編寫，程序條理清晰方便調試與測試。

3.2主要函數(shù)說明

3.2.1設置WI-FI模塊的AP的IP

函數(shù)中定義指針參數(shù)pAplp為AP的IP，先格式pAplp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(shù)，如期待答復為“ok”則設置AP的IP成功，否側設置失敗。程序1：

4客戶端測試

上電后，打開客戶端手機APP，如圖6所示。在APP上，我們可以對公寓進行遠程監(jiān)控，對用電器的常用數(shù)據(jù)進行測量、對LED進行燈光控制。

5結論

本次設計利用Wi-Fi技術實現(xiàn)了照明電路的遠程控制及亮度調節(jié)，利用計量芯片實現(xiàn)所有插座電量計量、電器識別以及定時開關等功能，同時完成了刷卡取電，身份識別功能。我們可以通過智能電源管理系統(tǒng)對共享公寓數(shù)據(jù)進行更加詳細與嚴密的數(shù)據(jù)監(jiān)測，從而保障用戶的安全及舒適度。

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行匯總形成數(shù)據(jù)庫，并且通過流行的AI算法進行對數(shù)據(jù)的處理，進一步提高用戶的舒適安全性。