基于共享公寓的智能電源管理系統設計

　　樊習習 ¹ ，王 堯 ² ，陳銘軒 ¹ ，葛年明 ¹（1.三江學院電子信息工程學院，江蘇南京，210012；2.南京富島信息工程有限公司，江蘇南京，210000）

　　摘?要：提出一種遠程監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各個電器進行電量分析和計量，實時采集數據信息上傳至服務器，同時對采集到的各個電器的用電參數進行智能化分析，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：電量監測，無線通信，遠程控制，智能照明。

　　0 引言

　　隨著物聯網應用的越漸發展，基于網絡的遠程電源管理系統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，設計了遠程監控的智能電源管理系統。與傳統電源管理系統相比，為匹配本文所設計的智能電源管理系統，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遠程控制房間內電器的開關，大大提高了生活的舒適度。經測試，本設計基本可以滿足當下共享公寓的電源管理系統的需求。

　　1 系統的總體設計

　　本文設計的共享公寓的智能電源管理系統采用STM32F103RCT6作為主控芯片，由電量檢測模塊，電源轉化模塊，WIFI通信模塊，RFID射頻識別模塊，繼電器模塊，LED調光模塊組成。系統方框圖如圖1所示，系統外接電量檢測模塊、由3.3 V穩壓電源提供穩定的電能，通過RFID射頻識別模塊進行身份識別，繼電器模塊控制220 V電源的通斷，LED調光模塊控制照明的開關及亮度調節。同時，系統還設計了一個電源管理系統的手機app，通過WIFI通信模塊實現單片機與客戶端的數據通信和指令控制。

　　2 硬件介紹

　　2.1 單片機最小系統

　　本次設計的控制芯片選擇的是具有32位RISC內核嵌入式-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，充分滿足了本系統的控制要求。由STM32F103RCT6構成的單片機最小系統如圖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最小系統作為核心模塊，對各個模塊采集到的數據進行處理并將處理后的數據通過WIFI模塊發送到客戶端，使用戶能實時查看?？蛻舭l送的控制指令通過WIFI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，其內部的電源監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。

　　2.3 WIFI模塊

　　WIFI通訊模塊采用ATK-ESP8266，如圖4所示，模塊內置了TCP / IP協議，并且通過串口與微控制單元（MCU）進行通信，用于WIFI與串口之間數據信息傳輸交流。ATK-ESP8266模塊還支持LVTTL串口，方便設備使用Internet進行傳輸數據。

　　在本次設計中，WIFI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據交換中心，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據交換，以及對LED調光模塊進行控制。

　　2.4 RFID射頻識別模塊與 LED調光

　　共享公寓的門禁系統和取電系統采用傳統的RFID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，由20個5mm高亮度低功率白光LED燈珠組成。

　　我們通過調節其的PWM波的脈沖寬度來調節LED的亮度。

　　3 軟件設計

　　本系統軟件的設計使用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

　　程序流程圖如圖5所示，上電后，程序初始化后先檢測ESP8266 WIFI模塊連接狀態，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 主要函數說明

　　3.2.1 設置WIFI模塊的AP的IP

　　函數中定義指針參數pApIp為AP的IP，先格式 pApIp再打印到cCmd，然后再調用里ESP8266_Cmd（）對WIFI模塊發送AT指令函數，如期待答復為”ok”則設置AP的IP成功，否側設置失敗。

程序1：

uint8_t ESP8266_CIPAP ( char * pApIp )

{

char cCmd [ 30 ];

sprintf ( cCmd, “AT+CIPAP=”%s””,

pApIp );

if ( ESP8266_Cmd ( cCmd, “OK”, 0 , TIME3 ) )

return 1;

else

return 0;

}

　　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控，對用電器的常用數據進行測量、對LED進行燈光控制。

　　5 結論

　　本次設計利用WIFI技術實現了照明電路的遠程控制及亮度調節，利用計量芯片實現所有插座電量計量、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對共享公寓數據進行更加詳細與嚴密的數據監測，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，就能更精確的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據庫，并且通過流行的AI算法進行對數據的處理，進一步提高用戶的舒適安全性。

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　　本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第11期第65頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。