基于共享公寓的智能电源管理系统设计

　　樊习习 ¹ ，王 尧 ² ，陈铭轩 ¹ ，葛年明 ¹

　　（1.三江学院电子信息工程学院，江苏 南京，210012；2.南京富岛信息工程有限公司，江苏 南京，210000）

　　摘 要：提出了一种远程监控共享公寓智能电源的方案，采用专用单相电电量计量芯片对公寓内各个电器进行电量分析和计量，实时采集数据信息上传至服务器，同时对采集到的各个电器的用电参数进行智能化分析，判断用电器的类型。如此，用户不仅能从其手机APP上随时查看公寓内各个电器的用电信息，还能进行远程控制，提高了用户的生活舒适度。

　　关键词：电量监测；无线通信；远程控制；智能照明

　　0 引言

　　随着物联网应用的越渐发展，基于网络的远程电源管理系统的研究已成为研究热点。本文以当下流行的共享公寓为研究背景，设计了远程监控的智能电源管理系统。与传统电源管理系统相比，为匹配本文所设计的智能电源管理系统，我们设计了手机端app，用户能通过app进行预定房或退房服务，还能通过app远程控制房间内电器的开关，大大提高了生活的舒适度。经测试，本设计基本可以满足当下共享公寓的电源管理系统的需求。

　　1 系统的总体设计

　　本文设计的共享公寓的智能电源管理系统采用STM32F103RCT6作为主控芯片，由电量检测模块，电源转化模块，Wi-Fi通信模块，RFID射频识别模块，继电器模块，LED调光模块组成。系统如图1所示，系统外接电量检测模块、由3.3 V稳压电源提供稳定的电能，通过RFID射频识别模块进行身份识别，继电器模块控制220 V电源的通断，LED调光模块控制照明的开关及亮度调节。同时，系统还设计了一个电源管理系统的手机app，通过Wi-Fi通信模块实现单片机与客户端的数据通信和指令控制。

　　2 硬件介绍

　　2.1 单片机最小系统

　　本次设计的控制芯片选择的是具有32位RISC内核嵌入式-微控制器的STM32F103RCT6，因为其微控制器包含丰富的外围资源，便于控制应用，充分满足了本系统的控制要求。由STM32F103RCT6构成的单片机最小系统如图2所示，包括电源管理电路，复位电路，去耦电容，晶体振荡器电路等。STM32F103RCT6最小系统作为核心模块，对各个模块采集到的数据进行处理并将处理后的数据通过Wi-Fi模块发送到客户端，使用户能实时查看。客户发送的控制指令通过Wi-Fi模块接收后传送给单片机，单片机识别控制指令完成相应的模块控制。

　　2.2 电量计量检测模块

　　本文设计的电量计量检测电路采用低功耗的RN8209系列单相电能计量芯片，其内部的电源监视电路可确保电源接通和电源断开期间芯片的可靠运行。图3给出了基于RN8209的电量计量与检测电路，其中大互感的作用是将测量电源与工作电源给隔离开来。

　　2.3 WI-FI模块

　　Wi-Fi通讯模块采用ATK-ESP8266，如图4所示，模块内置了TCP / IP协议，并且通过串口与微控制单元（MCU）进行通信，用于Wi-Fi与串口之间数据信息传输交流。ATK-ESP8266模块还支持LVTTL串口，方便设备使用Internet进行传输数据。

　　在本次设计中，Wi-Fi处于AP模式：Access Point，提供无线接入服务。通俗来说把该模块当作一个数据交换中心，它只是提供了无线接入服务，即我们APP与电量计量检测电路、与RFID射频识别模块进行数据交换，以及对LED调光模块进行控制。

　　2.4 RFID射频识别模块与 LED调光

　　共享公寓的门禁系统和取电系统采用传统的RFID识别技术，客户到达指定的公寓刷卡开门，插卡取电，离开后取卡断电。本设计的LED光源采用并联，由20个5 mm高亮度低功率白光LED灯珠组成。

　　我们通过调节其的PWM波的脉冲宽度来调节LED的亮度。

　　3 软件设计

　　本系统软件的设计使用MDK5编译软件对主控芯片STM32F103RCT6微控制器进行程序设计和编译调试。

　　3.1 程序流程框图

　　程序流程图如图5所示，上电后，程序初始化后先检测ESP8266 Wi-Fi模块连接状态，然后等待客户端连接，客户端接入成功等待刷卡取电信号，获得取电信号接通公寓电源并且开启电量计量模块测量电量，然后等待客户端的开关灯和LED调光信号进行智能灯光控制。

　　本系统软件的设计使用模块化思想进行编写，程序条理清晰方便调试与测试。

　　3.2 主要函数说明

　　3.2.1 设置WI-FI模块的AP的IP

　　函数中定义指针参数pApIp为AP的IP，先格式pApIp再打印到cCmd，然后再调用里ESP8266_Cmd（）对Wi-Fi模块发送AT指令函数，如期待答复为“ok”则设置AP的IP成功，否侧设置失败。

　　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 客户端测试

　　上电后，打开客户端手机APP，如图6所示。在APP上，我们可以对公寓进行远程监控，对用电器的常用数据进行测量、对LED进行灯光控制。

　　5 结论

　　本次设计利用Wi-Fi技术实现了照明电路的远程控制及亮度调节，利用计量芯片实现所有插座电量计量、电器识别以及定时开关等功能，同时完成了刷卡取电，身份识别功能。我们可以通过智能电源管理系统对共享公寓数据进行更加详细与严密的数据监测，从而保障用户的安全及舒适度。

　　该设计还存在不足，如在电量测量中，若能进一步的校准，就能更精确地识别出各种用电电器。我们也讨论可以对硬件搜集收集的信息进行汇总形成数据库，并且通过流行的AI算法进行对数据的处理，进一步提高用户的舒适安全性。

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　　本文来源于科技期刊威廉希尔 官网app 2020年第01期第60页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。