基于STM32开发的智能家用能源管理系统

news2024/9/19 22:20:49

目录

  1. 引言
  2. 环境准备工作
    • 硬件准备
    • 软件安装与配置
  3. 系统设计
    • 系统架构
    • 硬件连接
  4. 代码实现
    • 系统初始化
    • 能源监测与数据处理
    • 能源管理与控制
    • Wi-Fi通信与远程监控
  5. 应用场景
    • 家庭能源使用优化
    • 智能电力监控
  6. 常见问题及解决方案
    • 常见问题
    • 解决方案
  7. 结论

1. 引言

随着能源需求的不断增长和环境保护意识的提高，智能家用能源管理系统逐渐成为家庭节能减排的重要工具。该系统通过集成电流传感器、电压传感器、功率计量模块、Wi-Fi模块等硬件，实时监测家庭各电器的用电情况，分析能源使用模式，并提供优化建议。同时，系统支持远程监控和控制，用户可以通过手机或电脑实时了解家庭的能源消耗情况，及时调整能源使用策略。本文将介绍如何使用STM32微控制器设计和实现一个智能家用能源管理系统。

2. 环境准备工作

硬件准备

  • STM32开发板（例如STM32F103C8T6）
  • 电流传感器（例如ACS712，用于测量电流）
  • 电压传感器（用于测量电压）
  • 功率计量模块（用于计算功率消耗）
  • OLED显示屏（用于显示电力数据）
  • Wi-Fi模块（例如ESP8266，用于远程监控和数据传输）
  • LED（用于状态指示）
  • 蜂鸣器（用于报警提示）
  • 面包板和连接线
  • USB下载线

软件安装与配置

  • Keil uVision：用于编写、编译和调试代码。
  • STM32CubeMX：用于配置STM32微控制器的引脚和外设。
  • ST-Link Utility：用于将编译好的代码下载到STM32开发板中。

步骤：

  1. 下载并安装Keil uVision。
  2. 下载并安装STM32CubeMX。
  3. 下载并安装ST-Link Utility。

3. 系统设计

系统架构

智能家用能源管理系统由STM32微控制器作为核心控制单元，通过电流传感器、电压传感器实时采集家庭电器的用电情况，并通过功率计量模块计算每个设备的功率消耗。OLED显示屏用于显示电力数据，Wi-Fi模块用于将数据上传至远程服务器，方便用户通过手机或电脑进行监控和控制。LED和蜂鸣器用于状态指示和异常报警。

硬件连接

  1. 电流传感器连接：将电流传感器的VCC引脚连接到STM32的3.3V引脚，GND引脚连接到GND，输出引脚连接到STM32的ADC引脚（例如PA0）。用于测量电流。
  2. 电压传感器连接：将电压传感器的VCC引脚连接到STM32的3.3V引脚，GND引脚连接到GND，输出引脚连接到STM32的ADC引脚（例如PA1）。用于测量电压。
  3. 功率计量模块连接：将功率计量模块的输入引脚连接到电流传感器和电压传感器的输出引脚，输出引脚连接到STM32的GPIO引脚（例如PA2）。用于计算功率消耗。
  4. OLED显示屏连接：将OLED显示屏的VCC引脚连接到STM32的3.3V引脚，GND引脚连接到GND，SCL和SDA引脚连接到STM32的I2C引脚（例如PB6、PB7）。用于显示电力数据。
  5. Wi-Fi模块连接：将Wi-Fi模块的TX、RX引脚分别连接到STM32的USART引脚（例如PA9、PA10），VCC引脚连接到STM32的3.3V引脚，GND引脚连接到GND。用于远程监控和数据传输。
  6. LED连接：将LED的正极引脚连接到STM32的GPIO引脚（例如PA3），负极引脚连接到GND。用于指示系统状态。
  7. 蜂鸣器连接：将蜂鸣器的正极引脚连接到STM32的GPIO引脚（例如PA4），负极引脚连接到GND。用于异常报警。

4. 代码实现

系统初始化

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "current_sensor.h"
#include "voltage_sensor.h"
#include "power_meter.h"
#include "oled.h"
#include "wifi.h"
#include "led.h"
#include "buzzer.h"

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);
static void MX_I2C1_Init(void);
static void MX_ADC_Init(void);

int main(void) {
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_I2C1_Init();
  MX_ADC_Init();

  CurrentSensor_Init();
  VoltageSensor_Init();
  PowerMeter_Init();
  OLED_Init();
  WiFi_Init();
  LED_Init();
  Buzzer_Init();

  while (1) {
    // 系统循环处理
  }
}

void SystemClock_Config(void) {
  // 配置系统时钟
}

static void MX_GPIO_Init(void) {
  // 初始化GPIO
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3 |
                        GPIO_PIN_4;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

static void MX_USART1_UART_Init(void) {
  // 初始化USART1用于Wi-Fi通信
  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 115200;
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
}

static void MX_I2C1_Init(void) {
  // 初始化I2C1用于OLED显示屏通信
  hi2c1.Instance = I2C1;
  hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
  hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
  hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
  hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
  hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
  hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
  hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
  hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
  if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
}

static void MX_ADC_Init(void) {
  // 初始化ADC用于电流和电压数据采集
  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

  hadc1.Instance = ADC1;
  hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
  hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
  hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
  if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }

  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
  sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_55CYCLES_5;
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
}

能源监测与数据处理

#include "current_sensor.h"
#include "voltage_sensor.h"
#include "power_meter.h"

void CurrentSensor_Init(void) {
  // 初始化电流传感器
}

uint32_t CurrentSensor_Read(void) {
  // 读取电流传感器数据
  return HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
}

void VoltageSensor_Init(void) {
  // 初始化电压传感器
}

uint32_t VoltageSensor_Read(void) {
  // 读取电压传感器数据
  return HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
}

void PowerMeter_Init(void) {
  // 初始化功率计量模块
}

float PowerMeter_Calculate(uint32_t current, uint32_t voltage) {
  // 根据电流和电压计算功率
  return (float)current * (float)voltage / 1000.0; // 假设单位为瓦特
}

能源管理与控制

#include "led.h"
#include "buzzer.h"

void LED_Init(void) {
  // 初始化LED指示灯
}

void LED_SetStatus(bool isHighPowerUsage) {
  // 根据功率使用状态设置LED状态
  if (isHighPowerUsage) {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_SET); // 高功耗
  } else {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_RESET); // 正常功耗
  }
}

void Buzzer_Init(void) {
  // 初始化蜂鸣器
}

void Buzzer_On(void) {
  // 打开蜂鸣器
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);
}

void Buzzer_Off(void) {
  // 关闭蜂鸣器
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);
}

Wi-Fi通信与远程监控

#include "wifi.h"

void WiFi_Init(void) {
  // 初始化Wi-Fi模块
}

bool WiFi_IsConnected(void) {
  // 检查Wi-Fi是否已连接
  return true; // 示例中假设已连接
}

void WiFi_SendData(float powerUsage, uint32_t current, uint32_t voltage) {
  // 发送电力数据到服务器或远程设备
  char dataStr[64];
  sprintf(dataStr, "Power: %.2fW, Current: %luA, Voltage: %luV",
          powerUsage, current, voltage);
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)dataStr, strlen(dataStr), HAL_MAX_DELAY);
}

⬇帮大家整理了单片机的资料

包括stm32的项目合集【源码+开发文档】

点击下方蓝字即可领取，感谢支持！⬇

点击领取更多嵌入式详细资料

问题讨论，stm32的资料领取可以私信！

 

5. 应用场景

家庭能源使用优化

本系统适用于家庭环境，通过实时监测和记录各电器的用电情况，用户可以分析和优化家庭能源使用模式，降低电费开支。系统通过OLED显示屏显示当前的功率消耗情况，并在检测到异常高功耗时通过LED和蜂鸣器进行提醒，帮助用户及时调整用电策略。

智能电力监控

本系统也适用于需要精细化电力监控的场景，如小型办公室、实验室等。通过智能家用能源管理系统，用户可以远程监控多个设备的用电情况，确保电力资源的高效利用，防止电力浪费或设备过载。

6. 常见问题及解决方案

常见问题

  1. 电流传感器或电压传感器读数异常：可能是传感器接触不良或损坏。

    • 解决方案：检查传感器的连接和安装位置，确保其正常工作。必要时更换传感器。

  2. Wi-Fi连接不稳定：可能是网络信号弱或模块配置不当。

    • 解决方案：检查Wi-Fi模块的配置，确保网络环境良好。必要时更换信号更强的路由器或增加信号放大器。

  3. 功率计算结果不准确：可能是传感器校准问题或数据处理错误。

    • 解决方案：重新校准传感器，确保数据的准确性。检查功率计算模块的代码逻辑，排除错误。

解决方案

  1. 传感器校准与维护：定期检查电流传感器、电压传感器的状态，确保数据的准确性。必要时进行校准和更换。

  2. 系统监控与报警：定期测试LED指示灯和蜂鸣器的工作状态，确保系统能够在检测到高功耗时及时提醒用户。对于长期运行的系统，可以设置定期自检功能。

  3. Wi-Fi网络优化：根据实际情况优化Wi-Fi网络配置，选择信号更强的路由器或在信号弱的区域使用中继器或信号放大器，确保数据传输的稳定性。

7. 结论

本文介绍了如何使用STM32微控制器和多种传感器与模块实现一个智能家用能源管理系统，从系统初始化、能源监测与数据处理、能源管理与控制到Wi-Fi通信与远程监控，详细介绍了每一步的操作步骤。通过本文的学习，读者可以掌握基本的嵌入式开发技能，并将其应用到家庭或商业场所的能源管理项目中，实现自动化、智能化的能源监控与优化系统。

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.coloradmin.cn/o/2056228.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

相关文章

redis随笔记

redis随笔记

缓存穿透。key不存在。恶意攻击、代码问题。加布隆过滤器，或者为空就返回。 缓存失效（击穿）。key刚好过期。缓存时间随机数。 缓存雪崩。缓存层宕机，一下子袭击数据库。缓存高可用、限流熔断、提前演练。 布隆过滤器就是一个key…
阅读更多...
文档透明加密软件是什么？有哪些功能？一文给您详解！

文档透明加密软件是什么？有哪些功能？一文给您详解！

文档透明加密软件是一种在不影响用户正常操作习惯的前提下，自动对电子文档进行加密和解密的技术解决方案。 其核心特点在于“透明性”，即用户在打开、编辑或保存文档时，无需进行任何额外的加密或解密操作，这些过程均在系统后台自…
阅读更多...
【深度学习】【多模态】使用MiniCPM-V 2.6进行图片OCR

【深度学习】【多模态】使用MiniCPM-V 2.6进行图片OCR

文章目录 ocr评价ocr 下载项目：https://huggingface.co/openbmb/MiniCPM-V-2_6 准备一个图片’test.jpg’。 将下面的python中的目录地址换成MiniCPM-V-2_6项目所在地址。然后执行： # test.py import torch from PIL import Image from transformers import AutoModel, Aut…
阅读更多...
网络主播被正式认定为国家新职业

网络主播被正式认定为国家新职业

网络主播这一职业正式获得国家认可，标志着这一工作已成为一项正当且受认可的职业，而不再只是灵活就业的选项。近日，人力资源和社会保障部公布了新增的19个新职业信息，其中包括网络主播。对于从事直播行业的人来说，这是…
阅读更多...
zabbix实战-磁盘空间告警

zabbix实战-磁盘空间告警

1.创建监控项 选择&#xff1a;键值&#xff1a;vfs.fs.size[fs,<mode>] 。 直接写 vfs.fs.size[fs,<mode>]是不出数据的。我们要写具体的值 &#xff1a;vfs.fs.size[/,free] &#xff0c;这个表示查看根的剩余空间。 2.创建图形 为磁盘剩余空间监控项创建图形&am…
阅读更多...
cdn刷新预热

cdn刷新预热

1、访问 cdn 控制台的 刷新预热 页面&#xff0c;填写需要刷新预热的url地址 阿里云&#xff1a; 腾讯云&#xff1a; 2、通过调用cdn的api接口刷新预热 阿里云&#xff1a; 调用RefreshObjectCaches-刷新缓存_CDN(CDN)-阿里云帮助中心 调用PushObjectCache-预热URL_CDN(CD…
阅读更多...
前端宝典九：React Native从入门到精通实战

前端宝典九：React Native从入门到精通实战

本文主要介绍 React Native新旧框架对比React与React Native区别React Native性能优化 其中第3点React Native性能优化的拆包分包&#xff0c;是项目实战中使用过的&#xff0c;在这里整理分享&#xff0c;如果没有用过的小伙伴会觉得晦涩难懂&#xff0c;建议按照在实际项目…
阅读更多...
【等保测评】IIS模拟测评

【等保测评】IIS模拟测评

一、身份鉴别 a)应对登录的用户进行身份标识和鉴别&#xff0c;身份标识具有唯一性&#xff0c;身份鉴别信息具有复杂度要求并定期更换&#xff1b; 结果记录&#xff1a;此项不适用&#xff0c;IIS中间件无管理控制台&#xff0c;身份鉴别功能依赖于所部署的服务器 b)应具有…
阅读更多...
计算机毕业设计 心理健康服务系统 Java+SpringBoot+Vue 前后端分离 文档报告 代码讲解 安装调试

计算机毕业设计 心理健康服务系统 Java+SpringBoot+Vue 前后端分离 文档报告 代码讲解 安装调试

&#x1f34a;作者&#xff1a;计算机编程-吉哥 &#x1f34a;简介&#xff1a;专业从事JavaWeb程序开发&#xff0c;微信小程序开发&#xff0c;定制化项目、 源码、代码讲解、文档撰写、ppt制作。做自己喜欢的事&#xff0c;生活就是快乐的。 &#x1f34a;心愿&#xff1a;点…
阅读更多...
创新驱动发展，SiLM5768LCG-DG 支持输入输出同相逻辑 带互锁功能的六通道数字隔离器 科技稳健赋能，工业汽车应用安全升级！

创新驱动发展，SiLM5768LCG-DG 支持输入输出同相逻辑 带互锁功能的六通道数字隔离器 科技稳健赋能，工业汽车应用安全升级！

SiLM5768Lx系列带互锁功能的六通道数字隔离器选型表: SiLM5768LCG-DG:支持输入输出同相逻辑 SiLM5768LNCG-DG:支持输入输出反相逻辑 数字隔离器广泛应用于工业、汽车和通信等领域&#xff0c;为系统中的强电和弱电电路提供了安全、可靠的电气隔离解决方案&#xff0c;确保强…
阅读更多...
【TCP】核心机制：延时应答、捎带应答和面向字节流

【TCP】核心机制：延时应答、捎带应答和面向字节流

文章目录 延时应答捎带应答面向字节流粘包问题方案一&#xff1a;指定分隔符方案二&#xff1a;指定数据的长度 TCP 报头首部长度保留&#xff08;6 位&#xff09;选项序号确认序号 延时应答 尽可能降低可靠传输带来的性能影响 提升性能>让滑动窗口变大 如果我们立即返回 …
阅读更多...
Chat App 项目之解析（二）

Chat App 项目之解析（二）

Chat App 项目介绍与解析&#xff08;一&#xff09;-CSDN博客文章浏览阅读76次。Chat App 是一个实时聊天应用程序&#xff0c;旨在为用户提供一个简单、直观的聊天平台。该应用程序不仅支持普通用户的注册和登录&#xff0c;还提供了管理员登录功能&#xff0c;以便管理员可以…
阅读更多...
Docker最佳实践进阶（二）：Docker Compose部署SpringCloud微服务项目

Docker最佳实践进阶（二）：Docker Compose部署SpringCloud微服务项目

大家好&#xff0c;在上篇文章中博主演示了Dockerfile常用的命令&#xff0c;以及如何利用Dockerfile构建镜像&#xff0c;生成容器服务&#xff0c;但是在实际应用环境中&#xff0c;特别是在微服务架构中&#xff0c;一个应用系统可能包含多个微服务&#xff0c;每个微服务可…
阅读更多...
软数据与硬数据的深度解析：住宅代理如何优化数据抓取

软数据与硬数据的深度解析：住宅代理如何优化数据抓取

引言 什么是软数据&#xff1f;有哪些类型&#xff1f; 什么是硬数据&#xff1f;有哪些类型&#xff1f; 软数据和硬数据的区别是什么&#xff1f; 如何收集软数据和硬数据&#xff1f; 如何优化抓取软数据和硬数据&#xff1f; 总结 引言 在大数据时代&#xff0c;企业…
阅读更多...
Sanic 和 Go Echo 对比

Sanic 和 Go Echo 对比

&#x1f49d;&#x1f49d;&#x1f49d;欢迎莅临我的博客&#xff0c;很高兴能够在这里和您见面&#xff01;希望您在这里可以感受到一份轻松愉快的氛围&#xff0c;不仅可以获得有趣的内容和知识&#xff0c;也可以畅所欲言、分享您的想法和见解。 推荐&#xff1a;「storm…
阅读更多...
【Python系列】 并发编程在数据处理中的应用

【Python系列】 并发编程在数据处理中的应用

&#x1f49d;&#x1f49d;&#x1f49d;欢迎来到我的博客&#xff0c;很高兴能够在这里和您见面&#xff01;希望您在这里可以感受到一份轻松愉快的氛围&#xff0c;不仅可以获得有趣的内容和知识&#xff0c;也可以畅所欲言、分享您的想法和见解。 推荐:kwan 的首页,持续学…
阅读更多...
iOS 17.6.1版本重发，修复高级数据保护错误

iOS 17.6.1版本重发，修复高级数据保护错误

今日&#xff0c;苹果没有带来iOS 17.6.2的更新&#xff0c;而是重新发布了iOS 17.6.1版本&#xff0c;本次升级版本号为21G101&#xff0c;高于第一版的21G93。距离初版发布相隔一周半时间。 在 iOS / iPadOS 17.6.1 的更新日志&#xff0c;苹果公司写道&#xff1a;“此更新包…
阅读更多...
只用一个 HTML 元素可以写出多少形状？——伪元素篇（上）

只用一个 HTML 元素可以写出多少形状？——伪元素篇（上）

只用一个 div 元素&#xff0c;我们已经通过四个篇章写了很多形状。 首先&#xff0c;我们通过对这个 div 的宽度与高度的直接控制&#xff0c;轻松写出矩形和正方形&#xff0c;并结合 transform 的 skew 方法写出了平行四边形与菱形。 其次&#xff0c;我们通过对边框的灵活…
阅读更多...
iphone异常问题常用修复方法

iphone异常问题常用修复方法

作为智能手机的领军者&#xff0c;iPhone凭借其卓越的性能和稳定的系统赢得了全球用户的青睐。然而&#xff0c;就像任何电子设备一样&#xff0c;iPhone在使用过程中也难免会遇到各种异常问题&#xff0c;如卡顿、无法充电、应用闪退等。这些问题虽然令人头疼&#xff0c;但大…
阅读更多...
linux之ELK

linux之ELK

ELK概述 ELK是一套开源的日志分析系统&#xff0c;由elasticsearchlogstashKibana组成。 官网说明:https://www.elastic.co/cn/products 首先: 先一句话简单了解E,L,K这三个软件 elasticsearch: 分布式搜索引擎 logstash: 日志收集与过滤&#xff0c;输出给elasticsearch Kiban…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023