小型便捷精密功率计设计.docx

随着科技和技术的不断发展，各类高精密度设备层出不穷，对测试工具的要求也越来越高。当中，功率计作为重要的测试工具，其市场地位也愈发重要。于此搜集了大量相关资料，设计了一个小型、便捷、高精度的功率计，以满足用户更加实际和多样化的测量需求。本设计可以高精度地测量功率和分析相应数值。该设备使用现代技术，以最小的误差提供可靠的能源使用读数。在硬件设计中以STM32F103C8T6单片机为核心控制器,来辅助控制外围电路，其中主要模块包括单片机模块、HLW8032采样模块、OLED显示模块、供电模块、ESP8266模块等。从而能够实现高精度的功率测量。在软件设计中主要运用的Keil软件进行编程、嘉立创EDA进行原理图绘制。还可在手机上实时检测测量参数。同时兼备数字电压表和电流表的功能。本设计主要可测量电压、电流、功率因数、有功功率等，并对其进行数据分析。关键词：功率计；电流采样；电压采样；HLW8032AbstractWiththecontinuousdevelopmentoftechnologyandtechnology,allkindsofhighprecisionequipmentemergeinanendlessstream,andtherequirementsfortesttoolsarebecominghigherandhigher.Amongthem,thepowermeter,asanimportanttesttool,itsmarketpositionisalsoincreasinglyimportant.Alargeamountofrelevantinformationiscollectedhere,andasmall,convenientandhigh-precisionpowermeterisdesignedtomeetthemorepracticalanddiversifiedmeasurementneedsofusers.Thisdesigncanmeasurethepowerandanalyzethecorrespondingvaluewithhighaccuracy.Thedeviceusesmoderntechnologytoprovidereliableenergyusereadingswithminimalerror.Inthehardwaredesign,STM32F103C8T6singlechipcontrollerisusedasthecorecontrollertoassisttocontroltheperipheralcircuit,andthemainmodulesincludesinglechipmodule,HLW8032samplingmodule,OLEDdisplaymodule,powersupplymodule,ESP8266module,etc.Thus,ahigh-precisionpowermeasurementcanbeachieved.KeilsoftwareismainlyusedinsoftwaredesignforprogrammingandEDAforschematicdrawing.Measurementparameterscanalsobedetectedinrealtimeonamobilephone.Bothwiththedigitalvoltmeterandammeterfunction.Thisdesigncanmainlymeasurethevoltage,current,powerfactor,activepower,etc.,andconductdataanalysis.Keywords:powermeter;currentsampling;voltagesampling;HLW8032摘要1kIStraCt/2t第1章绪论51151.2研究现状51 .2*1国内研现状62 .2.2国外研究现状61.3发展历史及趋势61. 4研究内容7第2章功率计基本原理及框架82. 2功率计工作原理82. 3总体模块93. 4功率计结构框图10第3章硬件模块设计114. 1单片机模块113.1.1STM32F103C8T6芯片优缺点113.1.2STM32F103C8T6引脚分布及连接123.2HLW8032采样模块133.2.1HiM8032非隔离采样133.2.2HLw8032隔离采样133.3光藕隔离输出电路143. 5OLED显示模块163.6WIFI模块17第4章软件设计204. 1)I名召204*1.1kci1软件204.1.2嘉立创EDA214.2彳呈2243)f本"234.4WiFi串口程序流程图24第5章安装与调试265.1硬件安装265.21贝275.3系统功能测试275.4显示模块测试28结论29参考文献30致谢32附录1原理图3335附录2系统程序第1章绪论1.1 课题背景及意义小型便捷精密功率计是一种用于测量设备中电流、电压、功率的仪器。该仪器可用于测量交流和直流电路的功率值，以及测量功率因数、有功功率和电阻等参数。在电子工程领域，功率计始终是一种非常重要的测量工具，因为它可以帮助工程师们更好地了解电路的性能和特性。在过去的几十年中，随着科技的不断发展，我们生活中的电子器件越来越多，电力质量也变得越来越重要。而功率计作为一种测试电力的仪器，在电力工程和电子技术的领域中扮演着重要角色。小型便捷精密功率计作为一种新型的功率计，在过去的几年里受到越来越多的关注。它相较于传统功率计有很多的优点，如采用数字化电路，准确度更高，体积更小，操作更简单等。但是，小型便捷精密功率计在使用时也存在一些问题。例如，当工作环境发生变化时，数据的精度可能会受到影响；当需要进行长时间的测试时，功率计的寿命有可能不足等等。因此，本文将对小型便捷精密功率计进行深入研究。首先，将介绍小型便捷精密功率计的工作原理和结构特点，以及它在电力工程和电子技术领域中的应用。接着，将探究小型便捷精密功率计在使用中存在的问题，并提出相应的解决方案。在本文中，将重点介绍小型便捷精密功率计的设计。将探讨功率计的基本原理和工作方式，以及小型便捷精密功率计的设计要求和技术难点。还将介绍几种常见的小型便捷精密功率计的应用场景和实际应用案例，以帮助更好地了解这种仪器的作用和价值。1.2 研究现状随着经济时代的快速发展和技术的不断变革，互联网技术和电子信息技术已经取得了质的飞跃，推动了生产和生活进入数字化时代。功率表在各种工业仪器仪表中占据着重要地位，被广泛应用于电工和电子技术等领域。精密功率计在工业和科研领域中具有重要的应用价值，因此对其进行深入研究和改进，将有利于提高其测量精度和适用性。目前市场上大多数精密功率计体积都相对较大，不方便携带，在一些特殊场合下不能满足相应的要求。因此，设计一款小型便捷的精密功率计，将能够更好地满足一些特定场合下的需求。通过本论文的研究和设计，本论文可以提升我的电子电路设计和创新能力，为我的后续工作打下坚实基础。本论文在设计一种小型便捷精密功率计，使其具有体积小、精度高、易操作等特点，提高功率测量的精度和可靠性。1.2.1 国内研究现状在我国功率计的发展比较滞后，还没有出现大型的便捷精密功率计，主要的功率计产品还是传统的模拟式功率计和数字式功率计。在精度、测量范围上与国外产品还存在一定差距。1.2.2 国外研究现状在国外，已经出现了许多小型便捷精密功率计，主要有以下几种类型：（1） USB口型功率计：轻巧小巧，非常便携，可以直接连接到个人电脑或笔记本电脑上使用，非常方便。（2）手持型功率计：体积小，可以携带，非常便携，同时加入了一些便携式电子设备的优秀特性，比如大屏幕，触摸操作等。（3）台式功率计：常常被用在研究实验室和工业过程控制中，能够提供更高的精度，更宽的测试范围，并且通过RS232标准串口和USB接口，能够被PC远程控制。1.3 发展历史及趋势一、在功率计的发展历史中，主要有以下几个阶段：（1）模拟式功率计阶段：是功率计发展的最初阶段，主要采用模拟电路来实现功率的测量，准确度比较低，体积大，价格昂贵。（2）数字式功率计阶段：随着数字电路技术的发展，数字式功率计开始逐步替代模拟式功率计，准确度和稳定性得到了极大的提高。（3）小型便携式功率计阶段：随着计算机技术和微型电子技术的快速发展，小型便捷精密功率计的出现，成为了功率计在社会发展中的一个重要阶段。（4）网络化功率计阶段：随着互联网的不断发展，功率计也开始向网络化、智能化的方向发展，能够通过网络远程测量和控制。并且，随着新材料、新工艺的应用，功率计的测量精度、稳定性得到了大幅度提高。二、从发展历史来看，功率计的发展主要在以下几个方向上体现：（1）普及化：随着科技的不断进步和电子设备的不断普及，功率计将逐步成为仪器测量的标配，普及化的发展趋势将愈发明显。（2）便捷化：便捷化是今后功率计发展的一个重要方向，未来功率计将越来越小巧、便携，运行更加简便快捷。（3）高精度化：在测量精度方面，随着新材料、新工艺的不断引入，功率计的测量精度将不断提高。(4)网络化：网络化的发展趋势将有利于功率计的远程测量和控制，使功率计的应用范围更加广泛、实际操作更加便捷。因此，本文的研究意义就在于借助现有技术，设计一款小型便捷精密功率计，并在测量精度和便携性方面有所突破，为功率计的发展做出贡献。1.4 研究内容经查找阅读大量相关的资料、书籍，在网络上广泛搜集了大量与功率计相关的文献,经过仔细阅读和深入研究，已经全面掌握了本次设计的核心内容和关键要点。本设计主要是一个小型的便携精密功率计，以单片机为要主控制器，控制外围电路，通过电压采样模块和电流采样模块，采样到的信号传送给转换器，经转换后送给控制器，最终处理后得到相应的分析数值，最终在显示屏上显示。其中主要包含单片机模块、电流采样、电压采样、OLED显示模块、供电模块等。本设计是一个小型的便携的精密功率计，可以实现高精度的功率测量。以单片机为控制中心，并辅助外围电路，带有一个0.96寸的屏幕，可以显示设备的电流消耗情况或电源的电压变化等，方便进行供电或者功耗分析。同时还能上传数据到云端，可在手机APP上显示，满足大多数场景下的需求。主要特性： 数字电压表和电流表功能 0.96寸的屏幕 电压表量程：0-30OV,分辨率0.0001V,电流表量程：0-20A,分辨率0.1A 采样率：最高IooSPS,最低0.0ISPS 最高存储深度6kpts 数据上传云端，手机APP查看等功能总的来说，在物联网和工业4.0等领域中，精密测量和控制是至关重要的。单片机作为一种通用