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基于MIPS32希望的智能电网家庭用电监控体系
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  理思的提出,基于家庭智能交互最后的电能计量和营销方案已渐渐形成,这意味着家居控制将迈向智能化。智能家居是近几年发生并仓促兴起的一种新型家居住屋,家居的智能化为住户提供了一种越发泰平、惬心、容易、快速和邃晓的智能化、讯息化的生计空间,极大的浅易了用户。因此,组建一套以家庭交互末了为核心的家居控制式样,对

  但现在的家居智能化格局存正在一个很大的控制,即但是实现解散部的智能化。而切实真理上的家居智能化则应该是拥有一个召集的末端控制体系,体验该末了对家居的整个设备举办智能化的控造和监控,这也将是智能家居方式未来的起色倾向。

  本预备以MIPS公司的32位责罚器为中心来组修智能泄漏最后,并以完满无线通信的智能插座为被控节点,搭修了一套简捷的智能家居控制方式。该方式可阅历长路(手机短信),和外地(智能走漏末端)两种情势举办控制。下面将对本体例的组成和实现方案,以及各模块中涉及的环节问题举办领悟。

  本形式由手机,智能走漏结尾,智能插座组成。手机与智能呈现结果之间经过GSM模块举办通信,智能显示收尾和智能插座之间采用Zigbee实行通讯。

  智能插座行动根基的控造单元,也许实时收集每个房间的用电音信,并将音信实时传送到智能流露末尾。当出现用电异常时,智能插座自动断电并将增加功劳发送到智能透露收尾。智能透露终端也将这一收效发送到用户手机。

  手机完成用户的长叙控制和消歇接受。用户外出时,经历手机发送的指令(如预启动,预紧闭,限时供电等)将被智能终局授与并下发到智能插座。另外,智能插座的全体执行举动都将经历智能显示终端发送顺利机。

  智能呈现终局既也许接收手机发送的指令,也或许接收智能插座发送的数据。智能揭发末端负责智能插座上传的数据后,数据将被保存下来。当用户启动盘诘奏效时,智能流露收场将调用这些数据,并举办明了妄图,将各品种型的用电音问泄露出来。

  9 各品种型的究诘功能。网罗月用电,日用电,时段用电,肆意时段累计用电,以及任一单个用电器的用电情状。

  本形式筑造主要由三部分组成:手机,智能流露终端,智能插座。如图1.1所示。

  1 手机短信。这种样式紧要针对户主出差在外的情况而预备,便于长途操控。手机可向智能走漏最后下发下令,智能大白结束领受到夂箢后,对夂箢实行解码并向各个智能插座下发夂箢。智能插座接收到控制号令后,引申对应垄断,并将实行成果反馈至智能显示最后,智能流露末尾再将担当到的音问发送给手机。

  2 当地触摸屏。这种步地针对户主居家的情况而计算。户主可直接在触摸屏上竣工相应应用,遵循界面提示,进行操控。

  其中智能泄漏收场和手机体验GSM模块举行通信,智能显示结果和智能插座之间阅历Zigbee进行数据通讯。

  1经过该方式或许达成对家电的及时监控,守时启动,限功率供电等要紧效果,随便对各个房间的用电修立进行解决。

  2 履历智能插座和正在智能显示结束的无线通讯,用户或许审查家中每个用电设备的细致用电消歇。用户不妨对每个修设的每月,每天,乃至某个时段的用电量实行盘问。

  3本地远程控制。即使是出差正在外也能对家中的用电情景洞若观火。各部分告竣的功效如图1.3所示:

  该板具有大量的I/O接口或许如意本体例的需要,另外USB电源,以及与Microchip MPLAB诱导软件相兼容的内置编程使得调试电叙特殊轻便。

  本格式中RTCC和AD电途采用单片机内置的模块,无需零丁谋划,下面就其我们模块的软硬件希图举行领略。

  GSM的短音讯营业SMS捉弄信令信谈传输,需要了一种有保证的双向服务,这是GSM通讯网所奇特的。它不消拨号创造接连,把要发的信息加上主意所在发送到短动态服务核心,经做事核心完工保管后再发送给最后的信宿。因此要是当宗旨GSM末了没开机时新闻也不会失踪。发送方发出一条短消休后,得到一条传递就手或腐朽的动态,以及不成抵达的意义。每个短消休的音书量限制为140字节。

  方今GSM芯片和GSM收发模块的身手仍旧比力成熟,市集上也依然有现成的模块可供拣选。这些芯片和模块一般都完全GSM无线通信的美满见效,提供典型的RS一232接口,接济GSM07.05所定义的AT命令集的指令,很简便告终体系的集成,二次启迪也较量简单,本谋划遴选了一款性价比较高的西门子MC39i无线收发模块。

  MC39i是西门子的新一代双频GSM/GPRS无线模块,是当前利用日常的MC39i模块的环保型跳班换代产物。它挑选紧凑型绸缪,为用户供给了简陋、内嵌式的无线i有丰富的AT敕令,见效壮丽,运用智慧简易,是传统调制解调器与GSM无线挪动通信形式相结合的一种数据终局建立。该模块集射频电谈和基带于一体,向用户需要类型的AT夂箢接口,为传输数据、语音、短动态、和传真提供速速、可靠、安定的传输,简略用户的行使启示及贪图。

  MC39i模块内中框图如图2.1所示,从成果上看首要由四限度构成:GSM基带惩处器、GSM射频限定、电源、生存器。GSM基带惩罚器是团体模块的核心,它由一个C166CPU和一个DSP处理器内核控制着模块内各种暗号的传输、改动、扩大等责罚经过。GSM射频限度是一个单片收发器,赢咖2它由一个表差式接受器、上变频调造环途发送器、一个射频锁相环途和一个全集成中频闭成器4个成效块组成,协同竣工对射频信号的接纳和发送等处治。

  Mc39i的基带处罚器集成了一个与ISO 7816-3 IC Card模范兼容的SIM接口。为了适合表部的SIM接口,该接口始末ZIF相接器相接到Mc39i的第24~29引脚。Mc39i正在ZIF连接器上为SIM卡接口预留了6个引脚,所推广的CCIN引脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡,该引脚置为高电平,编制方可进入平常管事状况。

  在本电途谋略中愚弄SYNC信号来控造一个状态灯以检测MC39i模块如今处于何种状况。由于MC39i模块SYNC引脚输出的驱动势力不够,因而设计选用一个三极管对输入电流举办夸张以降低驱动实力。

  SMS短消息抉择AT命令的PDU ModePDU模式是发送或接歇手机SMS音尘的一种要领,PDU串步地上是一串ASCII码,由0~9、A~F这些数字和字母组成。它们是8位字节的十六进制数,恐怕BCD码十进制数。PDU串不单囊括可揭发的消歇自己,还网罗许多另外消息,如SMS管事核心号码、目的号码、回答号码、编码款式和就事技巧等。短信歇正文体验十六进制编码后被传送出去。

  PDU极端于一个数据包,它由构成动态(SMS)的消息组成。举动一种数据简单元,它必定包含源/目标地点、偏护(有效)工夫、数据形式、同意范例和正文,正文长度可达140字节,它们都以十六进制暗指。PDU构造听命短消息由移动末端发起或以挪动收场为方针而差别。

  此中,SMSC为短消息交易中心地点,DA/OA为源/目的地方,PID为批准辨别,DCS为数据编码,UDL为用户数据长度,UD为用户数据,VP为有用本事,LID指明是发出音信,SCTS指明短动态到达贸易核心的身手。

  本体制中发送的短动静蕴涵汉文汉字和数字,因而选择PDU串的用户音讯编码花式TP-DCS是08,示意UCS2编码局面,UCS2编码是将每个字符(1-2个字节)服从ISO/IECl0646的法例,蜕变为16位的Unicode宽字符。但正在GSM范例中,汉文编码采纳UTF一8的编码式子,不是目前国内常用的GB一2312编码,故还供应进行汉文编码的厘革,才略与挑选GB-2313汉字库相称合显示汉字字型。由于UTF-8和GB-2312编码之间不存在逐一对应的线性相合,于是只能抉择查外的景象实行改动。

  在消歇发送前,要将动静中ASCII字符及汉字同一编码成UCS2码,以PDU数据包的时势发送。采纳到的数据以是7b的编码大局存储在Mc39i模块或SIM卡内,正在数据读取时直接从Mc39i模块中得回符闭GSM样板的数据,需始末提获得到7b编码的有用数据。不过,这些7b编码数据所以ASCII字符的事势存在的,要改良成8位的十六进制事势的7b编码,再解码成可用的ASCII码数据,云云得回GSM搜集发送来的原始数据,如图2.5所示。

  MC39i开机后初步遴选端口,而后追查SIM是否插入,成功检测到SIM卡后即可启动串口发送,并点亮状况灯。接着树立短消休核心,并举行联贯考试,连结顺手后发送开机顺遂短信到主控器。倘若以上步伐没有扩张亨通,则转向腐烂惩办。Mc39i模块办事进程图如图2.6所示。

  Zigbee是一种低快短间隔无线通信技术,是一种拓展性强、易布筑的低本钱无线汇集,低耗电、双向传输,吻合用于主动控制和远程控制范畴,也许嵌入各式筑设,此刻已被通常运用于家庭主动化领域。

  n 时延短。创造探索时延榜样值为30 ms,歇眠激活时延标准值15 ms,轰动制造信谈接大方延为15 ms。

  n 搜集容量大。Zigbee也许挑选星形、网状、串状机合组网,而且也许履历任一节点连续组成更大的网络结构。

  n 宁靖。Zigbee供给了数据完备性追究和鉴权成果,加密算法选择AES128,同时各个应用或许聪慧决断其安然属性。

  n 全球通用性和齐全的开放性。Zigbee规范许诺,使Zigbee创造间的通讯成为轻而易举的工作。

  本系统中智能插座和智能结束需要实行无线通讯,双向传输号令或数据,进而控制家电,而Zigbee这种低功耗,低资本的无线办法,符关家居体制节能理想。Zigbee的数据的传输量不大,而咱们的指令数据也是精练的数据包,足以合意须要。另外,Zigbee升平,通畅的理会方式使得正在此根底进步行创造执行变得简易易行,这也为智能家居的众元化的转机奠定了根基。

  该格局由众个最后节点(智能插座)决断检测区域的局部,各收场节点监测到的用电数据履历自结构的多跳路汇集传送至智能吐露末端举办惩办。从短信平台或触摸屏发送的敕令始末智能吐露末了的意会解码,正在由此播送传送至每个智能插座。

  本策划抉择CC2430为核心构制数据收罗节点,只需要正在CC2430芯片外接少量晶振、电容、电阻等无源器件,不光或许满足举座格式的数据搜聚、无线通讯等功劳的必要,并且拥有功耗低,电途简捷,节点体积幼以及资本低贱等优势。

  星状网络由一个ZigBee斡旋器和多个收尾建筑构成,只存正在ZigBee斡旋器与末尾设备之问的通信,结尾创造间不行直接通信,都供应通过ZigBee斡旋器的转发;树状收集由一个ZigBee斡旋器和多个星状组织相接而成,机警度高于星状拓扑构造;网状组织最为完备,任何搜集中的节点均可互联,通讯量也最大,可是会形成保全空间支付过大。

  咨询到本体系的制造数量不多,搜集凌乱度不高,以是拟拣选较为经济实用的星状机合。

  本式样中智能表露末端为调处器(即主节点),智能插座为制造收场(即子节点)。硬件框图如图2.7所示:

  Zigbee的数据传输表面有帧模式与流形式两种。帧形式是始末片上RAM来缓存责罚的,而流形式则是体验数据寄存器来举办单个字节处治的。体系筹划拣选可变帧长的帧阵势。一个无缺的写意1EEE 802.15.4范例的许可帧至少要蕴涵9个字节的数据。同步头包含4个字节的帧前导字节(Preamble)和1个字节的帧发端标记SFD(Start of Frame Delimiter)、1个字节的帧长度标记FLI(Frame Length Indicator)、l~125个字节的数据净荷(Payload Data)、1个字节的帧校验(FCS)构成的,美满步地如下表所示:

  本监控编制中的智能插座是网络中的子节点,智能揭发收尾是网络中的调解器(即主节点)。

  1、主节点蓄意。智能显现末了先河初始化,开完毕,而后大局化此刻的搜集子节点。监测zigbee旗号,看目前是否有新的节点插足。若有,则为其分派网络地址。尔后,检测并领受智能插座送过来的数据信歇,并把号令领悟出来推行响应掌管。

  2、子节点希图。子节点起首初始化CC2430和zigBee许诺栈,然后发送网络暗号,恭候汇集调停器反应并给自己分配收集所在。智能插座检测当前状态,并将数据打包发送到智能揭发结果,倘若发送亨通,智能插座加入空闲状态,不然从头向智能揭发收尾提交一次音尘。

  语音输出模块完成菜单运用和用电反常过程中的报警功劳,商榷到体制只提供输出语音,这里全班人们采用中青世纪科技公司PM50SS50,该芯片由专用的语音单片机和FLASH RAM存储器集合构成,它有50秒的128段语音播放效果,可遴选PWM和DAC两种音频输出式子,PWM样子可直接驱动喇叭,单片机或许简便的串行害怕并行控制PM50SS50播放内部的语音。

  本谋划中选择串行控制的款式,抉择DAC格式输出音频,再阅历音频功率浮夸器,即可输出语音。PM50SS50的引脚图如图2.9所示。

  串行模式下最大可分128段,K1为数据端,K2为时钟端,OUT1为忙灯号端。时钟上升沿时数据端有效。语音段的地址为80H~FFH,第一段的地址是80H,按依次摆列,共128段语音。外部单片机直接送入要播放的段号数据,播放,告终时PM50的忙信号拉低,在坚定一段语音告终时,外部单片机再送下一段语音的段号。

  本谋略中涉及语音网罗报警提示和语音菜单指导。阴谋选用数字灌音技艺,劳动前先将形式用到的语音输出内容阅历麦克风录入电脑,尔后将数字化后的语音经过下载器差别存入PM50SS50的FLASH中。当提供语音输出时,只需将要输出实质所对应的段码始末串行办法发送给PM50SS50,PM50SS50将输出对应的仿照语音讯号,再始末功率放大器由扬声器输出。

  触摸屏分电容式和电阻式两种,辩论到电容式触摸屏的生效理由是基于电容的丈量,而当环境温度、湿度,恐怕境况电场形成变化时,都会惹起电容屏的漂移,简略变成误控制,因此本阴谋拣选电阻式触摸屏,采纳LCD彩色液晶流露。

  彩色液晶触摸屏也许透露字符图形及汉字,方便易用,界面宠爱,举措智能显露末了的人机交互界面非常合适。

  Microchip公司愈加针对PIC32MX系列还疏导了图形软件库。该软件能够简捷地把各式道话、各种字体的翰墨以及位图方式的图片变化为或许在软件中直接使用的数组矩阵,极大地简易了用户。本盘算利用单片机的并行接口模块,遵命8080时序驱动SSDl926芯片,竣工数据输入/输出、数据保管、数据惩罚及传输等生效。

  SSDl926是一款中小周围的泄漏控造芯片,帮助SRAM接口与ARM系列相接、ISA接口与NEC系列接连外,还接济8/16位8080时序间接寻址局面,不妨浅易地与各种具有并口的MCU相连。

  单片机通用I/O口可仿照控制灯号的时序,数据总线对承担到的数据进行处罚之后,再经过与LCD的接口驱动彩色液晶屏即可实行呈现。

  智能揭发收场能直接控造所有家电的劳动,以是旗子输入的准确性至关首要,然则A/D采样旌旗为师法量输入,仍是易到现场境遇的电磁烦扰。为了防御误行动,咱们拟筹算了抗烦扰算法。

  本算法中起先对X相电压举办两次采样,每次采样流程中都要检验相电压是否为零(即是否存在输入),尔后将两次采样的成果举行较量,当发觉征求到的X相电压不相当时,注脚是误手脚,步骤将不予高兴,将相电压视为零。在X相电压合意输入后,再对Y相电压举行同样的惩处,惟有正在两次比较之后获取平定电压的情景下,步伐才将这次输入为有用输入,再扩展反应奏效。齐备历程睹图2.11。

  用户的输入掌握完全只需点击屏幕,当反响事件触发时,体例就会听命输入主动坚决,进而创新界面,指引用户,而后挪用子函数,扩展反响把握。

  措施先导对SSD1926举行初始化,尔后投入坐标检测状态,当推广预处分算法并创造有坐标改观时,步调进入动态惩处形式,尔后调用已存图片制作新的页面,反映的子函数成效步骤也将被调用,从而完成了一次步伐反响。触摸屏的主历程图睹图2.12。

  因为本策动中的智能泄露收场正在家庭处境中普通固定设计,故采用外接电源供电。然而辩论到经过稳压电源的电压在市电不稳(如浪涌,雷击)的情状下,或许会形成发抖,是以插足了稳压芯片进一步安宁电压。抉择9V外接电源加LM1117,能稳定输出3.3V的电压,稳压电源预备道理图见图2.13。

  另外,市电供电异常时,式样将无电源输入,从而感染步调寻常管事,失去数据,严重感染系统的平常运行。因而,本妄想对电源模块采用冗余程序,使用稳压电源加电池供电的双电源供电计划。在断电时,智能结束将主动切换到电池供电事势,包管体制的正常运转。

  对于冗余安顿,本盘算拟抉择TI公司的TPS2421,该芯片采取大功率的MOSFET管来阻断分裂电源和负载直接的连续,MOSFET的导通内阻不妨到几m,能大大降低压降耗费,无需散热器,可俭约电途板面积。双途电源以并联情势接入,平常状况下可同时对负载进行供电,当断电引起稳压电源掉电时,系统主动切换到电池供电模式,而由于MOSFET的反相高阻性情,稳压电源不会受到反向抨击电压的陶染。当市电规复供电后,编制再次加入双电源供电模式,从而告竣了电源的不终止供电。冗余电源打定真理图见图2.14。

  随着智能电网的希望,电表成为家庭用电的智能收场已是大局所趋。插座举措用电设备控造的最根底单位,将会起到越来越紧急的作用,是以本盘算中的智能插座,嵌入了单片机,完成电能丈量和数据通信,智能控造等结果。

  通过电压采集,电流收罗和温度搜求对用电创造的任事电压、就事电流以及插座内里情况温度举行监测,并正在LCD上实时大白,以便及时读取音尘。此外,盘算中嵌入了Zigbee模块,能与智能泄漏结束实时通讯,将用电变态音问和控制增添成果反应给智能显示结果,告终数据的双向传输。

  当创造过电压,过电流,过功率或者内中温度过高等变态状况时,处理器将控制继电器行为,断开该谈电源,并发送异常新闻给智能最后。智能终局以短信的步地见知用户。当收到智能显现结尾的预启动和预封闭下令时,智能插座也将执行反响行动,并将扩张结果反馈给智能透露结果。

  温度测量使用DS1624,电压电流采样使用低本钱的电阻网络法,收集信歇由液晶1602流露,Zigbee无线通讯模块在上一章还是介绍,下面详述电源供电谋略打算。

  应付智能插座,明显外接稳压电源的景象,仍然不再合用。为镌汰连线以兼容守旧插座轮廓,必须从前方和零线中取电,取得合意单片机和各个子模块的供电电压。守旧的取电法子是资历变压器隔离加稳压芯片,但探究到变压器的体积过大,感导智能插座的皮相和实用性,所以本妄图拟采纳一种容易牢靠的阻容降压法,能够关意体例须要。市电经过电容C1的阻抗分压,尔后D1和D2构成半波整流电途,稳压二极管D3取得的浮动直流电压,经过LM317的线所示。

  本体例智能泄露结果和智能插座中各嵌入了单片机,此中智能大白末了中为主控单片机,智能插座中为从控单片机,于是,供应不合对二者举行软件谋划。

  1 主步调蓄意。措施初阶后,主控单片机先河需要对办理的各个模块,以及IO口实行初始化铺排,尔后投入监测形态。单片机将延续读取从智能插座传送过来的用电音信,并生计到自己的RAM中。RAM中会预留一段保管空间来保存用电音尘,当用电信休赶过RAM空间时,数据将改善一次,弥漫原有数据空间。而后,单片机顽强是否有来自上方GSM的短信指令,若有,则执行短信经受号令,参加串口完毕回收状态。接着,单片机执意触摸屏是否有输入,若有,引申触屏利用步骤。最后单片机顽强是否有来自下方智能插座的反应消歇,若有,则将该讯息编码发送至GSM模块,不然参加下一次循环。

  2 串口完结设计。串口终止早先采纳无缺的短信指令,然后进行短信意会,从中提取用户的短信音尘。然后剖析指令实质,从命不同的指令实行相应功能。

  3 准时器完毕。定时器终了配关串口举行数据担当,以防传输数据锁死。当正在指定时间段内没有接收到数据时,准时器终了将结束本次承受仔肩。

  1 主步骤蓄意。从控单片机入手下手对其外围模块举办初始化部署,而后追究是否有上方下发的指令旌旗。若有,则参加串口停止惩罚,举办指令的与会意和相干使用。若无,则发端搜聚格局的温度,电压,电流等音讯,并阅历LCD举行透露。同时将这些讯息上传给智能表露终局。

  2 停止惩罚措施筹算。终止惩罚措施首要是担当下发的指令,并实行分析,体验执意反响的指令内容,执行对应把持,并且将扩张的掌管功劳上传给智能显现末了。

  1 乐意本地,远程操纵。智能外露结果虽然能称心居家的种种效果必要,但用户一定策动出差是也能随时遥控家中电器。为了弥补家庭显现收场的这一不足之处,咱们希图了手机短信的式子,资历短信GSM形式控制用电器,处分了这一问题。

  2 实现单个用电器的用电融会。古板的电外只能读出用户每月的总用电量。而用户对自己底细若何损耗这笔电费基础没有懂得的体验。本打算中通过智能插座对每个用电的用电情形举行收罗,然后用智能大白末尾实行显示,用户不妨清楚的明确到自家的用电组织,从而对今后的用电举行和合理唆使。

  3 图形化的究诘成就。智能暴露终端能提供各式报外范例的吐露劳绩。用户无需从眼花缭乱的数字中探求种种数据,也无需对此差异举行统计。智能暴露终端能够呈现精简的画面,

  4 短信反馈。远程控造时,智能插座所扩大的每个举动,都能以短信的花式反馈给手机,如许用户就能体认自己发送的命令是否就手扩充,无须顾虑用电器是否已正常任事。

  5 分布式结构,集登科惩罚。智能吐露末端经验无线通讯将各智能插座相干起来。这样既能对全体的用电修立进行统一的处分,又能对各个用电修筑举办逐一意会。

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