基于STM8的智能電源安全監測管理裝置

梁偉康，黃松濤，曹佩琳，黃海燕，賴曉杰

1 概述

在工業生產領域，工業用電安全始終是一個不可忽視的問題。由于工業生產使用的設備較多為大功率電器，這就可能造成主線超負荷，另外，由于插口數量不足，插口位置與所要連接的用電設備距離較遠，部分工廠就會出現接口接上排插以達到延長距離以及增加插口數量的目的，更有甚者會出現單個排插上連續接多個排插的危險情況。電源短路故障引起生產車間火災等事故在一些離散制造工廠中并不少見，在重型加工生產中的后果更是不堪設想。市面上載有開關的電源分析儀暫未發現含有高安全性的電源分析模塊，只可保障，不能預防。

1.1 研究目的

由國家應急管理部消防救援局提供的數據顯示，我國電氣引發火災占了最大比例。由于工廠用電設備多，用電功率大，我國一部分企業為了縮減成本，沒有定時對用電設備進行檢測維護，出現故障的用電設備不能及時發現維修，在繼續使用的情況下，存在很大的安全隱患。為了保障工業生產中用電設備的電源安全，智能電源安全監測管理裝置應運而生。

1.2 研究內容

為了減少工廠事故的發生，有必要研究一種可監測工廠用電設備電壓，電流和功率的裝置以及時發現故障設備，這種裝置采用裝有STM8S003 芯片的單片機通過Uart、IIC 協議讀取INA266 傳感的數據，再將得到的數據結合相應的公式將電壓，電流，功率換算出來以達到監測用電設備的目的。

要使監測結果可視化，通過上位機提取數據，再把數據生成表格，最后進行數據分析，預測可能發生的故障（比如電壓、電流過載等），然后通過該裝置及時做出斷電處理，實行緊急制動裝置，避免危險事故的發生。

也可以通過手機客戶端（App）使監測結果可視化，在該裝置中裝上HC-05 藍牙模塊，使手機客戶端（App）藍牙與裝置上HC-05 藍牙模塊連接，

2 硬件設計

1）STM8S003 最小系統電路。該裝置采用了STM8S003 芯片作為主控芯片，電路部分包括復位電路，下載電路。調用了主控芯片的IIC 和Uart 協議，6 個IO 口與6 個繼電器相連。

2）電源模塊。該裝置通過USB 口提供主電源，采用AMS1117-3.3 穩壓芯片使USB 輸出的5V 電壓穩定輸出為3.3V 電壓為主控芯片供電。

3）藍牙模塊。該裝置調用了一個主控芯片的IO 口與藍牙模塊相連。實現該裝置與外部設備的藍牙通信功能。

4）INA226傳感模塊。該裝置采用了INA226芯片，INA226 是一款帶IIC 接口的電流分流和功率監視器。

可編程的校準值、轉換時間和平均值，與內部乘法器相結合，可以直接讀出以安培為單位的電流和以瓦為單位的功率。

圖1 電路原理

5）串口通行模塊。該裝置采用了CH340G 芯片，實現USB 轉串口功能。使上位機能實時監測到用電設備數據。

3 軟件設計

該裝置所包含的安卓手機端App 是利用Android studio 開發工具進行編程設計的，此App通過藍牙與該裝置上的藍牙模塊HC-05 連接，獲取繼電器的用電情況并顯示在App 上，實現了實時監測每一繼電器的電流、電壓、功率等變化的功能。

該裝置監測的數據將保存在上位機和手機App上，用戶可通過對比歷史數據變化，進行用電設備維護。當監測到用電設備異常時，裝置將實行緊急制動裝置，切斷電源，實行緊急制動裝置時，僅該機器斷路，其余設備依舊正常運行。

圖2

4 上位機顯示

該裝置通過PC 端上位機軟件對傳輸數據進行實時監測與記錄。實現數據通過串口傳輸到上位機，數據可視化，在調節用戶端電壓數據時，客戶端接收到實時數據，并進行數據記錄，使數據能進行對比分析，在該裝置無法從較長時間的細微變化做出斷電處理時，可通過人工對比監測數據，對數據變化明顯的用電設備進行及時維護修理，如：日常監測中用電設備的數據只發生輕微變化，但年變化明顯，可通過每年數據變化比較大的用電設備進行單獨維護修理。

圖3

5 結束語

本文提供了一種基于STM8 與UART 協議棧通訊技術的智能電源安全監測裝置，該裝置是為了保障工業安全而構思出的一款產品。核心板塊借鑒了市場上商用的INA226 分流/功率監視器模塊，并將其完善改進，設計出一套獨立的電路，將所有電路設計，焊接等完成后，與INA226 模塊所讀取的數據進行對比，電壓、電流、功率等數據更加準確、穩定；同時可以通過PC 端上位機和手機端App 與裝置進行通訊，達到人不在場也能夠實時監控所有數據的效果，為工廠提供了高安全、高保障的服務。