基于STM8的智能电源安全监测管理装置

梁伟康，黄松涛，曹佩琳，黄海燕，赖晓杰

1 概述

在工业生产领域，工业用电安全始终是一个不可忽视的问题。由于工业生产使用的设备较多为大功率电器，这就可能造成主线超负荷，另外，由于插口数量不足，插口位置与所要连接的用电设备距离较远，部分工厂就会出现接口接上排插以达到延长距离以及增加插口数量的目的，更有甚者会出现单个排插上连续接多个排插的危险情况。电源短路故障引起生产车间火灾等事故在一些离散制造工厂中并不少见，在重型加工生产中的后果更是不堪设想。市面上载有开关的电源分析仪暂未发现含有高安全性的电源分析模块，只可保障，不能预防。

1.1 研究目的

由国家应急管理部消防救援局提供的数据显示，我国电气引发火灾占了最大比例。由于工厂用电设备多，用电功率大，我国一部分企业为了缩减成本，没有定时对用电设备进行检测维护，出现故障的用电设备不能及时发现维修，在继续使用的情况下，存在很大的安全隐患。为了保障工业生产中用电设备的电源安全，智能电源安全监测管理装置应运而生。

1.2 研究内容

为了减少工厂事故的发生，有必要研究一种可监测工厂用电设备电压，电流和功率的装置以及时发现故障设备，这种装置采用装有STM8S003 芯片的单片机通过Uart、IIC 协议读取INA266 传感的数据，再将得到的数据结合相应的公式将电压，电流，功率换算出来以达到监测用电设备的目的。

要使监测结果可视化，通过上位机提取数据，再把数据生成表格，最后进行数据分析，预测可能发生的故障（比如电压、电流过载等），然后通过该装置及时做出断电处理，实行紧急制动装置，避免危险事故的发生。

也可以通过手机客户端（App）使监测结果可视化，在该装置中装上HC-05 蓝牙模块，使手机客户端（App）蓝牙与装置上HC-05 蓝牙模块连接，

2 硬件设计

1）STM8S003 最小系统电路。该装置采用了STM8S003 芯片作为主控芯片，电路部分包括复位电路，下载电路。调用了主控芯片的IIC 和Uart 协议，6 个IO 口与6 个继电器相连。

2）电源模块。该装置通过USB 口提供主电源，采用AMS1117-3.3 稳压芯片使USB 输出的5V 电压稳定输出为3.3V 电压为主控芯片供电。

3）蓝牙模块。该装置调用了一个主控芯片的IO 口与蓝牙模块相连。实现该装置与外部设备的蓝牙通信功能。

4）INA226传感模块。该装置采用了INA226芯片，INA226 是一款带IIC 接口的电流分流和功率监视器。

可编程的校准值、转换时间和平均值，与内部乘法器相结合，可以直接读出以安培为单位的电流和以瓦为单位的功率。

图1 电路原理

5）串口通行模块。该装置采用了CH340G 芯片，实现USB 转串口功能。使上位机能实时监测到用电设备数据。

3 软件设计

该装置所包含的安卓手机端App 是利用Android studio 开发工具进行编程设计的，此App通过蓝牙与该装置上的蓝牙模块HC-05 连接，获取继电器的用电情况并显示在App 上，实现了实时监测每一继电器的电流、电压、功率等变化的功能。

该装置监测的数据将保存在上位机和手机App上，用户可通过对比历史数据变化，进行用电设备维护。当监测到用电设备异常时，装置将实行紧急制动装置，切断电源，实行紧急制动装置时，仅该机器断路，其余设备依旧正常运行。

图2

4 上位机显示

该装置通过PC 端上位机软件对传输数据进行实时监测与记录。实现数据通过串口传输到上位机，数据可视化，在调节用户端电压数据时，客户端接收到实时数据，并进行数据记录，使数据能进行对比分析，在该装置无法从较长时间的细微变化做出断电处理时，可通过人工对比监测数据，对数据变化明显的用电设备进行及时维护修理，如：日常监测中用电设备的数据只发生轻微变化，但年变化明显，可通过每年数据变化比较大的用电设备进行单独维护修理。

图3

5 结束语

本文提供了一种基于STM8 与UART 协议栈通讯技术的智能电源安全监测装置，该装置是为了保障工业安全而构思出的一款产品。核心板块借鉴了市场上商用的INA226 分流/功率监视器模块，并将其完善改进，设计出一套独立的电路，将所有电路设计，焊接等完成后，与INA226 模块所读取的数据进行对比，电压、电流、功率等数据更加准确、稳定；同时可以通过PC 端上位机和手机端App 与装置进行通讯，达到人不在场也能够实时监控所有数据的效果，为工厂提供了高安全、高保障的服务。