CN209486478U - 基于物联网的三相电路功率监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网的三相电路功率监控装置，包括CPU模块电路、三个电压互感器、WiFi通信模块、三个继电器、温湿度传感器、GPS定位模块和PM2.5模块；本实用新型通过电压互感器采集到的波形数据，得到线路的实时功率以及相位信息，得出三相线路中相位的平衡情况，并它能够采集三相用电器实时功率和温湿度、PM2.5、噪声等环境信息，将数据实时推送至用户手中。使用户在任何地方，只要有无线网络，就可以通过电脑浏览器或者手机APP实时查看三相用电器功率信息及环境信息，从而及时对火灾进行预防。

Description

基于物联网的三相电路功率监控装置

技术领域

本实用新型属于电子通信领域，具体涉及一种基于物联网的三相电路功率监控装置。

背景技术

随着人们生活水平的提高，室内三相用电器的种类和数量在成倍的增加，随之带来的能耗及用电安全隐患也在成倍的增加。近年来，随着全球气候的变暖，人们安装空调等大功率用电器的数量也在逐年增加，据统计，从1999年至2002年我国空调市场增长率均在30％以上，2015年1-9月我国家用空调产量同比增长0.95％。据统计，2016年全国电气类火灾发生31.2万余起，其中起火原因为电气的占30％，起火场所为住宅，宿舍等室内场所的占比近40％。因此，对于用电器功率状态的检测成为了人们热议的话题。对于一些大型住宅或是商业门店，通常情况接入总线路为国家标准的三相四线线路，但由于线路上挂在的负载功率及个数的不等，极容易引起三相电路的相位不平衡，从而可能存在漏电流的情况，以至于引发触电或电气火灾。

对于用电器安全发生的火灾，一般情况下分为两种，一种为用电线路老化产生电弧从而导致火灾，另一种为用户使用大功率违章电器，导致线路上电荷负载过大，从而引发火灾，其中，由于三相电路不平衡的原因导致线路存在漏电流也是引发火灾的一个重要原因。

对于三相用电器功率的检测，目前人们对大多数三相用电器的功率认识仅仅停留在用电器上标注的额定功率，人们对于用电器功率的监测还未达到一定实时性，因此对于目前建筑火灾，管理者不能实时监控室内的功率变化状态，从而在火灾已经发生到难以控制时才会报警，这样依然很难降低火灾发生的几率。因此，社会和市场对一种性能好、安全性高的三相电路功率监测室内设备的要求也越来越高。

发明内容

本实用新型针对现有产品和技术的不足，设计了一种基于物联网的三相电路功率监控装置，包括三相用电器用电功率监控及环境监测功能。

基于物联网的三相电路功率监控装置，包括CPU模块电路、三个电压互感器、WiFi通信模块、三个继电器、温湿度传感器、GPS定位模块和PM2.5模块；

所述的CPU模块电路包括单片机模块电路、单片机晶振电路、单片机SWD接口电路和单片机复位电路；其中单片机的型号为STM32F103C8T6；

所述的单片机模块电路包括单片机U3、三个滤波电容；单片机U3的第8、20、23、35、44、47脚全部接地，单片机U3的第1、9、24、36、48脚全部3.3V电源，第二十五滤波电容C25的一端、第二十六滤波电容C26的一端、第二十七滤波电容C27的一端接3.3V电源，第二十五滤波电容C25的另一端与单片机U3的第23脚连接，第二十六滤波电容C26的一端与单片机U3的第35脚连接，第二十七滤波电容C27的另一端与单片机U3的第47脚连接，第三滤波电容C3的一端与通过该单片机U3的第28脚的电感L1连接并连接至3.3V，另一端与地连接，单片机U3的第2、3、4、15、16、17、46脚悬空；

所述的单片机晶振电路包括一个8MHz的第一晶振Y1、一个电阻R14和2个负载电容；

第一晶振Y1的一端与单片机U3的第5脚、第十七负载电容C17的一端、第十四电阻R14的一端连接，第一晶振Y1的另一端与单片机U3的第6脚、第二十二负载电容C22的一端、第十四电阻R14的另一端连接，第十七负载电容C17的另一端与第二十二负载电容C22的另一端接地；

所述的单片机SWD接口电路包括一根3.3V电源线，一根地线，两根数据线；

接插件SWIM的第1脚接3.3V电源，接插件SWIM的第4脚接地，接插件SWIM的第2脚与单片机U3的第37脚连接，接插件SWIM的第3脚与单片机U3的第34脚连接；

所述的单片机复位电路包括一个电阻、一个滤波电容和一个按键；第九上拉电阻R9的一端接3.3V电源，第九上拉电阻R9的另一端与单片机U3的第7脚、第十二滤波电容C12的一端、按键S2的一端连接，第十二滤波电容C12的另一端和按键RESET的另一端接地；

所述的WiFi无线通信模块电路包括WiFi无线通信芯片、U14排针、三个上拉电阻、一个滤波电阻、一个下拉电阻、两个滤波电容、一个短接端子；

无线WiFi通信芯片的型号为ESP-07，U14的型号为2.54-2P*2；

第五十五上拉电阻R55与无线WiFi通信芯片U15的1脚相接，第五十五上拉电阻的R55的另一端与3.3V电源相接；第五十七上拉电阻R57的一端与无线WiFi通信芯片U15的16脚相接，另一端与3.3V电源相接，第五十八上拉电阻R58的一端与无线WiFi通信芯片U15的16脚相接，另一端与3.3V电源相接，第五十六滤波电容R56的一端与无线WiFi通信芯片U15的3脚相接，另一端与3.3V电源，第五十九下拉电阻R59的一端与无线WiFi通信芯片U15的10脚相接，另一端与GND相接，第五十滤波电容C50的一端与第五十六滤波电阻R56相接，另一端与GND相接，第五十一滤波电容C51的一端与第五十六滤波电阻R56的一端相接，另一端与GND相接，无线WiFi通信芯片U15的8脚与3.3V电源相接，无线WiFi通信芯片U15的9脚与GND相接，跳线端子JUM1的一端与无线WiFi通信芯片U15的12脚相接，跳线端子JUM1的另一端与GND相接，排针U14的1脚与无线WiFi通信芯片U15的16脚相接，排针U14的的2脚与CPU单片机芯片U3的12脚相接，排针U14的3脚与无线WiFi通信芯片U15的15脚相接，排针U14的4脚与CPU单片机芯片U3的13脚连接；无线WiFi通信芯片U15的2、4、5、6、7、11、13、14为悬空引脚；

所述的电压互感器电路包括电压互感器U10、U11、U12，六个分压电阻、三个继电器、三个三极管、六个接线端子、三个整流二极管、三个发光二极管；

其中电压互感器U10、U11、U12的型号均为HD205AD；继电器M1、M2、M3的型号为BRF-SS-105DM；

电压互感器U10的第3脚与第五十分压电阻R50相接，第五十分压电阻R50的另一端与单片机U3的11脚相接，电压互感器U10的第4脚接地，电压互感器U10的第1脚与线路上的火线相接，电压互感器U10的第2脚与线路上的零线相接，电压互感器U11的第3脚与第五十一分压电阻R51相接，第五十一分压电阻R51的另一端与单片机U3的18脚相接，电压互感器U11的第4脚接地，电压互感器U11的第1脚与线路上的火线相接，电压互感器U11的第2脚与线路上的零线相接，电压互感器U12的第3脚与第五十二分压电阻R52相接，第五十二分压电阻R52的另一端与单片机U3的19脚相接，电压互感器U12的第4脚接地，电压互感器U12的第1脚与线路上的火线相接，电压互感器U12的第2脚与线路上的零线相接，继电器M1的第3脚与三极管Q7的集电极、整流二极管D1的阳极连接；

继电器M1的第2脚、第一整流二极管D1的阴极接5V电源，继电器M1的第1脚与第一接线端子P1的第1脚连接，继电器M1的第4脚与第二接线端子P2的第1脚连接，三极管Q7的发射极接地，三极管Q7的基极与第一限流电阻R1的一端连接，第一限流电阻R1的另一端与单片机U3的第43脚连接；第三十六限流电阻R36的一端接第一发光二极管LED1的阳极，另一端与单片机U3的43脚连接，第一发光二极管LED1的阴极与GND相连；继电器M2的第2脚、第二整流二极管D2的阴极接5V电源，继电器M2的第1脚与第一接线端子P3的第1脚连接，继电器M2的第4脚与第二接线端子P4的第1脚连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极与第二限流电阻R2的一端连接，第二限流电阻R2的另一端与单片机U3的第25脚连接；第三十七限流电阻R37的一端接第二发光二极管LED2的阳极，另一端与单片机U3的25脚连接，第一发光二极管LED2的阴极与GND相连；继电器M3的第2脚、第三整流二极管D3的阴极接5V电源，继电器M3的第1脚与第一接线端子P5的第1脚连接，继电器M3的第4脚与第二接线端子P6的第2脚连接，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极与第三限流电阻R3的一端连接，第三限流电阻R3的另一端与单片机U3的第26脚连接；第十三限流电阻R13的一端接第一发光二极管LED3的阳极，另一端与单片机U3的26脚连接，第一发光二极管LED3的阴极与GND相连；

所述的电源模块包括5V和3.3V电源模块、A/D转换参考电压电路；

所述的5V和3.3V电源模块包括稳压芯片、一个微动开关、一个电源插座和两个滤波电容；稳压芯片U2的型号为AMS1117-3.3；

稳压芯片U2的第3脚与第四滤波电容C4的一端、第五滤波电容C5的一端连接并接地，稳压芯片U2的第2脚与第五滤波电容C5的另一端接3.3V电源，稳压芯片U2的第3脚与第四滤波电容C4的另一端接5V电源，微动开关S1的第3脚与接插件的第1脚连接，微动开关S1的第2脚接5V电源，微动开关S1的第1脚悬空，电源插座J3的第2脚接地；

所述的PM2.5模块包括一个上拉电阻和一个滤波电容；PM2.5模块的型号为夏普GP2Y1010AU0F；

第三十一上拉电阻R31的一端接5V电源，另一端接PM2.5模块的1脚，第三十四滤波电容C34的一端接PM2.5模块的1脚，另一端接GND，PM2.5模块的2脚接GND，PM2.5模块的3脚接PM2.5指示灯的一端，PM2.5模块的4脚接GND，PM2.5模块的5脚接CPU单片机芯片的10脚，PM2.5模块的6脚接5V电源；

所述的温湿度模块仅包括一个上拉电阻；温湿度模块的型号为DHT11；

第二十九上拉电阻R29一段接温湿度模块U6的2脚，另一端接5V电源温湿度模块U6的1脚接5V电源，温湿度模块的2脚接CPU单片机芯片U3的28脚；温湿度模块的3脚悬空，温湿度模块的4脚接GND；

所述的GPS定位模块包括GPS芯片NB05_03型N10款芯片，一个SMB射频接口，两个驱动MOS管，两个保护二极管，一个谐振电感，一个耦合电感，一个滤波电感，三个旁路电容，三个滤波电容，一个耦合电容，一个限流电阻，一个滤波电阻；

第四耦合电感L4的一段接3.3V电源，另一端接GPS芯片U7的6脚，第三十五耦合电容C35的一端接GPS芯片U7的6脚，另一端接GND，第三十六旁路电容C36一端接3.3V电源，另一端接GND，第三十九旁路电容C39一端接3.3V电源，另一端接GND，第三旁路电容一端接GPS芯片的9脚，另一端接GND，第八驱动MOS管Q8的栅极接第九驱动MOS管Q9的漏极，第八驱动MOS管Q8的源极接GPS芯片的14脚，第八驱动MOS管Q8的漏极接第一滤波电阻R46的一端，第九驱动MOS管Q9的栅极接GPS芯片U7的13脚，第九驱动MOS管Q9的源极接GND，第四十三滤波电容C43的一端接第四十六滤波电阻R46的一端，另一端接GND，第四十六滤波电阻R46的一端接第八驱动MOS管Q8的漏极，另一端接第三谐振电感L3的一端，第三谐振电感L3的另一端接射频接口的信号口，第五滤波电感L5的一端接GPS芯片U7的11脚，另一端接射频接口的信号口，第四十一滤波电容C41的一端接GPS芯片U7的11脚，另一端接GND，第四十二滤波电容C42的一端接射频接口的信号口，另一端接GND，射频接口的另一端接GND，第八保护二极管D8的阳极接射频接口的信号口，阴极接第九保护二极管D9的阴极，第九保护二极管D9的阳极接GND，GPS芯片U7的1脚接GND，GPS芯片U7的2脚接CPU单片机芯片U3的31脚相接，GPS芯片U7的3脚接CPU单片机芯片U3的30脚相接，GPS芯片U7的4脚悬空，GPS芯片U7的5脚接CPU单片机芯片U3的45脚相接，GPS芯片U7的7脚悬空，GPS芯片U7的8脚接3.3V电源，GPS芯片U7的9脚接CPU单片机芯片U3的7脚相接，GPS芯片U7的10脚接GND，GPS芯片U7的15脚悬空，GPS芯片U7的16脚接CPU单片机芯片U3的21脚相接，GPS芯片U7的17脚接CPU单片机芯片U3的22脚相接，GPS芯片U7的18脚悬空。

本实用新型采用如下技术方案实现发明目的：

(1)三相用电器功率监控技术

本实用新型基于负载线路上电压波形的参数结果作为三相用电器功率及相位监控的参数。本实用新型的三相用电器功率监控功能除使用电压波形作为参考值之外，用电器的类型也作为识别的参考数据。通过将线路中差分出的用电器电压波形，得出波形参数；通过三相用电器功率分析得出功率值。

(2)环境监测技术

本实用新型能够综合监测室内的温度、湿度、PM2.5指数和位置等环境数据。使用单总线数字温湿度传感器DHT11作为温湿度采集模块，采用夏普的GP2Y1010AU0F检测室内PM2.5指数，采用高精度的GPS模块LYND_N10采集位置信息。

(3)物联网技术

本实用新型引入了物联网技术用于实现远程监控功能，包括无线网络WiFi技术，采用了单芯片快速WiFi通信控制器ESP-07。

有益的效果：本实用新型为预防及解决电气火灾隐患提供了一个很好的方案。通过电压互感器采集到的波形数据，得到线路的实时功率以及相位信息，从而分析出三相线路中相位的平衡情况，并它能够采集三相用电器实时功率和温湿度、PM2.5、噪声等环境信息，将数据实时推送至用户手中。使用户在任何地方，只要有无线网络，就可以通过电脑浏览器或者手机APP实时查看三相用电器功率信息及环境信息，从而及时对火灾进行预防。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构图；

图2(a)为本实用新型的单片机模块电路原理图；

图2(b)为本实用新型的单片机晶振电路原理图；

图2(c)为本实用新型的单片机SWD接口电路原理图；

图2(d)为本实用新型的单片机复位电路原理图；

图3为本实用新型的无线WiFi通信模块电路原理图；

图4为本实用新型的电压互感器模块电路原理图；

图5为本实用新型的5V和3.3V电源模块电路原理图；

图6为本实用新型的PM2.5模块电路原理图；

图7为本实用新型的温湿度模块电路原理图；

图8位本实用新型的GPS定位模块电路原理图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型更进一步的详细说明。

如图1所示，一种基于物联网的三相电路功率监控装置，包括CPU、三个电压互感器、WiFi通信模块、三个继电器、温湿度传感器、GPS定位模块和PM2.5模块；

所述的CPU模块电路包括单片机模块电路、单片机晶振电路、单片机SWD接口电路和单片机复位电路；其中单片机的型号为STM32F103C8T6；

如图2(a)所示，所述的单片机模块电路包括单片机U3、三个滤波电容。单片机U3的第8、20、23、35、44、47脚全部接地，单片机U3的第1、9、24、36、48脚全部3.3V电源，第二十五滤波电容C25的一端、第二十六滤波电容C26的一端、第二十七滤波电容C27的一端接3.3V电源，第二十五滤波电容C25的另一端与单片机U3的第23脚连接，第二十六滤波电容C26的一端与单片机U3的第35脚连接，第二十七滤波电容C27的另一端与单片机U3的第47脚连接，第三滤波电容C3的一端与通过该单片机U3的第28脚的电感L1连接并连接至3.3V，另一端与地连接，单片机U3的第2、3、4、15、16、17、46脚悬空。

如图2(b)所示，所述的单片机晶振电路包括一个8MHz的第一晶振Y1、一个电阻R14和2个负载电容；

第一晶振Y1的一端与单片机U3的第5脚、第十七负载电容C17的一端、第十四电阻R14的一端连接，第一晶振Y1的另一端与单片机U3的第6脚、第二十二负载电容C22的一端、第十四电阻R14的另一端连接，第十七负载电容C17的另一端与第二十二负载电容C22的另一端接地。

如图2(c)所示，所述的单片机SWD接口电路包括一根3.3V电源线，一根地线，两根数据线。

接插件SWIM的第1脚接3.3V电源，接插件SWIM的第4脚接地，接插件SWIM的第2脚与单片机U3的第37脚连接，接插件SWIM的第3脚与单片机U3的第34脚连接。

如图2(d)所示，所述的单片机复位电路包括一个电阻、一个滤波电容和一个按键。第九上拉电阻R9的一端接3.3V电源，第九上拉电阻R9的另一端与单片机U3的第7脚、第十二滤波电容C12的一端、按键S2的一端连接，第十二滤波电容C12的另一端和按键RESET的另一端接地。

如图3所示，所述的WiFi无线通信模块电路包括WiFi无线通信芯片、U14排针、三个上拉电阻、一个滤波电阻、一个下拉电阻、两个滤波电容、一个短接端子。

无线WiFi通信芯片的型号为ESP-07，U14的型号为2.54-2P*2。

第五十五上拉电阻R55与无线WiFi通信芯片U15的1脚相接，第五十五上拉电阻的R55的另一端与3.3V电源相接；第五十七上拉电阻R57的一端与无线WiFi通信芯片U15的16脚相接，另一端与3.3V电源相接，第五十八上拉电阻R58的一端与无线WiFi通信芯片U15的16脚相接，另一端与3.3V电源相接，第五十六滤波电容R56的一端与无线WiFi通信芯片U15的3脚相接，另一端与3.3V电源，第五十九下拉电阻R59的一端与无线WiFi通信芯片U15的10脚相接，另一端与GND相接，第五十滤波电容C50的一端与第五十六滤波电阻R56相接，另一端与GND相接，第五十一滤波电容C51的一端与第五十六滤波电阻R56的一端相接，另一端与GND相接，无线WiFi通信芯片U15的8脚与3.3V电源相接，无线WiFi通信芯片U15的9脚与GND相接，跳线端子JUM1的一端与无线WiFi通信芯片U15的12脚相接，跳线端子JUM1的另一端与GND相接，排针U14的1脚与无线WiFi通信芯片U15的16脚相接，排针U14的的2脚与CPU单片机芯片U3的12脚相接，排针U14的3脚与无线WiFi通信芯片U15的15脚相接，排针U14的4脚与CPU单片机芯片U3的13脚连接；无线WiFi通信芯片U15的2、4、5、6、7、11、13、14为悬空引脚。

如图4所示，所述的电压互感器电路包括电压互感器U10、U11、U12，六个分压电阻、三个继电器、三个三极管、六个接线端子、三个整流二极管、三个发光二极管。

其中电压互感器U10、U11、U12的型号均为HD205AD；继电器M1、M2、M3的型号为BRF-SS-105DM。

电压互感器U10的第3脚与第五十分压电阻R50相接，第五十分压电阻R50的另一端与单片机U3的11脚相接，电压互感器U10的第4脚接地，电压互感器U10的第1脚与线路上的火线相接，电压互感器U10的第2脚与线路上的零线相接，电压互感器U11的第3脚与第五十一分压电阻R51相接，第五十一分压电阻R51的另一端与单片机U3的18脚相接，电压互感器U11的第4脚接地，电压互感器U11的第1脚与线路上的火线相接，电压互感器U11的第2脚与线路上的零线相接，电压互感器U12的第3脚与第五十二分压电阻R52相接，第五十二分压电阻R52的另一端与单片机U3的19脚相接，电压互感器U12的第4脚接地，电压互感器U12的第1脚与线路上的火线相接，电压互感器U12的第2脚与线路上的零线相接，继电器M1的第3脚与三极管Q7的集电极、整流二极管D1的阳极连接。

继电器M1的第2脚、第一整流二极管D1的阴极接5V电源，继电器M1的第1脚与第一接线端子P1的第1脚连接，继电器M1的第4脚与第二接线端子P2的第1脚连接，三极管Q7的发射极接地，三极管Q7的基极与第一限流电阻R1的一端连接，第一限流电阻R1的另一端与单片机U3的第43脚连接。第三十六限流电阻R36的一端接第一发光二极管LED1的阳极，另一端与单片机U3的43脚连接，第一发光二极管LED1的阴极与GND相连。继电器M2的第2脚、第二整流二极管D2的阴极接5V电源，继电器M2的第1脚与第一接线端子P3的第1脚连接，继电器M2的第4脚与第二接线端子P4的第1脚连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极与第二限流电阻R2的一端连接，第二限流电阻R2的另一端与单片机U3的第25脚连接。第三十七限流电阻R37的一端接第二发光二极管LED2的阳极，另一端与单片机U3的25脚连接，第一发光二极管LED2的阴极与GND相连。继电器M3的第2脚、第三整流二极管D3的阴极接5V电源，继电器M3的第1脚与第一接线端子P5的第1脚连接，继电器M3的第4脚与第二接线端子P6的第2脚连接，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极与第三限流电阻R3的一端连接，第三限流电阻R3的另一端与单片机U3的第26脚连接。第十三限流电阻R13的一端接第一发光二极管LED3的阳极，另一端与单片机U3的26脚连接，第一发光二极管LED3的阴极与GND相连。

所述的电源模块包括5V和3.3V电源模块、A/D转换参考电压电路。

如图5所示，所述的5V和3.3V电源模块包括稳压芯片、一个微动开关、一个电源插座和两个滤波电容；稳压芯片U2的型号为AMS1117-3.3；

稳压芯片U2的第3脚与第四滤波电容C4的一端、第五滤波电容C5的一端连接并接地，稳压芯片U2的第2脚与第五滤波电容C5的另一端接3.3V电源，稳压芯片U2的第3脚与第四滤波电容C4的另一端接5V电源，微动开关S1的第3脚与接插件的第1脚连接，微动开关S1的第2脚接5V电源，微动开关S1的第1脚悬空，电源插座J3的第2脚接地。

如图6所示，所述的PM2.5模块包括一个上拉电阻和一个滤波电容；PM2.5模块的型号为夏普GP2Y1010AU0F；

第三十一上拉电阻R31的一端接5V电源，另一端接PM2.5模块的1脚，第三十四滤波电容C34的一端接PM2.5模块的1脚，另一端接GND，PM2.5模块的2脚接GND，PM2.5模块的3脚接PM2.5指示灯的一端，PM2.5模块的4脚接GND，PM2.5模块的5脚接CPU单片机芯片的10脚，PM2.5模块的6脚接5V电源。

如图7所示，所述的温湿度模块仅包括一个上拉电阻；温湿度模块的型号为DHT11；

第二十九上拉电阻R29一段接温湿度模块U6的2脚，另一端接5V电源温湿度模块U6的1脚接5V电源，温湿度模块的2脚接CPU单片机芯片U3的28脚；温湿度模块的3脚悬空，温湿度模块的4脚接GND。

如图8所示，所述的GPS定位模块包括GPS芯片NB05_03型N10款芯片，一个SMB射频接口，两个驱动MOS管，两个保护二极管，一个谐振电感，一个耦合电感，一个滤波电感，三个旁路电容，三个滤波电容，一个耦合电容，一个限流电阻，一个滤波电阻；

第四耦合电感L4的一段接3.3V电源，另一端接GPS芯片U7的6脚，第三十五耦合电容C35的一端接GPS芯片U7的6脚，另一端接GND，第三十六旁路电容C36一端接3.3V电源，另一端接GND，第三十九旁路电容C39一端接3.3V电源，另一端接GND，第三旁路电容一端接GPS芯片的9脚，另一端接GND，第八驱动MOS管Q8的栅极接第九驱动MOS管Q9的漏极，第八驱动MOS管Q8的源极接GPS芯片的14脚，第八驱动MOS管Q8的漏极接第一滤波电阻R46的一端，第九驱动MOS管Q9的栅极接GPS芯片U7的13脚，第九驱动MOS管Q9的源极接GND，第四十三滤波电容C43的一端接第四十六滤波电阻R46的一端，另一端接GND，第四十六滤波电阻R46的一端接第八驱动MOS管Q8的漏极，另一端接第三谐振电感L3的一端，第三谐振电感L3的另一端接射频接口的信号口，第五滤波电感L5的一端接GPS芯片U7的11脚，另一端接射频接口的信号口，第四十一滤波电容C41的一端接GPS芯片U7的11脚，另一端接GND，第四十二滤波电容C42的一端接射频接口的信号口，另一端接GND，射频接口的另一端接GND，第八保护二极管D8的阳极接射频接口的信号口，阴极接第九保护二极管D9的阴极，第九保护二极管D9的阳极接GND，GPS芯片U7的1脚接GND，GPS芯片U7的2脚接CPU单片机芯片U3的31脚相接，GPS芯片U7的3脚接CPU单片机芯片U3的30脚相接，GPS芯片U7的4脚悬空，GPS芯片U7的5脚接CPU单片机芯片U3的45脚相接，GPS芯片U7的7脚悬空，GPS芯片U7的8脚接3.3V电源，GPS芯片U7的9脚接CPU单片机芯片U3的7脚相接，GPS芯片U7的10脚接GND，GPS芯片U7的15脚悬空，GPS芯片U7的16脚接CPU单片机芯片U3的21脚相接，GPS芯片U7的17脚接CPU单片机芯片U3的22脚相接，GPS芯片U7的18脚悬空。

基于物联网的三相电路功率监控装置的工作过程如下：上电后，STM32F103C8T6单片机初始化无线WiFi通信芯片、串口、A/D转换、等模块电路，使它们能够正常工作；首先单片机通过WIFI无线通信芯片进行联网，之后由电压互感器采集用电器的电压波形，单片机采集到电压数据后进行AD转换，量化后得到三相功率、三相相位及环境信息数据；读取完上述数据后，单片机将这些数据按一定的指令顺序进行数据打包，并加入环境和GPS定位数据，然后经ESP-07无线WiFi通信芯片上传至服务器，服务器提供用户查询接口，用户通过电脑浏览器或者手机APP即可查看当前三相线路用电功率信息。

该电路的工作原理为：电压互感器采集用电器的电压波形数据，CPU将采集到电压数据进行AD转换、量化，得到每条线路的功率值及相位差。CPU实时采集PM2.5以及温湿度数据，CPU将采集到的模拟环境数据AD转换，转换成实际环境数据。GPS模块实时获取当前设备位置数据，CPU读取GPS获取的位置信息。CPU通过WiFi通信模块将用电器数据，环境数据，以及位置信息实时上传至云服务器。用户通过电脑浏览器或手机APP随时查看，并且用于通过网页或手机APP向当前线路发送开关继电器的开关信号，从而实现对用电线路的通断控制。

上述说明并非对实用新型的限制，本实用新型也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.基于物联网的三相电路功率监控装置，其特征在于：包括CPU模块电路、三个电压互感器、WiFi通信模块、三个继电器、温湿度传感器、GPS定位模块、WiFi无线通信模块、电源模块和PM2.5模块；

所述的CPU模块电路包括单片机模块电路、单片机晶振电路、单片机SWD接口电路和单片机复位电路；其中单片机的型号为STM32F103C8T6；

所述的单片机模块电路包括单片机U3、三个滤波电容；单片机U3的第8、20、23、35、44、47脚全部接地，单片机U3的第1、9、24、36、48脚全部3.3V电源，第二十五滤波电容C25的一端、第二十六滤波电容C26的一端、第二十七滤波电容C27的一端接3.3V电源，第二十五滤波电容C25的另一端与单片机U3的第23脚连接，第二十六滤波电容C26的一端与单片机U3的第35脚连接，第二十七滤波电容C27的另一端与单片机U3的第47脚连接，第三滤波电容C3的一端与通过该单片机U3的第28脚的电感L1连接并连接至3.3V，另一端与地连接，单片机U3的第2、3、4、15、16、17、46脚悬空；

所述的单片机晶振电路包括一个8MHz的第一晶振Y1、一个电阻R14和2个负载电容；

第一晶振Y1的一端与单片机U3的第5脚、第十七负载电容C17的一端、第十四电阻R14的一端连接，第一晶振Y1的另一端与单片机U3的第6脚、第二十二负载电容C22的一端、第十四电阻R14的另一端连接，第十七负载电容C17的另一端与第二十二负载电容C22的另一端接地；

所述的单片机SWD接口电路包括一根3.3V电源线，一根地线，两根数据线；

接插件SWIM的第1脚接3.3V电源，接插件SWIM的第4脚接地，接插件SWIM的第2脚与单片机U3的第37脚连接，接插件SWIM的第3脚与单片机U3的第34脚连接；

所述的单片机复位电路包括一个电阻、一个滤波电容和一个按键；第九上拉电阻R9的一端接3.3V电源，第九上拉电阻R9的另一端与单片机U3的第7脚、第十二滤波电容C12的一端、按键S2的一端连接，第十二滤波电容C12的另一端和按键RESET的另一端接地；

所述的WiFi无线通信模块电路包括WiFi无线通信芯片、U14排针、三个上拉电阻、一个滤波电阻、一个下拉电阻、两个滤波电容、一个短接端子；

无线WiFi通信芯片的型号为ESP-07，U14的型号为2.54-2P*2；

第五十五上拉电阻R55与无线WiFi通信芯片U15的1脚相接，第五十五上拉电阻的R55的另一端与3.3V电源相接；第五十七上拉电阻R57的一端与无线WiFi通信芯片U15的16脚相接，另一端与3.3V电源相接，第五十八上拉电阻R58的一端与无线WiFi通信芯片U15的16脚相接，另一端与3.3V电源相接，第五十六滤波电容R56的一端与无线WiFi通信芯片U15的3脚相接，另一端与3.3V电源，第五十九下拉电阻R59的一端与无线WiFi通信芯片U15的10脚相接，另一端与GND相接，第五十滤波电容C50的一端与第五十六滤波电阻R56相接，另一端与GND相接，第五十一滤波电容C51的一端与第五十六滤波电阻R56的一端相接，另一端与GND相接，无线WiFi通信芯片U15的8脚与3.3V电源相接，无线WiFi通信芯片U15的9脚与GND相接，跳线端子JUM1的一端与无线WiFi通信芯片U15的12脚相接，跳线端子JUM1的另一端与GND相接，排针U14的1脚与无线WiFi通信芯片U15的16脚相接，排针U14的2脚与CPU单片机芯片U3的12脚相接，排针U14的3脚与无线WiFi通信芯片U15的15脚相接，排针U14的4脚与CPU单片机芯片U3的13脚连接；无线WiFi通信芯片U15的2、4、5、6、7、11、13、14为悬空引脚；

所述的电压互感器电路包括电压互感器U10、U11、U12，六个分压电阻、三个继电器、三个三极管、六个接线端子、三个整流二极管、三个发光二极管；

其中电压互感器U10、U11、U12的型号均为HD205AD；继电器M1、M2、M3的型号为BRF-SS-105DM；

电压互感器U10的第3脚与第五十分压电阻R50相接，第五十分压电阻R50的另一端与单片机U3的11脚相接，电压互感器U10的第4脚接地，电压互感器U10的第1脚与线路上的火线相接，电压互感器U10的第2脚与线路上的零线相接，电压互感器U11的第3脚与第五十一分压电阻R51相接，第五十一分压电阻R51的另一端与单片机U3的18脚相接，电压互感器U11的第4脚接地，电压互感器U11的第1脚与线路上的火线相接，电压互感器U11的第2脚与线路上的零线相接，电压互感器U12的第3脚与第五十二分压电阻R52相接，第五十二分压电阻R52的另一端与单片机U3的19脚相接，电压互感器U12的第4脚接地，电压互感器U12的第1脚与线路上的火线相接，电压互感器U12的第2脚与线路上的零线相接，继电器M1的第3脚与三极管Q7的集电极、整流二极管D1的阳极连接；

继电器M1的第2脚、第一整流二极管D1的阴极接5V电源，继电器M1的第1脚与第一接线端子P1的第1脚连接，继电器M1的第4脚与第二接线端子P2的第1脚连接，三极管Q7的发射极接地，三极管Q7的基极与第一限流电阻R1的一端连接，第一限流电阻R1的另一端与单片机U3的第43脚连接；第三十六限流电阻R36的一端接第一发光二极管LED1的阳极，另一端与单片机U3的43脚连接，第一发光二极管LED1的阴极与GND相连；继电器M2的第2脚、第二整流二极管D2的阴极接5V电源，继电器M2的第1脚与第一接线端子P3的第1脚连接，继电器M2的第4脚与第二接线端子P4的第1脚连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极与第二限流电阻R2的一端连接，第二限流电阻R2的另一端与单片机U3的第25脚连接；第三十七限流电阻R37的一端接第二发光二极管LED2的阳极，另一端与单片机U3的25脚连接，第一发光二极管LED2的阴极与GND相连；继电器M3的第2脚、第三整流二极管D3的阴极接5V电源，继电器M3的第1脚与第一接线端子P5的第1脚连接，继电器M3的第4脚与第二接线端子P6的第2脚连接，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极与第三限流电阻R3的一端连接，第三限流电阻R3的另一端与单片机U3的第26脚连接；第十三限流电阻R13的一端接第一发光二极管LED3的阳极，另一端与单片机U3的26脚连接，第一发光二极管LED3的阴极与GND相连；

所述的电源模块包括5V和3.3V电源模块、A/D转换参考电压电路；

所述的5V和3.3V电源模块包括稳压芯片、一个微动开关、一个电源插座和两个滤波电容；稳压芯片U2的型号为AMS1117-3.3；

稳压芯片U2的第3脚与第四滤波电容C4的一端、第五滤波电容C5的一端连接并接地，稳压芯片U2的第2脚与第五滤波电容C5的另一端接3.3V电源，稳压芯片U2的第3脚与第四滤波电容C4的另一端接5V电源，微动开关S1的第3脚与接插件的第1脚连接，微动开关S1的第2脚接5V电源，微动开关S1的第1脚悬空，电源插座J3的第2脚接地；

所述的PM2.5模块包括一个上拉电阻和一个滤波电容；PM2.5模块的型号为夏普GP2Y1010AU0F；

第三十一上拉电阻R31的一端接5V电源，另一端接PM2.5模块的1脚，第三十四滤波电容C34的一端接PM2.5模块的1脚，另一端接GND，PM2.5模块的2脚接GND，PM2.5模块的3脚接PM2.5指示灯的一端，PM2.5模块的4脚接GND，PM2.5模块的5脚接CPU单片机芯片的10脚，PM2.5模块的6脚接5V电源；

所述的温湿度模块仅包括一个上拉电阻；温湿度模块的型号为DHT11；

第二十九上拉电阻R29一段接温湿度模块U6的2脚，另一端接5V电源温湿度模块U6的1脚接5V电源，温湿度模块的2脚接CPU单片机芯片U3的28脚；温湿度模块的3脚悬空，温湿度模块的4脚接GND；

所述的GPS定位模块包括GPS芯片NB05_03型N10款芯片，一个SMB射频接口，两个驱动MOS管，两个保护二极管，一个谐振电感，一个耦合电感，一个滤波电感，三个旁路电容，三个滤波电容，一个耦合电容，一个限流电阻，一个滤波电阻；

第四耦合电感L4的一段接3.3V电源，另一端接GPS芯片U7的6脚，第三十五耦合电容C35的一端接GPS芯片U7的6脚，另一端接GND，第三十六旁路电容C36一端接3.3V电源，另一端接GND，第三十九旁路电容C39一端接3.3V电源，另一端接GND，第三旁路电容一端接GPS芯片的9脚，另一端接GND，第八驱动MOS管Q8的栅极接第九驱动MOS管Q9的漏极，第八驱动MOS管Q8的源极接GPS芯片的14脚，第八驱动MOS管Q8的漏极接第一滤波电阻R46的一端，第九驱动MOS管Q9的栅极接GPS芯片U7的13脚，第九驱动MOS管Q9的源极接GND，第四十三滤波电容C43的一端接第四十六滤波电阻R46的一端，另一端接GND，第四十六滤波电阻R46的一端接第八驱动MOS管Q8的漏极，另一端接第三谐振电感L3的一端，第三谐振电感L3的另一端接射频接口的信号口，第五滤波电感L5的一端接GPS芯片U7的11脚，另一端接射频接口的信号口，第四十一滤波电容C41的一端接GPS芯片U7的11脚，另一端接GND，第四十二滤波电容C42的一端接射频接口的信号口，另一端接GND，射频接口的另一端接GND，第八保护二极管D8的阳极接射频接口的信号口，阴极接第九保护二极管D9的阴极，第九保护二极管D9的阳极接GND，GPS芯片U7的1脚接GND，GPS芯片U7的2脚接CPU单片机芯片U3的31脚相接，GPS芯片U7的3脚接CPU单片机芯片U3的30脚相接，GPS芯片U7的4脚悬空，GPS芯片U7的5脚接CPU单片机芯片U3的45脚相接，GPS芯片U7的7脚悬空，GPS芯片U7的8脚接3.3V电源，GPS芯片U7的9脚接CPU单片机芯片U3的7脚相接，GPS芯片U7的10脚接GND，GPS芯片U7的15脚悬空，GPS芯片U7的16脚接CPU单片机芯片U3的21脚相接，GPS芯片U7的17脚接CPU单片机芯片U3的22脚相接，GPS芯片U7的18脚悬空。