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2021年全国大学生电子设计竞赛H题 - 用电器分析识别装置

2021年全国大学生电子设计竞赛H题 - 用电器分析识别装置
任务
设计并制作一个根据电源线电流的电参量信息分析在用电器类别的装置。该装 置具有学习和分析识别两种工作模式。在学习模式下,测试并存储用于识别各单件 电器的特征参量;在分析识别模式下,实时指示在用电器的类别。
基本要求
(1)电器电流范围 5mA ~10.0A,可包括但不限于以下电器:LED 灯泡和 220V 灯带、节能灯管、USB 充电器(带负载)、无线路由器、机顶盒、电风扇、热水壶、 电磁炉。 
(2)自定可识别的电器种类,总数不低于 7,用序号表示。电流不大于 50mA 的电器数不低于 5,包括一件自制电器,编号为 1~5;编号为 7 的电器电流大于 8A。 
(3)随机增减在用电器,实时显示可识别电器是否在用和电源线上电流的特征参量,响应时间不大于 2s。特征参量的种类、性质自定。 
(4)用电阻,电容和二极管自制 1 号电器,其电流与 2 号电器相同但相位不同, 且含有谐波,两者电流差小于 1mA。 
发挥部分
(1)具有学习功能。清除作品存储的所有特征参量,重新测试并存储指定电器的特征参量。一种电器的学习时间不大于 1 分钟。
(2)随机增减在用电器,实时显示可识别电器是否在用和电源线上电流的特征参量,响应时间不大于 2s。
(3)提高识别电流相同,其他特性不同的电器的能力和大、小电流电器共用时识别小电流电器的能力。
(4)装置在分析识别模式下的工作电流不大于 15mA,可以选用无线传输到手机上显示的方式。
说明
图 1 中 A1 和 A2 分别用于测量装置电流和在用电器电流。测试基本要求的电器自带,并安全连接电源插头。不满足基本要求(2)对用电器电流的要求判为违规, 不测试。交作品之前完成学习过程,赛区测试时直接演示基本要求的功能。 
设计要点
电流传感器 + 带ADC的单片机
分析标记出不同电器的电流信号的范围,任何电信号都可以表达为 - 幅度Asine(频率w*t+初始相位),需要用软件处理不同信号的幅度A和频率w
幅度
频率
电流转换为电压,再通过ADC量化后送到MCU进行处理分析
动态范围:5mA - 10A为2000,需要用到至少12位以上的ADC来进行采样或可变增益模拟前端用来扩大测量的动态范围
50mA以内至少有5个电器,意味着需要更高分辨率的ADC,或通过VGA对小信号进行放大
建议使用的MCU内部ADC可以支持到16bit,或通过过采样能够等效到16bit
处理部分类似我们寒假一起练的一个平台
Funpack活动中的几个平台也可以参考
比如高分辨率的模拟信号处理,芯片12位ADC接口带信号处理功能,可以硬件做信号的预处理包括触摸传感、平均、滤波、过采样和自动阈值比较,这些一般需要通过软件编程来实现。
48MHz Arm® Cortex®-M23
256kB 闪存以及 32kB SRAM
与 EEPROM 存储数据功能类似的 8kB 数据闪存
可从 32 引脚封装扩展至 64 引脚封装
电容式触摸传感单元
16 位 SAR A/D,24 位 SD A/D
12 位 D/A,8 位 D/A
OPAMP (3 CH) ,ACMP-HS/LP
全速 USB 2.0
CAN 2.0
SCI(UART、简单 SPI、简单 I2C)
硬禾发布
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2021-11-04
电赛