摘 要

随着国内用电规模的扩大，可对密集型住宿场所的进行电力监控的电表需求日益强烈。针对密集型住宿场所的电力监控，设计一个以单片机为主控芯片能自动识别恶意负载并能限制其使用的电表，能有效防范学生在宿舍使用违章电器，减少用电安全隐患。

本文以检测恶意负载为课题背景，实现了电力线参数的监控以及对恶意负载的监测，主要完成课题中监控电表、管理机、Web界面与Android应用的硬软件设计。首先介绍了本设计对比市场同类产品的优势。然后介绍了硬件电路的设计，利用立创EDA对硬件电路进行了原理图和PCB的设计，使用Apache Apollo server在本地计算机或云服务器部署MQTT服务器，基于Niagara Framework框架搭建Web后台以及界面，使用Android Studio开发Android端应用程序。另外，本文还介绍了如何运用CS5463芯片对电力线进行检测， STM32F103C8T6的构成以及工作原理以及它们在电表和管理机中的应用，搭建了基于MQTT协议的物联网链路体系。

对系统进行测试，测试结果表明该系统能够实现电力线参数的监控以及对恶意负载的监测。最后总结设计中的不足并提出以后系统的发展规划。

关键词：物联网 STM32 CS5463 Niagara Android

Design of malicious load monitoring system based on cloud platform

Abstract

With the expansion of domestic electricity consumption, there is an increasing demand for electricity meters that monitor power in dense accommodation. For the power monitoring of intensive accommodations, design a meter with MCU as the main control chip that can automatically identify the malicious load and limit its use, which can effectively prevent students from using illegal electrical appliances in the dormitory and reduce the potential safety hazards.

In this paper, the detection of malicious load is the background of the problem, which realizes the monitoring of power line parameters and the monitoring of malicious load. It mainly completes the hardware and software design of monitoring meter, management machine, web interface and Android application. First introduced the advantages of this design compared to similar products in the market. Then introduced the design of the hardware circuit, using the original EDA to carry out the schematic diagram and PCB design of the hardware circuit, use the Apache Apollo server to deploy the MQTT server on the local computer or cloud server, build the web background and interface based on the Niagara Framework framework, use Android Studio develops Android-side applications. In addition, this paper also introduces how to use the CS5463 chip to detect the power line, the structure and working principle of the STM32F103C8T6 and their application in the meter and management machine, and build the Internet of Things link system based on the MQTT protocol.

The system is tested and the test results show that the system can monitor the power line parameters and monitor the malicious load. Finally, summarize the shortcomings in the design and propose the development plan of the system in the future.

Keywords: IoT STM32 CS5463 Niagara Android

目 录

第一章 引言 1

1.1概述 1

1.2恶意负载监控系统发展现状 2

1.3 本文的主要工作 3

第二章 硬件电路设计 5

2.1恶意负载监控电表设计 5

2.1.1 总体方案设计 5

2.1.2主控芯片外围电路 5

2.2.3 CS5463芯片外围电路 7

2.2.4 CS5463电压采集电路 8

2.2.5 CS5463电流采集电路 8

2.2.6 CS5463独立供电电源电路 9

2.2.7 SPI通信隔离电路 10

2.2.8 电源转换电路 11

2.2.9 鼎信载波通信模块 11

2.3恶意负载管理机设计 11

2.3.1总体方案设计 12

2.3.2 W5500以太网电路 13

2.3.3 管理机其他电路 14

第三章 软件设计 15

3.1恶意负载监控电表 15

3.1.1 软件总体结构 15

3.1.2 初始化程序 16

3.1.3 程序主循环 22

3.1.4 载波通信中断程序 23

3.2恶意负载管理机 26

3.2.1 软件总体架构 26

3.2.2 初始化程序 28

3.2.3 主循环 30

3.3 MQTT服务器 33

3.3.1 MQTT服务器 33

3.3.2 创建实例 33

3.3.3 修改本地IP/端口 33

3.3.3 开启服务器 34

3.3.4 进入服务器后台 34

3.3.5 内网穿透 35

3.4 Niagara Framework 35

3.4.1 Niagara4 Workplace介绍 35

3.4.2 界面开发 35

3.4.3 后台开发 36

3.5 Android应用 37

3.5.1 总体软件架构 37

3.5.2应用界面 38

3.5.3 后台逻辑 39

第四章 系统调试 43

4.1系统调试方案设计 43

4.1.1 调试简介 43

4.1.2 设备连接 43

4.2调试结果 45

结语 46

参考文献 47

致谢 48

附录1：主控板电路图 49

第一章 引言

1.1概述

电力能源是人类应用最广泛的能源之一，作为主要能源消费形式用于工业生产、居民生活以及楼宇、交通、服务等行业。根据2018年1月国家能源局发布的数据，2016年我国全社会用电量达到63077亿千瓦时，同比增长6.6%。就我国而言，用电规模较大，用电量增速较快。如何安全用电，成为首要解决的问题。

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