【开源】智能电表直流供电与功耗实时监测系统的电路方案（含原理图、PCB源文件、程序源码及设计报告）

简介：
本项目提供了一种基于开源理念的智能电表直流电源供应和能耗监控系统，包含详尽的设计文档、原理图、PCB布局以及源代码。 前言：美国Vicor公司是当今世界上最大的高密度电源模块生产商，并且也是全球唯一能够以零电压、零电流技术大批量生产电源模块的厂家。该公司生产的电源模块包括DC-DC和AC-DC转换器，以及隔离与非隔离型电源模块转换器。VICOR公司的核心技术在于“零电流”开关，这使得变换器的工作频率达到了1MHz，并且效率超过80%。 项目设计背景及概述：随着科技的进步，数码、电子类产品已经遍布每个角落。而这些产品通常都需要直流供电电源支持其运行。传统上，这类电源一般将220V的交流电转换成所需的直流电压供给设备使用，但大多数情况下并没有采取过流或过压保护等措施，并且不清楚该设备的实际功耗情况以及用电量大小。此外，在某些场景下，这些产品可能只需要在一天中的特定时间段运行，但由于忘记关闭电源或者不方便关机，则可能导致不必要的电力浪费。 设计智能直流供电及功耗监测系统正是为了解决上述问题，旨在提供更完善的保护措施和定时开关功能等解决方案。这不仅能够给设备增加一层额外的防护机制，还能够让用户实时掌握其用电情况，并了解到在何种情况下能耗最大或者最小。 硬件设计原理： （1） 功能特点包括：可配置三路供电选项；电压、电流及功耗可视化显示（每0.5秒采集一次数据并显示即时和平均值）；具备2A的过流保护功能，当软件控制失效时能通过自恢复保险丝实现硬件限制；提供定时开启与关闭设备的能力，并且能够精确到秒级的时间设定；记录保存包括告警信息及开关时间的历史记录供随时查看；内置静电、浪涌防护装置（电源输入端均设有TVS管进行保护）；配备液晶显示屏用于实时展示运行状态和电压电流值等数据；支持串口通信输出，以便后期开发上位机软件以图形化方式展现采集到的数据。 （2） 功能描述： 1) DC-DC电源电路：提供8至16V的输入范围，并且可选择三种类型的输出电压（与输入相同、5V或3.3V），同时也为系统本身提供了必要的5V供电。 2) MCU最小系统包括SLH89F5162单片机及其配套的复位电路和晶振； 3) 输出控制电路：通过三个4A MOS管来管理输出通道的状态，从而实现不同类型的电压配置； 4) 电流检测回路利用串联电阻将电流转换为相应的电压信号，并借助LM224运算放大器进行信号放大处理后送至MCU的ADC接口； 5) 用于测量输入和输出端口之间分压后的低电平模拟量，经过跟随电路稳定后再传输给微控制器读取； 6) 硬件过流保护：安装了2A自恢复保险丝于最接近负载的一侧以防止因电流过大而造成的设备损坏； 7) LCD12864液晶屏用于显示所有采集到的电压、电流值，实时时钟信息以及功率消耗，并且还可以显示需要设置的各项参数； 8) 实时时钟电路为定时启停供电功能提供精确的时间基准保障； 9) RS-232串行接口可用于连接计算机或其它数据处理设备以便实时传输测量结果以供进一步分析和上位机软件开发使用； 10) 按键模块允许用户在本地进行参数配置操作； 11) LED指示灯与蜂鸣器用于显示系统的运行状况以及告警信息； 12) 315MHz无线通信接口预留，以便将来集成相关硬件实现远程控制功能（如开启和关闭电源）。 13) 告警记录可以在LCD屏幕上查看，并且可以保存6条历史数据，在断电后也不会丢失。