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摘要

本设计围绕“基于STM32的交流功率监测与过载保护”展开，完成了一套集数据采集、参数显示、阈值设定、远程通信和执行保护于一体的嵌入式监测装置。系统以STM32F10x单片机为核心，采用串口方式与交流电参量采集模块通信，周期性发送采集指令并解析返回帧，实现对交流电压、电流、有功功率、功率因数、频率、无功功率及视在功率等关键参数的实时获取。软件结构采用“中断接收+主循环处理”的设计思路：串口中断负责字节级接收与状态机解析，主循环完成按键扫描、阈值比较、显示刷新、无线数据发送及存储管理，兼顾实时性与稳定性。
在人机交互方面，系统通过OLED分页显示运行数据和控制状态，支持按键切换页面、进入参数设置以及手动控制继电器；在安全控制方面，系统将设定功率阈值与实时有功功率进行比较，一旦超过上限即触发蜂鸣器告警并断开继电器，实现过载保护；在可靠性方面，采用Flash存储机制保存阈值等关键参数，断电后可自动恢复，避免重复配置。
此外，系统预留无线通信能力，支持通过AT指令完成通信模块配置，并将监测数据按约定格式周期上报，满足本地监测与远程查看需求。综合来看，该方案具有硬件成本低、软件实现清晰、功能完整和可扩展性强等特点，能够应用于小型交流负载监测、实验教学平台及基础电能管理场景，为后续进一步实现多节点组网、数据上云与智能分析提供了良好基础。

目录

1. 绪论
   1.1 课题背景与研究意义
   1.2 国内外研究现状
   1.3 本文主要工作与章节安排

2. 系统总体方案设计
   2.1 设计目标与技术指标
   2.2 系统总体架构
   2.3 硬件与软件协同流程

3. 硬件系统设计
   3.1 STM32最小系统设计
   3.2 交流参数采集接口电路
   3.3 OLED显示与按键电路
   3.4 继电器与蜂鸣器保护执行电路
   3.5 串口无线通信接口设计

4. 软件系统设计
   4.1 主程序流程设计
   4.2 串口通信与状态机解析
   4.3 交流电参量数据处理
   4.4 阈值设定与过载保护逻辑
   4.5 OLED分页显示与按键交互
   4.6 Flash参数存储与掉电保持

5. 系统测试与结果分析
   5.1 测试平台与测试方法
   5.2 电压电流及功率测量测试
   5.3 功率因数与频率测试
   5.4 过载保护与告警测试
   5.5 无线通信与数据上报测试
   5.6 稳定性与误差分析

6. 总结与展望
   6.1 全文总结
   6.2 后续改进方向

参考文献
附录（核心程序）
致谢

测试分析

为验证系统功能与工程可用性，测试按“采集准确性—保护有效性—通信稳定性—长期运行可靠性”四个层次开展。首先在采集功能测试中，搭建可调交流负载平台，分别在空载、轻载和中高负载工况下，对系统显示的电压、电流、有功功率、功率因数和频率进行对比记录。测试结果表明，系统能够稳定解析采集模块返回帧，参数刷新连续，无明显跳变；在负载变化时，电流与功率显示具有同步变化趋势，能够反映真实工况。其次在保护功能测试中，设定功率阈值后逐步增加负载，当实时有功功率达到并超过设定值时，系统可触发蜂鸣器告警并控制继电器断开，过载联动动作明确；解除故障后可通过按键恢复继电器状态，验证了“检测—告警—切断—恢复”的闭环控制流程。
在人机交互测试中，对按键页面切换、阈值增减和状态显示进行连续操作，OLED两页数据显示正常，设置项能实时生效；阈值写入Flash后断电重启，参数保持一致，说明掉电保存机制有效。通信测试方面，系统通过串口向外发送数据帧，并支持AT指令方式的无线透传配置；在连续发送场景下，数据格式完整、周期性正常，未出现明显堵塞或失步。
同时也发现若干可优化点：其一，采样数据在电网扰动时会出现短时抖动，可增加滑动平均或中值滤波以提升显示稳定度；其二，当前阈值触发逻辑以单点比较为主，建议增加“超限持续时间判据”，避免瞬时尖峰导致误动作；其三，串口协议解析建议补充更严格的校验与异常恢复策略，提升抗干扰能力。总体而言，本系统已完成设计目标，具备较好的实时监测与过载保护能力，功能实现完整、运行稳定，可满足课程设计与基础工程应用需求。后续若结合更高精度计量芯片和上位机数据分析，可进一步提升测量精度与系统智能化水平。