《2024 DigiKey 汽车应用创意挑战赛》充电监测系统

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一、项目名称：

基于树莓派的家充充电监测系统

二、项目概述：

电车的发展尤其迅猛，接近一半家庭都会选择新能源电车，这使得充电桩的需求愈发广泛，而家充又是普通家庭不可或缺的一部分，普通的充电桩都没用电量实时统计和电压监控功能，这个设计便应运而生。

该项目基于树莓派和ESP8266作为数据处理设备，主要功能为：

1.电压电流监测，实时输出当前电压电流情况；

2.电源开关控制；

3.小程序输出当前充电信息

4.小程序WIFI联网控制充电电源开关

硬件电源主板原理图如下：

ESP8266串口与树莓派通讯，且做WIFI数据收发工作，通过MQTT协议与云平台链接

ESP8266 SDK与ESP8266 IDEEclipse IDE：它是由安可信发布的一款用于ESP8266二次开发的软件平台，由Eclipse集成了相关插件，相对于官方开发环境配置。Eclipse IDE简易、方便，最重要的是可以在Windows下直接运行，编译过后能够直接生成bin文件，通过烧写工具ESP8266Flasher将bin文件烧入ESP8266即可。

ESP8266 SDK（Software Development Kit）：用户根据自己的ESP8266型号在乐鑫官网上下载需要的SDK。SDK包含了所有驱动，为用户提供了一个非常简单易用的平台，虽然其底层代码对用户不透明，但都提供了接口函数，用户根据编程手册可以直接调用。

主程序user_init()部分代码如下：

　　void user_init()

　　{

　　uart_init(BIT_RATE_115200,BIT_RATE_115200);

　　//串口初始化

　　user_set_station_config();

　　//esp8266 WiFi信息配置

　　}

　　void user_set_station_config()

　　{

　　struct station_config stationconfig;

　　os_memset(&stationconfig.ssid, 0, 32);

　　os_memset(&stationconfig.password, 0, 64);

　　os_memcpy(&stationconfig.ssid, "WIFINAME", 8); //设定连接的WiFi

　　os_memcpy(&stationconfig.password, "passward.", 8); //WiFi密码

　　stationconfig.bssid_set=0;

　　wifi_station_set_config(&stationconfig);

　　os_timer_disarm(&test_timer);

　　os_timer_setfn(&test_timer,(os_timer_func_t*)user_check_ip, NULL);

　　os_timer_arm(&test_timer, 2000, 1);

　　}

　　最后配置TCP客户端信息，这里需要注意连接TCP服务器时必须确保WiFi已成功连接，因此设定了一个定时器test_timer，该定时器的作用是通过WiFi状态接口函数wifi_station_get_connect_status（）循环检测WiFi是否连接成功，当WiFi连接成功后配置TCP客户端信息。下面为建立TCP连接的程序:

　　user_check_ip()

　　{

　　tcpclient.type=ESPCONN_TCP;//tcp连接方式

　　tcpclient.state = ESPCONN_NONE;

　　tcp_server_ip.addr = 0;

　　const char esp_server_ip［4］ = {x,x,x,x};

　　os_memcpy(tcpclient.proto.tcp->remote_ip, esp_server_ip, 4);//远程IP设定

　　tcpclient.proto.tcp->remote_port = 8888; // 远程端口设定

　　tcpclient.proto.tcp->local_port = espconn_port(); //本地端口设定

　　espconn_connect(&tcpclient);//连接tcp 服务器

　　}

　　remote_ip可以选择自动分配或固定IP，远程端口remote_port根据上位机选择，通常选择比较大的,小的端口通常被上位机一些系统服务占据。

采集方案：针对实时更新数据：比如瞬时电压、电流、功率。由ESP8266向电能表循环发送N条报文，电能表响应每一条报文，ESP8066解析N条报文，得到数据存入自身内存。上位机向ESP8266循环下发N条查询报文，ESP8266取出内存中的数据回复上位机。

树莓派上在有基础系统的情况下

cd ~git clone https://github.com/MGod-monkey/Raspberry_Ups.gitcd raspberry_ups/Software/

将库克隆下来并且安装

sudo chmod +x install.shsudo ./install.sh

sudo systemctl status ups.service

复制配置文件到node-red，并且安装node-red控制台

cp ups_flow.json ~/.node-red/lib/flows/ups_flow.json

cd ~/.node-red/

npm i node-red-dashboard

启动node-red服务，直接启动或者设置开机自启

sudo node-red

sudo systemctl enable nodered.service

sudo systemctl start nodered.service

树莓派端控制台显示如图：

三、作品实物图

四、项目文档

如附件