摘要：为了对交流电压进行安全、精确、远程测量，设计实现了基于STM8的WiFi交流电压表。系统以单片机STM8S103F3P6和串口转WiFi模块ESP8226构成WiFi通信模块，以开关电源构成电源模块对系统供电，以ZMPT101B 精密电压互感器和STM8内部10位ADC构成交流电压采集模块，实现了对75V~380V范围内交流电压精度为1V的测量，并实现数据与Labview虚拟上位机的无线传输。该设计在基于STM8的无线交流电压表的设计与应用上具有一定指导意义。
关键词：WiFi交流电压表；STM8；ESP8226
0 引言
传统电压表需要近距离测量、手动记录，且成本较高，在不允许人工测量的环境中，需频繁测量甚至实时监测的情况下，更是难以保证对电压的实时、准确、远程测量。因此，本文设计一种测量快速准确、体积小巧、价格低廉，能够将测量电压等数据实时传输到其他终端，并能由其他终端进行远程控制的交流电压表。
本文中基于STM8的WiFi交流电压表使用STM8S103F3P6单片机控制，使用 ESP8226串口WiFi无线模块，设计了一款无线交流电压表。
1.硬件设计
硬件设计主要包括MCU模块、WiFi通信模块、电源模块和交流电压采集模块等部分。MCU模块以单片机STM8S103F3P6为核心控制芯片，控制其他芯片及模块工作；交流电压采集模块实现对交流75V~380V电压的实时采集；WiFi通信模块采用ESP8266芯片实现电压表与其他设备的无线通信。系统总体框图如图1所示。
图1 系统总体框图
1.1MCU模块
MCU模块选择意法半导体公司（ST）推出的8位单片机STM8S103F3P6，其具有6个内部寄存器，3个16位定时器，2个8位定时器，SPI/I2C接口，3个通用异步收发器[1]。
1.2供电模块
本系统利用被测电压（即交流75V~380V）供电，将75V~380V被测交流电压经过降压整流后稳定在DC3V~5.5V，以满足系统需要。
供电模块采用开关电源方案，即利用电子开关器件，通过控制电路，使电子开关器件不停地通断，对输入电压进行脉冲调制，从而实现AC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。开关电源模块带隔离，安全性好，效率高，可适用于电流突变场合[2] [3]。
1.3电压采集电路
ZMPT101B精密电压互感器的输入输出电流为0~10mA，额定电流为2mA，隔离电压4000V，线性度＜0.2%。具有体积小，精度高，一致性好，可以对电压进行精确测量等优点。所以本设计选用电压互感方式采集电压。
1.4WiFi通信模块
本设计采用ESP8226串口WiFi无线模块和STM8S103F3P6控制器构成无线通信模块。
本模块设计了两种工作模式，AP（路由）模式和STA（站）模式，用户可以根据自己的需要进行选择。AP模式是无线接入点，允许其它无线设备接入，提供数据访问。当电脑手机连接此WIFI创建的无线网时，属于局域网测试。STA模式是每一个连接到无线网络中的终端。WIFI模块可以作为一个STA连接已存在的无线路由，电脑手机就可以连接这个已存在的路由，接收WIFI传输的数据。
2.软件设计
系统软件采用模块化设计，由主程序、数据采集子程序、数据处理子程序、WiFi通信子程序、显示子程序五部分组成。
软件设计采用嵌套方式，主程序用于启动软件和各个子程序的初始化，是系统各部分功能实现的基础；中断程序用于对各个事件进行响应，包括STM8与ESP8226之间的通信等。
3.样机制作及测试
3.1样机制作
在实验室条件下，制作基于STM8的WiFi交流电压表样机，如图2所示。
图2 基于ESP8226的WiFi交流电压表样机
3.2电压测量
通过与美国福禄克公司的F117C数字万用表（600V交流档时精度达0.1V）所测电压进行对比，该交流电压表的测量精度达到1V。其测试结果如表1所示。
表1 电压表与万用测表量结果比较
3.3上位机无线传输
利用Labview设计与上位机串口通信的界面，测试AP（路由器）和STA（站点）两种工作模式下的通信连接。采用两种模式分别进行测试，图3所示为PC端与ESP8266的在AP工作模式下的通信测试。
图3 PC端与ESP8266通信测试
4.结束语
本文采用了价格便宜的8位单片机STM8，结合具有高性能低功耗的ESP8266无线串口通信模块，并选取合适的供电和电压采集方案，设计实现一款基于STM8的WiFi交流电压表，实现75V~380V范围内，精度达1V的交流电压测量，并实现测量数据与其他终端间的无线通信。该样机基本功能完善、性能高、功耗低、操作简单、成本低廉，具有一定的使用价值。
参考文献：
[1]STMicroelectronics.STM8S10xxx datasheet REV6.2008
[2]杨旭等编著.开关电源技术[M].机械工业出版社，2004
[3]Riccardo Nicoloso & Alfio Russo.新型智能电源VIPer12A[J].国外电子元器件，2001，12：67-68
作者简介：
梁嘉琪（1992-），女，航天科技集团第四研究院陕西中天火箭技术股份有限公司，主要研究发控发射，测控技术与仪器专业。
论文作者:梁嘉琪1,刘星宇1,吴连波2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/13
标签：电压论文; 电压表论文; 模块论文; 测量论文; 通信论文; 子程序论文; 样机论文; 《电力设备》2018年第3期论文;