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视频展示
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方案设计
2.1 系统总体方案
通过对赛题的仔细分析研究，实现此设计有以下几点需要注意：
1）用电器分析识别装置由220VAC市电供电，而单片机供电为3.3VDC直流电压。因此要给单片机供电，需要把220VAC市电经AC—DC变换后，再进行DC—DC降压，得到我们想要的电压。且整个装置的工作电流要小于15mA，需要对装置功耗有所考虑。
2）实时显示特征参数的响应速度要快，因此要求单片机对数据的处理速度要快。
3）电流电压信号检测需要精度高，功耗较低的芯片。
4）要通过无线传输把数据传输到手机上显示，可以用蓝牙模块进行数据传输。
经过上述分析，将系统分为5个基本模块，包括主控模块、电源模块、电流电压信号检测模块、蓝牙模块、显示模块。
系统的总体设计框图如图1所示。
图1 系统整体方案框图
2.2 电参数测量方案
采用INA114精密仪表放大器和SUI-101A电能采集模块组合使用，INA114是一种通用仪用放大器，尺寸小、精度高、价格低廉，和电流互感器配合使用，可测量相位。
只需一个外部电阻就可以设置1至10000之间的任意增益值，内部输入保护能够长期耐受±40V，失调电压低（50μV），漂移小（0.25μV/℃），5V单电源系统，静态电流最大为3mA。
SUI-101是一款互感器隔离的高精度多功能交流变送器，可实时测量交流电流、电压、有功功率、累计电量、频率、功率因素等参数，提供标准通信接口（TTL异步串口），可选的标准协议（Modbus协议）及自定义协议。
其中电流和电压的变送精度可达0.2级的超高精度。采用全隔离采集方案，实现高低压完全隔离。
通信接口采用3.3VTTL异步串行接口，同时兼容5V的TTL接口。支持自定义简易协议和Modbus双协议自动识别，也可以自动输出。
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理论分析与计算
3.1 理论分析与计算
如图2所示，电参数检测模块是采用电流型电压互感器和电流互感器将高压大功率端和低压信号处理端完美隔离，通过采样电阻后将采集到的电压和电流值接入HLW8032。
PF和TX直接接入到CPU的输入端，通过公计算出电压有效值、电压流效值和有功功率值的大小。
图2 电参数检测模块
电压有效值计算：
电压系数：根据以上电路图中左侧电压采集电路，电流型电压互感器一次侧为R8=150k电阻，则一次侧电流为Vin/R8，二次侧电流等于一次侧电流，VP = Vin/R8 × R7；故电压系数 = Vin/(Vp * 100) = R8/(R7 * 1000) = 3.006
电流有效值计算：
电流系数∶根据以上电路图中右侧电流采集电路，电流互感器一次侧电流Iin，互感器匝数比为N=1000:1，二次侧电流等于Iin/N，IP – IN = Iin /N * R10；
故：
3.2 傅里叶变换公式采集信号的分析计算
我们想过了许多方案，想过从各种电信号特征的不同作为突破口，最后确定利用FFT-傅里叶变换求出信号中的谐波从而来做识别电器的主要特性。
首先我们要了解傅里叶变换：傅立叶变换，表示能将满足一定条件的某个函数表示成三角函数（正弦和/或余弦函数）或者它们的积分的线性组合。
在不同的研究领域，傅立叶变换具有多种不同的变体形式，如连续傅立叶变换和离散傅立叶变换。最初傅立叶分析是作为热过程的解析分析的工具被提出的。
如果单单只通过人为去利用傅里叶变换公式计算可想而知计算量是何其的庞大了，所以我们在本次设计为了更加方便的利用傅里叶去求解出信号谐波，我们运用了AD7606模块的8个数据通道，通过DMA存入PS DDR，再通FFT对8个通道的数据进行FFT傅里叶变换。这样通过单片机去求解就变得简单得多了。
理论要与实践相结合的。单片机虽然让傅里叶公式的计算一步到位，但是没有主要的公式支撑，那也不过是得出错误的结果。
本次设计一部分傅里叶变换公式的计算：
如果是周期为T的连续信号，且满足Dirichlet条件，可展成傅里叶级数：
3.3 其他参数计算
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程序设计
4.1 软件基本结构
软件程序由信号采集和数据处理两部分组成，顶层的控制部STM32F103VCT6单片机作为核心，采用C语言编程，执行效率高，通过ADC7606与电能模块对电能进行数据采集；
数据处理通过快速傅立叶变换程序，将采集到的电流波形进行变换与运算，可以得到电流的谐波与相位，然后通过电流、电压、阻抗、谐波参量、相位等参数对电器进行识别。
程序流程图
4.2 快速傅里叶变换分析
快速傅里叶变换,即利用计算机计算离散傅里叶变换（DFT)的高效、快速计算方法的统称。有限长序列可以通过离散傅里叶变换(DFT）将其频域也离散化成有限长序列。
但其计算量太大，很难实时地处理问题，因此引出了快速傅里叶变换(FFT). FFT的基本思想是把原始的N点序列，依次分解成一系列的短序列。
充分利用DFT计算式中指数因子 所具有的对称性质和周期性质，进而求出这些短序列相应的DFT并进行适当组合，达到删除重复计算，减少乘法运算和简化结构的目的。
通过按键进入学习模式，在该模式下，首先将不同电器的信号经AD转换后的256点序列x（n）存入数组，利用FFT的蝶形算法进行傅里叶变换，得出变换的频谱X（k），将其记录。
FFT流程图