📘 能耗监测 · 从零搭建
🧩
30 章完整路径
01
项目概述与硬件选型
了解能耗监测系统，明确目标，选择MCU (STM32) 及电流/电压互感器
02
开发环境搭建
安装Keil MDK / STM32CubeIDE，配置工程模板与驱动库
03
GPIO基础与LED指示
GPIO输入输出模式，控制LED作为系统状态指示
04
定时器与系统时钟
配置系统时钟树，定时器产生精确时间基准
05
ADC采样原理
逐次逼近型ADC原理，配置STM32 ADC单通道采集
06
电流/电压互感器接口
互感器模拟输出连接ADC，信号调理电路 (分压/滤波)
07
多通道数据采集
扩展ADC通道，同时采集电压电流，DMA传输提效
08
数据处理与校准
中值/均值滤波，线性校准公式转实际电压/电流值
09
功率计算基础
有功、无功、视在功率公式，MCU浮点运算实现
10
电能累积算法
积分法计算电能，累加器溢出与掉电保存处理
11
UART串口通信
配置USART，MCU与PC数据收发，打印调试信息
12
通信协议设计
应用层协议 (帧头/数据域/校验和)，保证可靠性
13
I2C总线与外部存储
I2C协议，EEPROM (AT24C02) 存储校准参数与电能数据
14
SPI总线与显示模块
SPI协议驱动OLED/LCD，实时显示电压电流功率
15
按键输入与菜单交互
GPIO外部中断检测按键，菜单系统切换/设置参数
16
实时时钟 (RTC) 模块
内部RTC或DS3231，获取时间戳，数据打标签
17
低功耗设计策略
睡眠/停机模式，RTC唤醒，优化外设时钟延长续航
18
FreeRTOS任务管理
移植FreeRTOS，创建采集/显示/通信任务，信号量同步
19
队列与任务间通信
FreeRTOS队列传递ADC数据，避免全局变量冲突
20
Wi-Fi模块接入 (ESP8266)
AT指令控制ESP8266，TCP连接上传数据到局域网
21
MQTT协议基础
发布/订阅模型，MCU实现MQTT客户端上报云平台
22
云平台数据可视化
阿里云IoT / 腾讯云IoT，仪表盘展示实时数据
23
本地数据存储与管理
SD卡 (FATFS) 存储历史数据，CSV格式导出
24
Bootloader与固件升级
编写Bootloader，UART/Wi-Fi远程固件更新
25
系统联调与测试
整合模块，长时间运行测试，验证准确性与稳定性
26
故障诊断与异常处理
传感器断线、通信超时检测，自动复位与报警
27
电磁兼容性 (EMC) 考虑
PCB布局布线，去耦电容/磁珠，减少采样噪声
28
产品化与外壳设计
散热、防水、安装，3D打印或开模外壳
29
项目文档与开源发布
编写README、原理图、BOM表，上传GitHub
30
课程总结与进阶方向
回顾项目，探讨边缘计算、AI预测性维护等进阶话题