За да се решат проблемите на високите разходи за поддръжка и ниското удобство за четене на традиционните електрически метри, беше разработена безжична интелигентна електромерна система, базирана на WiFi комуникация. Системата използва STM32 като контролер, приема вградения променлив ток\/ток модул за събиране на напрежението и токовите сигнали на захранващата мрежа и осъзнава предаването на електрическите енергийни данни чрез WiFi безжична трансмисия. В комбинация с OLED и APP, потребителите могат да наблюдават и управляват данни за напрежение, ток, сметки за електричество и електрическа енергия в реално време. Тестовете показват, че системата има точност на измерване от 0. 002%, а потребителите могат да запитват данните за захранване по всяко време, което има добра практичност и експлоатация.
Ключови думи: wifi; умен метър; STM32; Oled; Приложение
Съдържание
2.2 Дизайн на веригата на контролера STM32
2.3 Проектиране на променливотоковото напрежение\/веригата за откриване на ток
2.5 Дизайн на безжична трансмисионна верига
3. Дизайн на системния софтуер
4. Системен софтуер и хардуер за отстраняване на грешки
4.1 Системен софтуер за отстраняване на грешки
4.2 Системен хардуер за отстраняване на грешки
4.3 Демонстрация на обща функция на системата
1. Общ дизайн на системата
С трансформацията на енергийната структура и бързото развитие на интелигентната мрежа, интелигентните измервателни уреди, като ключови компоненти в съвременните енергийни системи, могат не само да реализират точно измерване на мощността, но и да интегрират отдалечен мониторинг, предаване на данни, управление на енергията и други функции. Те постепенно заместват традиционните механични или електронни измервателни уреди, осигурявайки силна подкрепа за интелигентното управление и оптимизирането на енергийните системи. Понастоящем интелигентните измервателни уреди въз основа на микроконтролери са се превърнали в изследователска гореща точка. Комбиниране 32- бит DSP и ARM технология, реализиране на данни за напрежение, съхранение и визуализация в реално време. EM773 се комбинира с безжичен пренос на чип NRF24L01, а данните се предават ефективно на хост компютъра чрез технологията CAN за реализиране на мониторинг в реално време, събиране на данни и дългосрочно съхранение на напрежение. В допълнение, сензорите за оптични влакна, цифрови-аналогов преобразуващ чипове AD7606 и волткалните модули се използват широко при събирането на данни за напрежението. Например, автоматичното събиране на информация за потреблението на електроенергия в реално време се реализира чрез комбиниране на терминала за събиране и технология за предаване на GPRS. Система за събиране на информация и мониторинг на мощността с функция за самодиагностика е проектирана да реализира богати онлайн функции, но високата цена и прекалено централизирания метод за внедряване ограничават промоцията и приложението му до известна степен. Zhejiang Reallin Electron Co., Ltd. комбинира ATT7022E енергийния чип с шлюза Lora, за да подобри надеждността на предаването и приемането на данни на електромера, но точността му на измерване все още трябва да бъде подобрена. Системата за придобиване на енергия, базирана на ARM, която комбинира комуникационната технология LORA и GPRS, подобрява точността на откриване, но големият брой точки на измерване води до намаляване на скоростта на зареждане на данни и ефективността в реално време на събиране на данни е трудно да се гарантира. Изследванията установяват, че настоящото изследователско поле на системите за придобиване на енергия все още е изправено пред много предизвикателства като лоша екологична адаптивност, сложен софтуер и хардуерна дизайн и висока цена. Следователно, този документ проектира безжична система за интелигентни измервателни уреди, базирана на WiFi комуникация, която използва главно модули за напрежение и ток за точно събиране на сигнали за напрежение и ток, реализира ефективно предаване на данни чрез WiFi и проектира приложение за мобилни телефони, за да може потребителите да преглеждат и управляват напрежение, текущи, сметки за електричество и използване на енергия.
Системата се състои главно от три части: събиране на данни, предаване на данни и показване на данни. Общата дизайнерска рамка е показана на фигура 1. Частта за събиране на данни използва вградения A\/D конвертор на STM32 за получаване на напрежение в реално време и текущи данни; Частта за комуникация на данни използва модула ESP8266 за реализиране на предаване на безжични данни; Частта за показване на данни комбинира OLED и APP за интуитивно показване и заявка на напрежение в реално време, ток, мощност и друга информация.
2 Системен хардуерен дизайн
2.1 Общ дизайн на системната верига
С оглед на предимствата на STM32, като малък размер на пакета, бърза работа и ниска консумация на енергия, системата е съставена от STM32 като основен контролер, комбиниран с променлив ток\/модул за откриване на ток, OLED дисплей и WiFi модул и др. Общата хардуерна верига е показана на фигура 2. Контролерът STM32 преобразува събраното напрежение в реално време и ток в мощност в реално време, натрупана електрическа енергия Q и натрупана цена на електроенергията V. Модулът ESP8266 ефективно преобразува придобитите данни в сигнали за безжични мрежи през серийния порт, а данните в реално време могат да бъдат отдалечено гледани и безжично контролирани през мобилния телефон.
Фигура 2 Обща хардуерна верига на системата
2.2 Дизайн на веригата на контролера STM32
Срихът на контролера STM32 се състои главно от верига за нулиране, кристална осцилаторна верига и STM32, както е показано на фигура 3.
Фигура 3 STM32 Контролер верига
2.3 Проектиране на променливо напрежение\/верига за откриване на ток
Схемата за откриване на променлив ток\/ток е показана на фигура 4. След събиране на сигнала за аналогов ток\/напрежение на мрежата, тя може да бъде преобразувана в напрежение и цифрови сигнали на ток през A\/D. Схемата интегрира два A\/D цифрово-аналогови преобразуватели и ядро за измерване на енергия. Енергийното измерване на ядрото включва две части: веригата за трансформатор на променливотоково напрежение и веригата на трансформатора на променлив ток. Дизайнът на схемата на променливотоковото напрежение е показан на фигура 5. Променливотоковото напрежение в измерената верига генерира малък променлив сигнал за напрежение през трансформатора на напрежението. Контролерът STM32 може да завърши аналогово-цифровата конверсия на DC сигнала. Следователно, откритият малък сигнал за променлив ток се отстранява и филтрира, преди да бъде изпратен до контролера STM32, за да завърши придобиването на сигнала на напрежението. Трансформаторът на напрежението използва TV 1005-1 m, който се предава на аналоговия към-цифров вход на STM32 след коригиране и филтриране за аналогово-цифрово преобразуване. Схемата за трансформатор на ток на променлив ток е показана на фигура 6. Трансформаторът на променлив ток използва TA 1005-1 m, за да реализира текущото придобиване на сигнала. Намотката T2 пропорционално намалява напрежението на портовете на електрическата мрежа, а диод D2 коригира и филтрира отрицателния електрически сигнал на полуоси. Аналоговата стойност на вторичния ток се изчислява съгласно закона на Ом и стойността на вторичния ток се умножава по пропорционалния коефициент на мащабиране, за да се получи стойността на тока в реално време, която трябва да бъде измерена. Останалата част от процеса е същата като придобиването на напрежение.
Фигура 4 Променливо напрежение и верига за откриване на ток
Фигура 5 Схема на трансформатор на променливо напрежение
Фигура 6 Схема на трансформатор на ток на променлив ток
2.4 Дизайн на дисплей OLED
Системата използва четири-пинов OLED дисплей като дисплей, който има характеристики на ниско задвижващо напрежение и ниска консумация на енергия. STM32 изпраща инструкции и данни до OLED дисплея през SPI шината, за да контролира съдържанието на дисплея. Дизайнът на веригата е показан на фигура 7.
2.5 Дизайн на безжична трансмисионна верига
Системата използва WiFi _ ESP8266 за реализиране на безжична комуникация на данни. Като цялостно и самостоятелно решение за Wi-Fi мрежова мрежа, ESP8266 може да работи в режими на мека, станция и мека\/станция [18-19]. Дизайнът на веригата е показан на фигура 8. Пин P4 (TXD) на модула ESP8266 е свързан към микроконтролер PIN P, PIN P8 (RXD) е свързан към микроконтролер PIN P9, PIN P се заземява, PINS P5 и P7 са свързани към захранването, а Pins P2, P3 и P6 се претоварват.
3. Софтуерен дизайн на системата
След като общият софтуер на системата се захранва и инициализира, модулът за придобиване на променлив ток от променлив ток чете средното напрежение в реално време и средните стойности на тока; Контролният модул STM32 анализира и обработва получените данни, изчислява мощността в реално време и натрупаната мощност Q и прави преценка за претоварване на натрупаната мощност. Ако системата за претоварване е изключена, алармата на зумера се активира едновременно. В противен случай данните се предават синхронно на модула OLED дисплей и приложението за мобилен телефон.
4. Системен софтуер и хардуер за отстраняване на грешки
4.1 Системен софтуер за отстраняване на грешки
Системата използва Keil4 за отстраняване на грешки в софтуера, за да провери за грешки в програмната логика, функция и компилация. Напишете програмата според изискванията, установете проект за компилиране и стартиране на програмата, а програмата автоматично генерира шестнадесетичен файл с правилен суфикс. Използвайте инструмента за отстраняване на грешки в серийния порт SSCOM, за да свържете софтуера и хардуера и да го изтеглите.
4.2 Системен хардуер за отстраняване на грешки
Извършете динамично отстраняване на грешки на системата, за да откриете и решавате проблеми като студено запояване, изтичане на запояване, късо съединение, отворена верига и аномалия на сигнала в хардуерната верига. Резултатите за отстраняване на грешки са показани на фигура 11.
4.3 Демонстрация на общите системни функции
За да се провери дизайнът, софтуерът и хардуерното съвместно отстраняване на грешки бяха извършени и резултатите от тестовете за натоварване са показани на фигура 12. Когато системата е свързана с натоварването и тестът започва, OLED показва, че мощността в реално време P е 52W, натрупаната мощност Q е 0. 24389kw\/h, в реално време такса за електроенергия е {{6}. е свързан и електромерът е в нормално работно състояние. Резултатите показват, че точността на измерване на системата достига 0. 002%.
Съответното приложение за мобилни телефони е разработено, за да реализира предаването и визуализацията на данните в реално време и да подобри потребителското изживяване. Той може да показва ключова информация като данни за напрежение, ток, енергия, електричество и електричество, така че потребителите да могат напълно да разберат потреблението на електроенергия. В същото време два виртуални бутона за свързване на Wi-Fi и стартиране на системата са конфигурирани на интерфейса за реализиране на функцията за дистанционно управление на интелигентния метър.
Интелигентният метър, проектиран с STM32, HLE8 0 12 и WiFi модул, има характеристиките на висока точност, ниска консумация на мощност и отчитане на безжични измервателни уреди. Интелигентният метър, проектиран с RS485 модул и Zigbee безжична комуникационна технология, реализира двупосочна комуникация в реално време, като същевременно ефективно намалява разходите за комуникация. Интелигентният метър, проектиран с STM32, SI4463 безжичен приемо -предавател и GSM модул, може автоматично да записва сметки за електричество и да поддържа отдалечените запитвания на потребителите. За разлика от тях, интелигентният метър, проектиран в този дизайн, има висока точност на измерване, до 0,002%и осъществява ниска цена, отчитане на безжични измервателни уреди, записване на сметки за електричество и функции за запитване на потребителите. В същото време той има проста структура на веригата, всеобхватни функции и силна практичност и оперативност.
5 Заключение
За да се реши проблема с високите разходи за поддръжка на традиционния дизайн на електрически измервателни уреди, Zhejiang Reallin Electron Co., Ltd. проектира безжична система за интелигентни електрически измервателни уреди, базирана на WiFi комуникация. Въз основа на контролния модул STM32, системата използва променливо напрежение\/ток модул, за да реализира събиране в реално време, обработка и предаване на данни за електрическа енергия, а също така може да покаже данните за напрежението, тока, тока, тока и електричеството в реално време. В комбинация с функцията за четене на безжични измервателни уреди на системния WiFi комуникационен модул, потребителите могат да преглеждат дистанционно захранване и контрол чрез приложението за мобилни телефони, да реализират проследяване в реално време и точно показване на мощност, значително да подобрят потребителското изживяване и да подобрят нивото на разузнаването и удобството за работа на системата. Системата има проста структура на схемата, цялостни функции, силна практичност и експлоатация и широки перспективи на пазара на приложения.