Untuk menyelesaikan masalah kos penyelenggaraan yang tinggi dan kemudahan yang rendah membaca meter elektrik tradisional, sistem meter elektrik pintar tanpa wayar berdasarkan komunikasi WiFi telah dibangunkan. Sistem ini menggunakan STM32 sebagai pengawal, mengamalkan modul voltan\/arus AC terbina dalam untuk mengumpul voltan dan isyarat semasa grid kuasa, dan menyedari penghantaran data tenaga elektrik melalui penghantaran wayarles wifi. Digabungkan dengan OLED dan APP, pengguna boleh memantau dan mengurus voltan, semasa, bil elektrik dan data tenaga elektrik dalam masa nyata. Ujian menunjukkan bahawa sistem mempunyai ketepatan pengukuran 0. 002%, dan pengguna boleh menanyakan data kuasa pada bila -bila masa, yang mempunyai praktikal dan kebolehlaksanaan yang baik.
Kata kunci: wifi; meter pintar; STM32; OLED; App
Kandungan
1. Reka bentuk keseluruhan sistem
2. Reka bentuk perkakasan sistem
2.1 Sistem Reka Bentuk Litar Keseluruhan
2.2 STM32 Reka Bentuk Litar Pengawal
Reka bentuk litar voltan\/pengesanan semasa AC
2.4 Reka Bentuk Litar Paparan OLED
2.5 Reka bentuk litar penghantaran tanpa wayar
3. Reka bentuk perisian sistem
4. Perisian sistem dan debugging perkakasan
4.2 Debugging Perkakasan Sistem
4.3 Demonstrasi Fungsi Keseluruhan Sistem
1. Reka bentuk keseluruhan sistem
Dengan transformasi struktur tenaga dan perkembangan pesat grid pintar, meter pintar, sebagai komponen utama dalam sistem kuasa moden, bukan sahaja dapat merealisasikan pengukuran kuasa yang tepat, tetapi juga mengintegrasikan pemantauan jauh, penghantaran data, pengurusan tenaga dan fungsi lain. Mereka secara beransur -ansur menggantikan meter mekanikal atau elektronik tradisional, memberikan sokongan yang kuat untuk pengurusan pintar dan pengoptimuman sistem kuasa. Pada masa ini, meter pintar berdasarkan mikrokontroler telah menjadi hotspot penyelidikan. Menggabungkan 32- bit DSP dan teknologi ARM, pengambilalihan data voltan, penyimpanan dan visualisasi masa nyata direalisasikan. EM773 digabungkan dengan cip penghantaran tanpa wayar NRF24L01, dan data secara efisien dihantar ke komputer tuan rumah melalui teknologi bas CAN untuk merealisasikan pemantauan masa nyata, pemerolehan data dan penyimpanan voltan jangka panjang. Di samping itu, sensor serat optik, cip penukaran digital-ke-analog AD7606 dan modul voltkal digunakan secara meluas dalam pengumpulan data voltan. Sebagai contoh, pengumpulan maklumat penggunaan elektrik pengguna secara automatik direalisasikan dengan menggabungkan teknologi transmisi terminal dan GPRS pengumpulan. Sistem pengumpulan dan pemantauan maklumat kuasa dengan fungsi diagnosis diri direka untuk merealisasikan fungsi dalam talian yang kaya, tetapi kaedah penempatan yang tinggi dan terlalu berpusat mengehadkan promosi dan aplikasinya. Zhejiang Reallin Electron Co., Ltd. menggabungkan cip pemeteran tenaga ATT7022E dengan LORA Gateway untuk meningkatkan kebolehpercayaan penghantaran data meter dan penerimaan, tetapi ketepatan pengukurannya masih perlu diperbaiki lagi. Sistem pengambilalihan tenaga berasaskan ARM yang menggabungkan teknologi komunikasi LORA dan GPRS meningkatkan ketepatan pengesanan, tetapi sejumlah besar titik pengukuran membawa kepada penurunan kelajuan pemuatan data dan prestasi masa nyata pengambilalihan data sukar untuk menjamin. Penyelidikan telah mendapati bahawa bidang penyelidikan semasa sistem pengambilalihan tenaga masih menghadapi banyak cabaran seperti penyesuaian alam sekitar yang lemah, perisian kompleks dan reka bentuk perkakasan, dan kos yang tinggi. Oleh itu, makalah ini merekabentuk sistem meter pintar tanpa wayar berdasarkan komunikasi WiFi, yang terutamanya menggunakan modul voltan dan semasa untuk mengumpul secara tepat voltan dan isyarat semasa, menyedari penghantaran data yang cekap melalui WiFi, dan mereka bentuk aplikasi telefon bimbit untuk pengguna untuk melihat dan menguruskan voltan, semasa, bil elektrik dan penggunaan tenaga.
Sistem ini terutamanya terdiri daripada tiga bahagian: pemerolehan data, penghantaran data dan paparan data. Rangka kerja reka bentuk keseluruhan ditunjukkan dalam Rajah 1. Bahagian pemerolehan data menggunakan penukar A\/D terbina dalam STM32 untuk mendapatkan data voltan dan semasa masa nyata; Bahagian komunikasi data menggunakan modul ESP8266 untuk merealisasikan penghantaran data tanpa wayar; Bahagian Paparan Data menggabungkan OLED dan APP untuk memaparkan secara intuitif dan menanyakan voltan masa nyata, semasa, kuasa dan maklumat lain.
2 Reka Bentuk Perkakasan Sistem
2.1 Reka bentuk litar sistem keseluruhan
Memandangkan kelebihan STM32 seperti saiz pakej kecil, operasi cepat dan penggunaan kuasa yang rendah, sistem ini terdiri daripada STM32 sebagai pengawal teras, digabungkan dengan modul pengesanan voltan\/semasa, paparan OLED dan modul WiFi, dan lain -lain. Litar perkakasan keseluruhan ditunjukkan dalam Rajah 2. Pengawal STM32 menukarkan voltan masa nyata dan arus yang dikumpulkan ke dalam kuasa masa nyata P, tenaga elektrik yang terkumpul Q dan harga elektrik terkumpul V. Modul ESP8266 dengan cekap menukarkan data yang diperolehi ke dalam isyarat data rangkaian tanpa wayar melalui port siri, dan data masa nyata meter boleh dipandang secara jarak jauh dan dikawal secara jarak jauh.
Rajah 2 litar perkakasan keseluruhan sistem
2.2 STM32 Reka Bentuk Litar Pengawal
Litar pengawal STM32 terutamanya terdiri daripada litar semula, litar pengayun kristal, dan STM32, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3.
Rajah 3 litar pengawal STM32
2.3 Reka Bentuk Voltan AC\/Litar Pengesanan Semasa
Litar pengesanan voltan\/arus AC ditunjukkan dalam Rajah 4. Selepas mengumpul isyarat arus\/voltan analog dari sesalur, ia boleh ditukar menjadi isyarat digital voltan dan semasa melalui A\/D. Litar mengintegrasikan dua penukar digital-ke-analog A\/D dan teras pemeteran tenaga. Inti pemeteran tenaga termasuk dua bahagian: litar pengubah voltan AC dan litar pengubah semasa AC. Reka bentuk litar pengubah voltan AC ditunjukkan dalam Rajah 5. Voltan AC dalam litar yang diukur menghasilkan isyarat AC voltan kecil melalui pengubah voltan. Pengawal STM32 boleh melengkapkan penukaran analog-ke-digital isyarat DC. Oleh itu, isyarat kecil AC yang dikesan diperbetulkan dan ditapis sebelum dihantar ke pengawal STM32 untuk menyelesaikan pengambilalihan isyarat voltan. Transformer voltan menggunakan TV 1005-1 m, yang dihantar ke port input analog-ke-digital STM32 selepas pembetulan dan penapisan untuk penukaran analog-ke-digital. Litar pengubah semasa AC ditunjukkan dalam Rajah 6. Pengubah semasa AC menggunakan TA 1005-1 m untuk merealisasikan pengambilalihan isyarat semasa. Penggulungan T2 secara proporsional mengurangkan voltan port rangkaian elektrik, dan diod D2 membetulkan dan menapis isyarat elektrik separuh paksi negatif. Nilai analog arus sekunder dikira mengikut undang-undang OHM, dan nilai semasa sekunder didarabkan oleh faktor skala yang berkadar untuk mendapatkan nilai semasa masa nyata untuk diukur. Selebihnya prosesnya adalah sama dengan pengambilalihan voltan.
Rajah 4 AC Voltan dan Litar Pengesanan Semasa
Rajah 5 Litar pengubah voltan AC
Rajah 6 Litar Pengubah Semasa AC
2.4 Reka Bentuk Litar Paparan OLED
Sistem ini menggunakan paparan OLED empat pin sebagai peranti paparan, yang mempunyai ciri-ciri voltan memandu yang rendah dan penggunaan tenaga yang rendah. STM32 menghantar arahan dan data ke paparan OLED melalui bas SPI untuk mengawal kandungan paparan. Reka bentuk litar ditunjukkan dalam Rajah 7.
2.5 Reka bentuk litar penghantaran tanpa wayar
Sistem ini menggunakan modul WiFi _ ESP8266 untuk merealisasikan komunikasi data tanpa wayar. Sebagai penyelesaian rangkaian Wi-Fi yang lengkap dan serba lengkap, ESP8266 boleh berfungsi dalam mod softap, stesen dan softap\/stesen [18-19]. Reka bentuk litar ditunjukkan dalam Rajah 8.
3. Reka Bentuk Perisian Sistem
Selepas perisian keseluruhan sistem dikuasakan dan dimulakan, modul pengambilalihan voltan\/semasa AC membaca voltan purata masa nyata dan nilai semasa purata; Modul kawalan STM32 dan memproses data yang diterima, mengira kuasa masa nyata P dan kuasa terkumpul Q, dan membuat penghakiman yang berlebihan pada kuasa terkumpul. Sekiranya sistem beban dimatikan, penggera buzzer diaktifkan pada masa yang sama. Jika tidak, data itu disebarkan secara serentak ke modul paparan OLED dan aplikasi telefon bimbit.
4. Perisian sistem dan debugging perkakasan
4.1 Debugging Perisian Sistem
Sistem ini menggunakan Keil4 untuk debugging perisian untuk memeriksa kesilapan dalam logik, fungsi, dan kompilasi program. Tulis program mengikut keperluan, buat projek untuk menyusun dan menjalankan program, dan program ini secara automatik menghasilkan fail hex dengan akhiran yang betul. Gunakan SSCOM Tool Debugging Port Serial untuk menyambungkan perisian dan perkakasan dan muat turunnya.
4.2 Debugging Perkakasan Sistem
Lakukan debugging dinamik sistem untuk mengesan dan menyelesaikan masalah seperti pematerian sejuk, pematerian bocor, litar pintas, litar terbuka, dan kelainan isyarat dalam litar perkakasan. Hasil debugging ditunjukkan dalam Rajah 11.
4.3 Demonstrasi fungsi sistem keseluruhan
Untuk mengesahkan reka bentuk, perisian dan debugging bersama perkakasan telah dijalankan, dan keputusan ujian beban ditunjukkan dalam Rajah 12. Apabila sistem disambungkan ke beban dan ujian bermula, OLED menunjukkan bahawa kuasa masa nyata p adalah 52W, kuasa {3}. Relay disambungkan dan meter berada dalam keadaan kerja biasa. Keputusan menunjukkan bahawa ketepatan pengukuran sistem mencapai 0. 002%.
Apl telefon bimbit yang sepadan dibangunkan untuk merealisasikan penghantaran masa nyata dan visualisasi data, dan meningkatkan pengalaman pengguna. Ia boleh memaparkan maklumat utama seperti data voltan, semasa, kuasa, elektrik dan elektrik, supaya pengguna dapat memahami sepenuhnya penggunaan elektrik. Pada masa yang sama, dua butang maya untuk menghubungkan Wi-Fi dan memulakan sistem dikonfigurasikan pada antara muka untuk merealisasikan fungsi kawalan jauh meter pintar.
Meter pintar yang direka dengan STM32, HLE8 0 12 dan modul WiFi mempunyai ciri -ciri ketepatan yang tinggi, penggunaan kuasa rendah dan bacaan meter tanpa wayar. Meter pintar yang direka dengan modul RS485 dan teknologi komunikasi tanpa wayar Zigbee menyedari komunikasi dua hala masa nyata sambil mengurangkan kos komunikasi dengan berkesan. Meter pintar yang direka dengan STM32, SI4463 Transceiver tanpa wayar dan modul GSM secara automatik boleh merakam bil elektrik dan menyokong pertanyaan jauh pengguna. Sebaliknya, meter pintar yang direka dalam reka bentuk ini mempunyai ketepatan pengukuran yang tinggi, sehingga 0.002%, dan menyedari kos rendah, bacaan meter tanpa wayar, rakaman bil elektrik dan fungsi pertanyaan pengguna. Pada masa yang sama, ia mempunyai struktur litar mudah, fungsi komprehensif, dan kepraktisan dan kebolehlaksanaan yang kuat.
5 Kesimpulan
Untuk menyelesaikan masalah kos penyelenggaraan yang tinggi bagi reka bentuk meter elektrik tradisional, Zhejiang Reallin Electron Co., Ltd. merancang sistem meter elektrik pintar tanpa wayar berdasarkan komunikasi WiFi. Berdasarkan modul kawalan STM32, sistem menggunakan modul voltan\/semasa AC untuk merealisasikan pengumpulan masa nyata, pemprosesan dan penghantaran data tenaga elektrik, dan juga boleh memaparkan data voltan, semasa, kuasa dan biaya elektrik dalam masa nyata. Digabungkan dengan fungsi bacaan meter tanpa wayar dari modul komunikasi WiFi sistem, pengguna dapat melihat data kuasa dan mengawal secara jauh melalui aplikasi telefon bimbit, merealisasikan pengesanan masa nyata dan paparan kuasa yang tepat, meningkatkan pengalaman pengguna dengan ketara, dan meningkatkan tahap kecerdasan dan kemudahan operasi sistem. Sistem ini mempunyai struktur litar mudah, fungsi komprehensif, kepraktisan dan kebolehlaksanaan yang kuat, dan prospek pasaran aplikasi yang luas.