Om de problemen van hoge onderhoudskosten en het lage gemak van het lezen van traditionele elektrische meters op te lossen, werd een draadloos slim elektrisch meterysteem op basis van wifi -communicatie ontwikkeld. Het systeem gebruikt STM32 als de controller, neemt de ingebouwde AC-spanning\/stroommodule aan om de spanning- en stroomsignalen van het vermogensnet te verzamelen en realiseert de transmissie van elektrische energiegegevens via wifi draadloze transmissie. Gecombineerd met OLED en APP kunnen gebruikers spanning-, stroom-, elektriciteitsrekening en elektrische energiegegevens in realtime controleren en beheren. Tests tonen aan dat het systeem een meetnauwkeurigheid heeft van 0. 002%, en gebruikers kunnen op elk gewenst moment de stroomgegevens opvragen, die een goede bruikbaarheid en werking hebben.
Sleutelwoorden: wifi; slimme meter; STM32; OLED; App
Inhoud
2.1 Algemeen circuitontwerp van het systeem
2.2 STM32 Controller -circuitontwerp
2.3 AC -spanning\/stroomdetectiecircuitontwerp
2.4 OLED Display Circuit Design
2.5 Draadloos transmissiecircuitontwerp
4. Systeemsoftware en hardware -foutopsporing
4.1 Debuggen van systeemsoftware
4.3 Systeem Algemene functie Demonstratie
1. Systeem Algemeen ontwerp
Met de transformatie van de energiestructuur en de snelle ontwikkeling van Smart Grid, kunnen slimme meters, als belangrijke componenten in moderne energiesystemen, niet alleen een nauwkeurige energiemeting realiseren, maar ook integreren van monitoring van externe, gegevensoverdracht, energiebeheer en andere functies. Ze vervangen geleidelijk traditionele mechanische of elektronische meters en bieden sterke ondersteuning voor het intelligente beheer en de optimalisatie van energiesystemen. Momenteel zijn slimme meters op basis van microcontrollers een onderzoekshotspot geworden. Het combineren van 32- bit DSP en ARM-technologie, spanningsgegevensverwerving, opslag en realtime visualisatie worden gerealiseerd. EM773 wordt gecombineerd met draadloze transmissie-chip NRF24L01 en gegevens worden efficiënt verzonden naar de hostcomputer via CAN-bustechnologie om realtime monitoring, data-acquisitie en langetermijnopslag van spanning te realiseren. Bovendien worden optische vezelsensoren, digitale-naar-analoge conversiechips AD7606 en voltCal-modules veel gebruikt bij het verzamelen van spanningsgegevens. De realtime automatische verzameling van gebruikersinformatie van gebruikers wordt bijvoorbeeld gerealiseerd door de collectieterminal- en GPRS-transmissietechnologie te combineren. Een stroominformatie-verzameling en monitoringsysteem met zelfdiagnosefunctie is ontworpen om rijke online functies te realiseren, maar de hoge kosten en overdreven gecentraliseerde implementatiemethode beperken de promotie en applicatie tot op zekere hoogte. Zhejiang Reallin Electron Co., Ltd. combineert de ATT7022E Energy Meetschip met de LORA -gateway om de betrouwbaarheid van de Meter Data Transmission and Reception te verbeteren, maar de meetnauwkeurigheid moet nog verder worden verbeterd. Het ARM-gebaseerde energie-acquisitiesysteem dat Lora- en GPRS-communicatietechnologie combineert, verbetert de nauwkeurigheid van de detectie, maar het grote aantal meetpunten leidt tot een afname van de snelheid van gegevensbelasting en de realtime prestaties van data-acquisitie is moeilijk te garanderen. Uit onderzoek is gebleken dat het huidige onderzoeksveld van energie -acquisitiesystemen nog steeds voor veel uitdagingen staat, zoals slecht aanpassingsvermogen van het milieu, complexe software en hardwareontwerp en hoge kosten. Daarom ontwerpt dit artikel een draadloos slimme metersysteem op basis van WIFI -communicatie, die voornamelijk spanning en huidige modules gebruikt om spanning en huidige signalen nauwkeurig te verzamelen, een efficiënte gegevensoverdracht te verzamelen, en ontwerpt een app voor mobiele telefoons voor gebruikers om op afstand spanning, huidige, elektriciteitsrekening en energieverbruik te beheren.
Het systeem bestaat voornamelijk uit drie delen: data -acquisitie, gegevensoverdracht en gegevensweergave. Het algemene ontwerpraamwerk wordt weergegeven in figuur 1. Het data-acquisitiegedeelte gebruikt de ingebouwde A\/D-converter van STM32 om realtime spanning en huidige gegevens te verkrijgen; Het gegevenscommunicatiegedeelte maakt gebruik van de ESP8266 -module om draadloze gegevensoverdracht te realiseren; Het deel van de gegevensweergave combineert OLED en APP om intuïtief real-time spanning, stroom, stroom en andere informatie weer te geven en op te vragen.
2 Systeemhardwareontwerp
2.1 Algemeen systeemcircuitontwerp
Gezien de voordelen van STM32 zoals kleine pakketgrootte, snelle werking en laag stroomverbruik, bestaat het systeem uit STM32 als de kerncontroller, gecombineerd met AC -spanning\/stroomdetectiemodule, OLED -display en WiFi -module, enz. De STM32-controller zet de verzamelde realtime spanning en stroom om in realtime vermogen P, geaccumuleerde elektrische energie Q en geaccumuleerde elektriciteitsprijs V. De ESP8266-module converteert de verkregen gegevens efficiënt in draadloze netwerkgegevenssignalen via de seriële poort en de realtime gegevens van de meter kunnen op afstand worden bekeken en draadloos worden gecontroleerd door de mobiele telefoon-app.
Figuur 2 Algemeen hardwarecircuit van het systeem
2.2 STM32 Controller -circuitontwerp
Het STM32 -controllercircuit bestaat voornamelijk uit een resetcircuit, een kristaloscillatorcircuit en STM32, zoals weergegeven in figuur 3.
Figuur 3 STM32 -controllercircuit
2.3 Ontwerp van AC -spanning\/stroomdetectiecircuit
Het AC -spanning\/stroomdetectiecircuit wordt getoond in figuur 4. Na het verzamelen van het analoge stroom\/spanningssignaal van de netwerk kan het worden omgezet in spanning en huidige digitale signalen via A\/D. Het circuit integreert twee A\/D digitaal-naar-analoog converters en een energiemeter-kern. De kern van de energiemeting omvat twee delen: het AC -spanningstransformatorcircuit en het AC -stroomtransformatorcircuit. Het ontwerp van het AC -spanningstransformatorcircuit wordt getoond in figuur 5. De AC -spanning in het gemeten circuit genereert een klein spanning AC -signaal door de spanningstransformator. De STM32-controller kan de analoog naar digitale conversie van het DC-signaal voltooien. Daarom wordt het gedetecteerde AC -kleine signaal verholpen en gefilterd voordat het naar de STM32 -controller wordt verzonden om de acquisitie van de spanningssignaal te voltooien. De spanningstransformator maakt gebruik van tv 1005-1 m, die wordt verzonden naar de analoog-naar-digitale ingangspoort van de STM32 na rectificatie en filtering voor analoog-naar-digitale conversie. Het AC -stroomtransformatorcircuit wordt getoond in figuur 6. De AC -stroomtransformator gebruikt Ta 1005-1 M om de huidige signaalverwerving te realiseren. De wikkelende T2 vermindert proportioneel de spanning van de elektrische netwerkpoort, en de diode D2 richt en filtert het negatieve halve as elektrische signaal. De analoge waarde van de secundaire stroom wordt berekend volgens de wet van OHM en de secundaire stroomwaarde wordt vermenigvuldigd met de proportionele schaalfactor om de te gemeten realtime stroomwaarde te verkrijgen. De rest van het proces is hetzelfde als spanningsverwerving.
Figuur 4 AC -spanning en stroomdetectiecircuit
Figuur 5 Ac -spanningstransformatorcircuit
Figuur 6 AC stroomtransformatorcircuit
2.4 OLED Display Circuit Design
Het systeem gebruikt een OLED-display van vier pins als het display-apparaat, dat de kenmerken heeft van een laag rijspanning en een laag energieverbruik. STM32 verzendt instructies en gegevens naar het OLED -scherm via de SPI -bus om de weergave -inhoud te bedienen. Het circuitontwerp wordt getoond in figuur 7.
2.5 Draadloos transmissiecircuitontwerp
Het systeem gebruikt de wifi _ ESP8266 -module om draadloze communicatie van gegevens te realiseren. Als een complete en zelfstandige Wi-Fi-netwerkoplossing kan ESP8266 werken in Softap-, Station- en Softap\/Station-modi [18-19]. Het circuitontwerp wordt getoond in figuur 8. Pin P4 (TXD) van de ESP8266 -module is verbonden met de microcontroller -pin P, Pin P8 (RXD) is verbonden met de microcontroller -pin P9, Pin P is geaard, pins P5 en P7 zijn verbonden met de voeding en pins P2, P2, P3 en P6 worden niet gelost.
3. Systeemsoftwareontwerp
Nadat de algehele software van het systeem is ingeschakeld en geïnitialiseerd, leest de AC-spanning\/huidige acquisitiemodule de realtime gemiddelde spanning en gemiddelde stroomwaarden; De STM32-besturingsmodule parseert en verwerkt de ontvangen gegevens, berekent de realtime vermogen P en de geaccumuleerde stroom Q en geeft een overbelasting over de geaccumuleerde kracht. Als het overbelastingssysteem wordt uitgeschakeld, wordt het zoemeralarm tegelijkertijd geactiveerd. Anders worden de gegevens synchroon verzonden naar de OLED -display -module en de mobiele telefoon -app.
4. Systeemsoftware en hardware -foutopsporing
4.1 Debuggen van systeemsoftware
Het systeem gebruikt KEIL4 voor software -foutopsporing om te controleren op fouten in programmalogica, functie en compilatie. Schrijf het programma op basis van de vereisten, stel een project op om het programma te compileren en uit te voeren en het programma genereert automatisch een hex -bestand met een correct achtervoegsel. Gebruik de seriële poort debugging tool SSCOM om de software en hardware aan te sluiten en te downloaden.
4.2 Systeemhardware debuggen
Voer dynamische foutopsporing van het systeem uit om problemen te detecteren en op te lossen, zoals koud solderen, lekkende solderen, kortsluiting, open circuit en signaalafwijking in het hardwarecircuit. De foutopsporingsresultaten worden getoond in figuur 11.
4.3 Demonstratie van algemene systeemfuncties
In order to verify the design, software and hardware joint debugging was carried out, and the load test results are shown in Figure 12. When the system is connected to the load and the test begins, the OLED shows that the real-time power P is 52W, the accumulated power Q is 0.24389kW\/h, the real-time electricity fee V is 0.12 yuan, and Running means that the relay is verbonden en de meter is in normale werkconditie. De resultaten laten zien dat de nauwkeurigheid van het systeemmeting 0 bereikt. 002%.
De bijbehorende app voor mobiele telefoons is ontwikkeld om de realtime transmissie en visualisatie van gegevens te realiseren en de gebruikerservaring te verbeteren. Het kan belangrijke informatie weergeven zoals spanning, stroom, stroom, elektriciteits- en elektriciteitsrekeninggegevens, zodat gebruikers het elektriciteitsverbruik volledig kunnen begrijpen. Tegelijkertijd zijn twee virtuele knoppen voor het aansluiten van Wi-Fi en het starten van het systeem geconfigureerd op de interface om de afstandsbedieningsfunctie van de slimme meter te realiseren.
De slimme meter ontworpen met STM32, Hle8 0 12 en WiFi -module heeft de kenmerken van hoge nauwkeurigheid, laag stroomverbruik en draadloze meter lezen. De slimme meter ontworpen met RS485-module en Zigbee Wireless Communication Technology realiseert realtime tweerichtingscommunicatie, terwijl de communicatiekosten effectief worden verlaagd. De slimme meter ontworpen met STM32, SI4463 draadloze transceiver en GSM -module kan automatisch elektriciteitsrekeningen opnemen en de externe vragen van gebruikers ondersteunen. De slimme meter die in dit ontwerp is ontworpen, heeft daarentegen een hoge meetnauwkeurigheid, tot 0,002%, en realiseert lage kosten, draadloze meter lezen, opname van elektriciteitsrekeningen en gebruikersonderzoeksfuncties. Tegelijkertijd heeft het een eenvoudige circuitstructuur, uitgebreide functies en sterke bruikbaarheid en werking.
5 Conclusie
Om het probleem van hoge onderhoudskosten van traditioneel elektrisch meterontwerp op te lossen, ontwierp Zhejiang Reallin Electron Co., Ltd. een draadloos slim elektrisch meterysteem op basis van WIFI -communicatie. Op basis van de STM32-besturingsmodule gebruikt het systeem AC-spanning\/stroommodule om realtime verzameling, verwerking en transmissie van elektrische energiegegevens te realiseren, en kan het ook de gegevens van het systeem, de stroom- en elektriciteitsgegevens van het systeem in realtime weergeven. Gecombineerd met de leesfunctie van de draadloze meter van de WiFi-communicatiemodule van het systeem, kunnen gebruikers op afstand stroomgegevens en controle bekijken via de mobiele telefoon-app, realtime tracking en nauwkeurige weergave van stroom realiseren, de gebruikerservaring aanzienlijk verbeteren en het intelligentieniveau en het gemak van de werking van het systeem aanzienlijk verbeteren. Het systeem heeft een eenvoudige circuitstructuur, uitgebreide functies, sterke praktische bruikbaarheid en werking van brede applicatiemarkt.