Pentru a rezolva problemele de costuri ridicate de întreținere și comoditate scăzută a citirii contoarelor electrice tradiționale, a fost dezvoltat un sistem de contor electric inteligent wireless bazat pe comunicarea WiFi. Sistemul folosește STM32 ca controler, adoptă modulul de tensiune de curent alternativ încorporat pentru a colecta tensiunea și semnalele de curent ale rețelei electrice și realizează transmiterea datelor de energie electrică prin transmisia wireless WiFi. Combinate cu OLED și App, utilizatorii pot monitoriza și gestiona datele de tensiune, curent, facturi de energie electrică și energie electrică în timp real. Testele arată că sistemul are o precizie de măsurare a lui 0. 002%, iar utilizatorii pot interoga datele de putere în orice moment, ceea ce are o bună practic și operabilitate.
Cuvinte cheie: WiFi; contor inteligent; STM32; OLED; Aplicație
Conţinut
1. Proiectarea generală a sistemului
2. Proiectare hardware a sistemului
2.1 Proiectarea generală a circuitului sistemului
2.2 STM32 Proiectarea circuitului controlerului
2.3 Tensiune AC\/Circuitul de detectare a curentului
2.4 Proiectare circuit de afișare OLED
2.5 Proiectarea circuitului de transmisie wireless
3. Proiectare software de sistem
4. Software de sistem și depanare hardware
4.1 Debugging software de sistem
4.2 Debugging hardware pentru sistem
4.3 Demonstrația generală a sistemului de sistem
1. Proiectarea generală a sistemului
Odată cu transformarea structurii energetice și dezvoltarea rapidă a rețelei inteligente, contoarele inteligente, ca componente cheie în sistemele de putere moderne, nu numai că pot realiza măsurarea exactă a puterii, dar și integrează monitorizarea la distanță, transmiterea datelor, gestionarea energiei și alte funcții. Acestea înlocuiesc treptat contoarele mecanice sau electronice tradiționale, oferind un sprijin puternic pentru gestionarea inteligentă și optimizarea sistemelor de alimentare. În prezent, contoarele inteligente bazate pe microcontrolere au devenit un hotspot de cercetare. Combinarea 32- Bit DSP și tehnologia ARM, achiziția de date de tensiune, stocarea și vizualizarea în timp real sunt realizate. EM773 este combinat cu cipul de transmisie fără fir NRF24L01, iar datele sunt transmise eficient computerului gazdă prin tehnologia CAN Bus pentru a realiza monitorizarea în timp real, achiziția de date și stocarea pe termen lung a tensiunii. În plus, senzorii de fibre optice, cipurile de conversie digitale-analogice AD7606 și modulele Voltcal sunt utilizate pe scară largă în colectarea datelor de tensiune. De exemplu, colectarea automată în timp real a informațiilor privind consumul de energie electrică pentru utilizatori este realizată prin combinarea terminalului de colectare și a tehnologiei de transmisie GPRS. Un sistem de colectare și monitorizare a informațiilor de putere cu funcție de auto-diagnostic este conceput pentru a realiza funcții online bogate, dar metoda de implementare cu costuri ridicate și excesiv centralizate limitează promovarea și aplicarea acesteia într-o anumită măsură. Zhejiang Reallin Electron Co., Ltd. combină cipul de contorizare a energiei ATT7022E cu Gateway Lora pentru a îmbunătăți fiabilitatea transmiterii și recepției datelor contorului, dar precizia de măsurare trebuie să fie în continuare îmbunătățită. Sistemul de achiziție de energie bazat pe ARM care combină tehnologia de comunicare Lora și GPRS îmbunătățește precizia detectării, dar numărul mare de puncte de măsurare duce la o scădere a vitezei de încărcare a datelor, iar performanța în timp real a achiziției de date este dificil de garantat. Cercetările au descoperit că domeniul actual de cercetare al sistemelor de achiziție de energie se confruntă în continuare cu multe provocări, cum ar fi adaptabilitatea slabă a mediului, software -ul complex și designul hardware și costurile ridicate. Prin urmare, această lucrare proiectează un sistem de contor inteligent wireless bazat pe comunicarea WiFi, care folosește în principal module de tensiune și curent pentru a colecta cu exactitate tensiunea și semnalele curente, realizează transmiterea eficientă a datelor prin WiFi și proiectează o aplicație de telefon mobil pentru utilizatori pentru a vizualiza și gestiona de la distanță și gestionarea tensiunii, a curentului electric și a utilizării energetice.
Sistemul constă în principal din trei părți: achiziția de date, transmiterea datelor și afișarea datelor. Cadrul general de proiectare este prezentat în figura 1. Partea de achiziție a datelor folosește convertorul A\/D încorporat al STM32 pentru a obține tensiune în timp real și date curente; Partea de comunicare a datelor folosește modulul ESP8266 pentru a realiza transmisia de date wireless; Partea de afișare a datelor combină OLED și aplicația pentru a afișa intuitiv și a interoga tensiune în timp real, curent, putere și alte informații.
2 Proiectare hardware de sistem
2.1 Proiectarea generală a circuitului sistemului
Având în vedere avantajele STM32, cum ar fi dimensiunea mică a pachetului, funcționarea rapidă și consumul de energie redusă, sistemul este compus din STM32 ca controler de bază, combinat cu tensiunea de curent alternativ\/modul de detectare a curentului, afișaj OLED și modul WiFi, etc., circuitul general al hardware -ului este prezentat în figura 2. Controlerul STM32 transformă tensiunea și curentul în timp real colectat în energie P, energia electrică acumulată acumulată și prețul de energie electrică acumulată V. Modulul ESP8266 transformă eficient datele achiziționate în semnale de date de rețea wireless prin portul serial, iar datele în timp real ale contorului pot fi vizualizate și controlate fără fir prin intermediul aplicației de telefon mobil.
Figura 2 Circuitul hardware general al sistemului
2.2 STM32 Proiectarea circuitului controlerului
Circuitul controlerului STM32 constă în principal dintr -un circuit de resetare, un circuit oscilator de cristal și STM32, așa cum se arată în figura 3.
Figura 3 Circuitul controlerului STM32
2.3 Proiectarea tensiunii de curent alternativ\/circuitului de detectare a curentului
Circuitul de detectare a tensiunii de curent alternativ\/curent este prezentat în figura 4. După colectarea semnalului de curent\/tensiune analog al rețelei, acesta poate fi transformat în tensiune și semnale digitale curente prin A\/D. Circuitul integrează două convertoare digital-analog A\/D și un nucleu de contorizare a energiei. Nucleul de contorizare a energiei include două părți: circuitul transformatorului de tensiune de curent alternativ și circuitul transformatorului curent alternativ. Proiectarea circuitului transformatorului de tensiune de curent alternativ este prezentată în figura 5. Tensiunea de curent alternativ în circuitul măsurat generează un semnal de curent alternativ de tensiune prin transformatorul de tensiune. Controlerul STM32 poate completa conversia analogică-digitală a semnalului DC. Prin urmare, semnalul mic detectat este rectificat și filtrat înainte de a fi trimis la controlerul STM32 pentru a finaliza achiziția semnalului de tensiune. Transformatorul de tensiune folosește TV 1005-1 M, care este transmis în portul de intrare analog-digital al STM32 după rectificare și filtrare pentru conversie analog-digitală. Circuitul transformatorului curent al curentului AC este prezentat în figura 6. Transformatorul de curent AC folosește TA 1005-1 M pentru a realiza achiziția curentă a semnalului. Șerpuirea T2 reduce proporțional tensiunea portului de rețea electrică, iar dioda D2 rectifică și filtrează semnalul electric negativ cu jumătate de axe. Valoarea analogică a curentului secundar este calculată în conformitate cu legea OHM, iar valoarea curentă secundară este înmulțită cu factorul de scalare proporțional pentru a obține valoarea curentă în timp real care trebuie măsurată. Restul procesului este același cu achiziția de tensiune.
Figura 4 tensiune AC și circuit de detectare a curentului
Figura 5 Circuitul transformatorului de tensiune AC AC
Figura 6 Circuitul transformatorului curent al curentului AC
2.4 Proiectare circuit de afișare OLED
Sistemul folosește un afișaj OLED cu patru pini ca dispozitiv de afișare, care are caracteristicile tensiunii de conducere scăzute și consumului de energie scăzut. STM32 trimite instrucțiuni și date pe afișajul OLED prin intermediul autobuzului SPI pentru a controla conținutul afișajului. Proiectarea circuitului este prezentată în figura 7.
2.5 Proiectarea circuitului de transmisie wireless
Sistemul folosește modulul WiFi _ ESP8266 pentru a realiza comunicarea fără fir a datelor. Ca o soluție completă și auto-conținută de rețea Wi-Fi, ESP8266 poate funcționa în moduri Softap, Station și Softap\/Station [18-19]. Proiectarea circuitului este prezentată în figura 8. P4 P4 (TXD) din modulul ESP8266 este conectat la pinul P de microcontroller, pinul P8 (RXD) este conectat la pinul P9 microcontroller, pinul P este împământat, pinii P5 și P7 sunt conectați la alimentarea cu alimentare, iar pinii P2, P3 și P6 sunt descărcate.
3. Proiectare software de sistem
După ce software-ul general al sistemului este pornit și inițializat, modulul de achiziție de tensiune\/curent citește tensiunea medie în timp real și valorile curente medii; Modulul de control STM32 analizează și procesează datele primite, calculează puterea P în timp real și puterea acumulată Q și face o judecată de suprasarcină asupra puterii acumulate. Dacă sistemul de suprasarcină este oprit, alarma de buzunar este activată în același timp. În caz contrar, datele sunt transmise în mod sincron la modulul de afișare OLED și aplicația pentru telefonul mobil.
4. Software de sistem și depanare hardware
4.1 Debugging software de sistem
Sistemul folosește KEIL4 pentru depanarea software pentru a verifica erorile în logica, funcția și compilarea programului. Scrieți programul în conformitate cu cerințele, stabiliți un proiect pentru compilarea și rularea programului, iar programul generează automat un fișier hex cu un sufix corect. Utilizați instrumentul de depanare a portului serial SSCOM pentru a conecta software -ul și hardware -ul și descărcați -l.
4.2 Debugging hardware pentru sistem
Efectuați depanarea dinamică a sistemului pentru a detecta și rezolva probleme precum lipirea la rece, scurgerea de lipit, scurtcircuitul, circuitul deschis și anomalarea semnalului în circuitul hardware. Rezultatele de depanare sunt prezentate în figura 11.
4.3 Demonstrarea funcțiilor generale ale sistemului
Pentru a verifica proiectarea, s-a efectuat debugging-ul comun al software-ului și hardware-ului, iar rezultatele testului de încărcare sunt prezentate în figura 12. Când sistemul este conectat la sarcină și începe testul, OLED arată că puterea în timp real p este 52W, puterea acumulată Q este 0. iar contorul este în stare normală de lucru. Rezultatele arată că precizia măsurării sistemului atinge 0. 002%.
Aplicația corespunzătoare de telefon mobil este dezvoltată pentru a realiza transmisia și vizualizarea în timp real a datelor și pentru a îmbunătăți experiența utilizatorului. Poate afișa informații cheie, cum ar fi tensiunea, curentul, puterea, energia electrică și factura de energie electrică, astfel încât utilizatorii să poată înțelege pe deplin consumul de energie electrică. În același timp, două butoane virtuale pentru conectarea Wi-Fi și pornirea sistemului sunt configurate pe interfață pentru a realiza funcția de control de la distanță a contorului inteligent.
Contorul inteligent proiectat cu STM32, HLE8 0 12 și modulul WiFi are caracteristicile de precizie ridicată, consum redus de energie și citire a contorului wireless. Contorul inteligent proiectat cu modulul RS485 și tehnologia de comunicare wireless Zigbee realizează o comunicare în două sensuri în timp real, reducând în mod eficient costurile de comunicare. Contorul inteligent proiectat cu STM32, SI4463 Wireless Transceiver și modul GSM poate înregistra automat facturile de energie electrică și poate suporta anchetele de la distanță ale utilizatorilor. În schimb, contorul inteligent proiectat în acest design are o precizie ridicată de măsurare, până la 0,002%și realizează costuri reduse, citirea contorului wireless, înregistrarea facturilor de energie electrică și funcțiile de anchetă a utilizatorilor. În același timp, are o structură simplă a circuitului, funcții cuprinzătoare și o practică puternică și operabilitate.
5 Concluzie
Pentru a rezolva problema costului ridicat de întreținere a proiectării tradiționale a contorului electric, Zhejiang Reallin Electron Co., Ltd. a proiectat un sistem de contor electric inteligent wireless bazat pe comunicarea WiFi. Pe baza modulului de control STM32, sistemul folosește tensiunea de curent alternativ\/modulul curent pentru a realiza colectarea, procesarea și transmiterea datelor de energie electrică în timp real și poate afișa, de asemenea, datele privind tensiunea, curentul, curentul și electricitatea în timp real. În combinație cu funcția de citire a contorului wireless al modulului de comunicare WiFi System, utilizatorii pot vizualiza de la distanță datele de putere și controlul prin aplicația de telefon mobil, pot realiza urmărirea în timp real și afișarea exactă a puterii, îmbunătățesc semnificativ experiența utilizatorului și îmbunătățesc nivelul de inteligență și comoditatea funcționării sistemului. Sistemul are o structură simplă a circuitului, funcții cuprinzătoare, practic și operabilitate puternică și perspective largi de piață a aplicațiilor.