基于STM32的遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)電能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

 劉丹

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

  摘要：隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電能的遠(yuǎn)程監(jiān)測也得到了迅速的發(fā)展，它的發(fā)展和應(yīng)用，對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要的意義。本文設(shè)計(jì)一種基于MQTT服務(wù)器的遠(yuǎn)程電能監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能對用戶終端的電壓、電流、功率、總電能及功率因數(shù)等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，

通過互聯(lián)網(wǎng)和MQTT服務(wù)器將信息傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控端，遠(yuǎn)程監(jiān)控端能實(shí)時(shí)顯示相關(guān)參數(shù)并存儲(chǔ)，可供后續(xù)對相關(guān)電能參數(shù)進(jìn)行分析和處理。通過實(shí)驗(yàn)表明，本系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定性高、易擴(kuò)展、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

  關(guān)鍵詞: STM32；電能監(jiān)測；MQTT

0引言

隨著電子信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，對設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控在我們生活中應(yīng)用非常廣泛，它使我們生活更加快捷、方便。電能是我們生活*的重要能源，電網(wǎng)的安全運(yùn)行關(guān)系到國民生產(chǎn)的方方面面，然而三相交流系統(tǒng)中存在大量的非線性和不對稱性設(shè)備，以及各種故障會(huì)影響電網(wǎng)質(zhì)量，所以需要時(shí)刻掌握了解電網(wǎng)的運(yùn)行的狀況，對電網(wǎng)的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并能夠及時(shí)地將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳遞至遠(yuǎn)程監(jiān)控端，供相關(guān)人員觀測和分析。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由電能采集終端、網(wǎng)關(guān)設(shè)備和遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)通過電能計(jì)量傳感器獲得終端電能數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)STM32處理后通過CAN總線的方式傳傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)設(shè)備，然后將數(shù)據(jù)通過Internet網(wǎng)絡(luò)和MQTT服務(wù)器發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)等。( 見圖 1)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2硬件設(shè)計(jì)

(一)主控模塊  為了使測量方便可靠、降低成本，本系統(tǒng)使用STM32F103C8T6單片機(jī)作為主控制芯片。該芯片系統(tǒng)功耗低，具有CAN總線接口，方便各個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端、網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行通訊，同時(shí)有5路USART接口，能方便與Wifi模塊以及電能計(jì)量傳感器進(jìn)行通信。

(二) 傳感器模塊  本系統(tǒng)采用的電能計(jì)量傳感器模塊是深圳市艾銳達(dá)公司的IM1253B 單相交直流模塊，該模塊可以測量45~65Hz 的交流電壓、電流、功率因數(shù)、功率和電能等

數(shù)據(jù)，可通過串口方便與其他單片機(jī)進(jìn)行通訊。

3 MQTT服務(wù)器

MQTT協(xié)議是廣泛應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，使用MQTT協(xié)議需要MQTT的代理。本次設(shè)計(jì)使用開源的MQTT組件來在阿里云服務(wù)器搭建一個(gè)MQTT服務(wù)器，具體搭建過程可以參照相關(guān)文檔。搭建完MQTT服務(wù)器后，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端和遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的就可以信息交互。

4遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)

遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)使用C#語言開發(fā)，開發(fā)平臺(tái)是visual studio2010。*提供了與 MQTT 服務(wù)器的動(dòng)態(tài)庫，包括服務(wù)器的連接、數(shù)據(jù)的發(fā)送和數(shù)據(jù)的接收函數(shù)等。監(jiān)控平臺(tái)接收過來的數(shù)據(jù)，可以一邊實(shí)時(shí)顯示，一邊存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)服務(wù)器中，方便后續(xù)的分析和處理。本系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)庫時(shí)Microsoft SQL Server 2008。

5安科瑞AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)

5.1 系統(tǒng)方案

系統(tǒng)為B/S架構(gòu)，主要包括前端管理網(wǎng)站和后臺(tái)集抄服務(wù)，配合公司的預(yù)付費(fèi)電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計(jì)量箱ADF300L系列，實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量和電費(fèi)管理等功能。另外可以選配遠(yuǎn)傳閥控水表組成水電一體預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)，達(dá)到先交費(fèi)后用水的目的，剩余水量用完自動(dòng)關(guān)閥。

5.2 系統(tǒng)功能

AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)由云平臺(tái)-網(wǎng)關(guān)-預(yù)付費(fèi)電能表組成，通過通信網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)到表的充值、查詢、監(jiān)控、控制及短信報(bào)警等功能。

   本系統(tǒng)適用于一些大集團(tuán)和大物業(yè)，往往需要將多個(gè)物業(yè)環(huán)境、分散于各地的物業(yè)集中式收費(fèi)和管理，面臨著數(shù)據(jù)公網(wǎng)傳輸，財(cái)務(wù)操作分散，在線支付，總部財(cái)務(wù)扎口等復(fù)雜的需求。

遠(yuǎn)程集中抄表：抄表信息通過網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)上傳到云平臺(tái)，快速便捷，免去人工抄表 。

水表預(yù)付費(fèi):可是查看某區(qū)域水表的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，并可以進(jìn)行單表或批量設(shè)置水價(jià)控閥等操作。

遠(yuǎn)程售電:財(cái)務(wù)集中管理，電量實(shí)時(shí)下發(fā)，并比對充值次數(shù)，方便快捷。

能耗分析:用戶和管理員都可查詢預(yù)付費(fèi)表或管控表每天的用能狀況；可提供能耗分析+財(cái)務(wù)軌跡一體式綜合管理報(bào)表，包含用戶表的能耗、財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)、能耗和財(cái)務(wù)的期初期末值等數(shù)據(jù)。

在線支付:商戶可以通過小程序或者微信公眾號(hào)實(shí)現(xiàn)在線自助充值水電費(fèi)，也可以實(shí)時(shí)關(guān)注商鋪用水用電情況。

短信提醒:金額不足或金額欠費(fèi)提醒、電表充值到賬提醒，都可及時(shí)短信通知商戶。

遠(yuǎn)程控制:可對任意一塊電表執(zhí)行遠(yuǎn)程拉閘或保電等一系列遠(yuǎn)程控制操作，方便管理。

5.3 產(chǎn)品選型

6結(jié)束語

本系統(tǒng)以自己搭建的MQTT服務(wù)器作為數(shù)據(jù)中心，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測電能數(shù)據(jù)，并在遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)顯示和存儲(chǔ)，在電力系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化建設(shè)中將有一定的應(yīng)用價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

【1】田朋剛，嚴(yán)寧，丁禮磊.基于STM32的遠(yuǎn)程電能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【2】馬海霞，李中興.遠(yuǎn)程電力監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [J].電子設(shè)計(jì)工程，2013，21(13)：73-75.

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.06