S cieľom vyriešiť problémy s vysokými nákladmi na údržbu a nízkeho pohodlia pri čítaní tradičných elektrických metrov sa vyvinula bezdrôtový inteligentný elektromerový systém založený na komunikácii WiFi. Systém využíva STM32 ako ovládač, prijíma vstavaný modul striedavého napätia/prúdu na zhromažďovanie napätia a prúdových signálov napájacej mriežky a realizuje prenos elektrických energetických údajov prostredníctvom bezdrôtového prenosu WIFI. V kombinácii s OLED a aplikáciami môžu používatelia monitorovať a spravovať údaje o napätí, prúdu, elektrine a údaje o elektrickej energii v reálnom čase. Testy ukazujú, že systém má presnosť merania 0. 002%a používatelia môžu kedykoľvek dotazovať údaje o výkone, ktoré majú dobrú praktickosť a prevádzku.
Kľúčové slová: WiFi; inteligentný meter; STM32; Oled; Aplikácia
Spokojnosť
2.1 Systém Celkový návrh obvodu
2.2 Návrh obvodu ovládača STM32
2.3 Návrh obvodu detekcie napätia/prúdu
2.5 Dizajn bezdrôtového prevodového obvodu
3. Dizajn softvéru systémového softvéru
4. Systémový softvér a ladenie hardvéru
4.2 Systémové hardvérové ladenie
4.3 Demonštrácia celkovej funkcie systému
1. Celkový dizajn systému
S transformáciou energetickej štruktúry a rýchlym vývojom inteligentných mriežiek môžu inteligentné merače, ako kľúčové komponenty v moderných energetických systémoch, uvedomovať nielen presné meranie energie, ale tiež integrovať vzdialené monitorovanie, prenos údajov, správu energie a ďalšie funkcie. Postupne nahrádzajú tradičné mechanické alebo elektronické merače a poskytujú silnú podporu inteligentnej správe a optimalizácii energetických systémov. V súčasnosti sa inteligentné merače založené na mikrokontroléroch stali výskumným hotspotom. Kombinácia 32- Bit DSP a ARM Technology, Realizuje sa získavanie údajov o napätí, ukladanie a vizualizácia v reálnom čase. EM773 sa kombinuje s bezdrôtovým prenosovým čipom NRF24L01 a údaje sa efektívne prenášajú do hostiteľského počítača prostredníctvom technológie zbernice CAN, aby sa dosiahlo monitorovanie v reálnom čase, získavanie údajov a dlhodobé ukladanie napätia. Okrem toho sa pri zhromažďovaní údajov o napätí často používajú snímače optických vlákien, konverzné čipy digitálneho a analógov AD7606 a voltcálne moduly. Napríklad automatická zbierka informácií o spotrebe elektrickej energie v reálnom čase sa realizuje kombináciou technológie prenosu zberu a prenosu GPRS. Zber energetických informácií a monitorovací systém s funkciou seba diagnostiky je navrhnutý tak, aby realizoval bohaté online funkcie, ale vysoké náklady a príliš centralizované metódy nasadenia obmedzujú jeho propagáciu a aplikáciu do určitej miery. Zhejiang Reallin Electron Co., Ltd. kombinuje čip merania energie ATT7022E s bránou LORA, aby sa zlepšila spoľahlivosť prenosu a príjmu údajov merača, ale jeho presnosť merania je stále potrebné ďalej zlepšiť. Systém na získavanie energie založený na ARM, ktorý kombinuje komunikačné technológie LORA a GPRS, zlepšuje presnosť detekcie, ale veľký počet bodov merania vedie k zníženiu rýchlosti načítania údajov a je ťažké zaručiť výkon získavania údajov v reálnom čase. Výskum zistil, že súčasné oblasti výskumných systémov na získavanie energetiky stále čelia mnohým výzvam, ako je zlá adaptabilita životného prostredia, zložitý návrh softvéru a hardvéru a vysoké náklady. Preto tento papier navrhuje bezdrôtový systém inteligentných meračov založený na komunikácii WiFi, ktorý používajú hlavne moduly napätia a prúdu na presné zhromažďovanie napätia a aktuálnych signálov, realizuje efektívny prenos údajov prostredníctvom WiFi a navrhuje aplikáciu mobilných telefónov pre používateľov na diaľkové prezeranie a správu napätia, prúdu, elektriny a energetické využitie.
Systém pozostáva hlavne z troch častí: získavanie údajov, prenos údajov a zobrazenie údajov. Celkový konštrukčný rámec je znázornený na obrázku 1. Časť získavania údajov používa vstavaný A/D prevodník STM32 na získanie napätia v reálnom čase a aktuálne údaje; Časť dátovej komunikácie používa modul ESP8266 na realizáciu prenosu bezdrôtových údajov; Časť zobrazenia údajov kombinuje OLED a aplikáciu na intuitívne zobrazovanie a dotazovanie napätia, prúdu, výkonu a ďalších informácií v reálnom čase.
2 Dizajn hardvéru systému
2.1 Celkový dizajn systémového obvodu
Vzhľadom na výhody STM32, ako je malá veľkosť balíka, rýchla prevádzka a nízka spotreba energie, je systém zložený zo STM32 ako jadrového radiča, kombinovaného s modulom detekcie napätia/prúdového napätia/prúdu, displejom OLED a modulom WIFI, atď. Celkový hardvérový obvod je znázornený na obrázku 2. Ovládač STM32 premieňa zhromaždené napätie a prúd v reálnom čase na napájanie P, akumulovaná elektrická energia Q a akumulovaná cena elektrickej energie V. Modul ESP8266 efektívne premieňa získané údaje na bezdrôtové sieťové dátové signály prostredníctvom sériového portu a údaje o merači v reálnom čase je možné diaľkovo previesť prostredníctvom mobilného telefónu APP.
Obrázok 2 Celkový hardvérový obvod systému
2.2 Návrh obvodu ovládača STM32
Obvod ovládača STM32 pozostáva hlavne z resetovacieho obvodu, obvodu kryštálového oscilátora a STM32, ako je znázornené na obrázku 3.
Obrázok 3 Obvod ovládača STM32
2.3 Návrh obvodu detekcie napätia a prúdu
Obvod detekcie napätia/prúdu AC je znázornený na obrázku 4. Po zhromaždení signálu analógového prúdu/napätia v sieti sa môže previesť na napätie a prúdové digitálne signály prostredníctvom A/D. Obvod integruje dva prevodníky A/D digitálnych a analógov a jadro merania energie. Jadro merania energie obsahuje dve časti: obvod transformátora striedavého napätia a obvod transformátora prúdového prúdu. Konštrukcia obvodu transformátora napätia striedavého napätia je znázornená na obrázku 5. S napäťové napätie v nameranom obvode generuje malý napäťový striedavý signál cez napäťový transformátor. Ovládač STM32 môže dokončiť analógovo-digitálnu konverziu DC signálu. Preto sa detegovaný AC malý signál napraví a filtruje pred odoslaním do ovládača STM32 na dokončenie získania napätia signálu. Transformátor napätia používa TV 1005-1 M, ktorý sa po rektifikácii a filtrovaní pre analóg-digitálnu konverziu prenáša do analógovo-digitálneho vstupného vstupného portu STM32. Obvod transformátora prúdového prúdu je znázornený na obrázku 6. Transformátor prúdového prúdu používa TA 1005-1 M na realizáciu akvizície aktuálneho signálu. Vinutie T2 úmerne znižuje napätie elektrického sieťového portu a dióda D2 napraví a filtruje záporný elektrický signál polovičnej osi. Analógová hodnota sekundárneho prúdu sa vypočíta podľa Ohmovho zákona a sekundárna hodnota prúdu sa vynásobí proporčným faktorom škálovania, aby sa získala hodnota prúdu v reálnom čase, ktorá sa má merať. Zvyšok procesu je rovnaký ako získavanie napätia.
Obrázok 4 AC napätie a obvod detekcie prúdu
Obrázok 5 Obvod transformátora napätia AC
Obrázok 6 Obvod transformátora prúdového prúdu
2.4 Dizajn obvodu OLED
Systém používa ako zobrazovacie zariadenie so štyrmi kolíkmi OLED, ktorý má charakteristiky nízkeho napätia a nízkej spotreby energie. STM32 odosiela pokyny a údaje na displej OLED cez zbernicu SPI na ovládanie obsahu displeja. Dizajn obvodu je znázornený na obrázku 7.
2.5 Dizajn bezdrôtového prevodového obvodu
Systém používa modul WiFi _ ESP8266 na realizáciu bezdrôtovej komunikácie údajov. Ako kompletné a samostatné sieťové riešenie Wi-Fi môže ESP8266 pracovať v režimoch Softap, Station and Softap/Station [18-19]. Konštrukcia obvodu je znázornená na obrázku 8. PIN P4 (TXD) modulu ESP8266 je pripojený k mikrokontroléru PIN P, PIN P8 (RXD) je pripojený k mikrokontroléru PIN P9, kolík P je uzemnený, kolíky P5 a P7 sú pripojené k napájaciemu zdroju a PIN P2, P3 a P6 sú nevyložené.
3. System Software Design
Po zapnutí a inicializovaní celkového softvéru systému sa modul akvizície striedavého napätia/prúdu načíta priemerné napätie v reálnom čase a priemerné hodnoty prúdu; Panzy a procesy riadiaceho modulu STM32 a spracovávajú prijaté údaje, vypočíta výkon P-akumulovaného výkonu Q a akumulovaný výkon Q a vyrába úsudok preťaženia akumulovanej energie. Ak je systém preťaženia vypnutý, alarm bzučiaka sa aktivuje súčasne. V opačnom prípade sa údaje synchrónne prenášajú do modulu OLED Display a aplikácii mobilného telefónu.
4. Systémový softvér a ladenie hardvéru
4.1 Systémový softvér ladenie
Systém využíva KEIL4 na ladenie softvéru na kontrolu chýb v logike, funkcii a kompilácii. Napíšte program podľa požiadaviek, vytvorte projekt na zostavenie a spustenie programu a program automaticky vygeneruje hexový súbor so správnou príponou. Na pripojenie softvéru a hardvéru použite nástroj Serial Port Lading Tool SSCOM.
4.2 Systémové hardvérové ladenie
Vykonajte dynamické ladenie systému na detekciu a riešenie problémov, ako je napríklad spájkovanie za studena, unikajúce spájkovanie, skrat, otvorený obvod a abnormalita signálu v hardvérovom obvode. Výsledky ladenia sú znázornené na obrázku 11.
4.3 Preukázanie celkových funkcií systému
Na overenie dizajnu, ladenia softvéru a hardvéru sa uskutočnilo ladenie a výsledky testu zaťaženia sú uvedené na obrázku 12. Keď je systém pripojený k zaťaženiu a začína sa test, OLED ukazuje, že výkon v reálnom čase P je 52 W, akumulovaný výkon Q je {{{{} a 12. a 12 {{ Pripojený a glukomer je v normálnom pracovnom stave. Výsledky ukazujú, že presnosť merania systému dosahuje 0. 002%.
Zodpovedajúca aplikácia mobilných telefónov je vyvinutá na realizáciu prenosu a vizualizácie údajov v reálnom čase a na zlepšenie skúseností používateľa. Môže zobrazovať kľúčové informácie, ako sú údaje napätia, prúd, energia, elektrina a elektrina, aby používatelia mohli plne porozumieť spotrebe elektrickej energie. Zároveň sú na rozhraní dva virtuálne tlačidlá na pripojenie Wi-Fi a spustenie systému nakonfigurované na realizáciu funkcie diaľkového ovládača inteligentného merača.
Inteligentný meter navrhnutý s modulom STM32, HLE8 0 12 a WiFi má charakteristiky vysokej presnosti, nízkej spotreby energie a bezdrôtového odčítania merača. Inteligentný meter navrhnutý s modulom RS485 a bezdrôtovej komunikačnej technológie RS485 a obojsmernej komunikácie v reálnom čase, pričom účinne znižuje náklady na komunikáciu. Inteligentný meter navrhnutý pomocou STM32, SI4463 Wireless Taseiver a GSM modul môžu automaticky zaznamenávať účty za elektrinu a podporovať vzdialené otázky používateľov. Naopak, inteligentný meter navrhnutý v tomto návrhu má vysokú presnosť merania až 0,002%a realizuje nízke náklady, čítanie bezdrôtových meracích meracích meracích meračov, zaznamenávanie faktúr za elektrinu a funkcie užívateľského vyšetrovania. Zároveň má jednoduchú štruktúru obvodu, komplexné funkcie a silnú praktickosť a prevádzku.
5 Záver
S cieľom vyriešiť problém s vysokými nákladmi na údržbu tradičného dizajnu elektrických meračov, Zhejiang Reallin Electron Co., Ltd. navrhla bezdrôtový inteligentný systém elektromerov založený na komunikácii WiFi. Na základe riadiaceho modulu STM32 systém využíva modul napätia a prúdového napätia/prúdu na realizáciu zberu, spracovania a prenosu elektrických energetických údajov v reálnom čase a môže tiež zobraziť údaje o napätí, prúdovom, výkonovom a elektrickom poplatkoch v reálnom čase. V kombinácii s funkciou čítania bezdrôtového merača systému WiFi komunikácie WiFi môžu používatelia diaľkovo prezerať napájacie údaje a ovládanie prostredníctvom aplikácie mobilných telefónov, realizovať sledovanie v reálnom čase a presné zobrazenie energie, výrazne zlepšiť skúsenosti používateľa a zlepšiť úroveň inteligencie a pohodlie prevádzky systému. Systém má jednoduchú štruktúru obvodu, komplexné funkcie, silnú praktickosť a prevádzku a rozsiahle vyhliadky na trhu s aplikáciami.