基于STM32的遠程預付費電能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與應用

摘要：隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電能的遠程監(jiān)測也得到了迅速的發(fā)展，它的發(fā)展和應用，對電力系統(tǒng)的安全運行具有重要的意義。本文設(shè)計一種基于MQTT服務器的遠程電能監(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)進行監(jiān)測，

通過互聯(lián)網(wǎng)和MQTT服務器將信息傳送到遠程監(jiān)控端，遠程監(jiān)控端能實時顯示相關(guān)參數(shù)并存儲，可供后續(xù)對相關(guān)電能參數(shù)進行分析和處理。通過實驗表明，本系統(tǒng)具有運行穩(wěn)定性高、易擴展、成本低等優(yōu)點。

       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)備的遠程監(jiān)控在我們生活中應用非常廣泛，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，以及各種故障會影響電網(wǎng)質(zhì)量，所以需要時刻掌握了解電網(wǎng)的運行的狀況，對電網(wǎng)的各種參數(shù)進行實時監(jiān)測，并能夠及時地將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳遞至遠程監(jiān)控端，供相關(guān)人員觀測和分析。

1 系統(tǒng)設(shè)計

       系統(tǒng)主要由電能采集終端、網(wǎng)關(guān)設(shè)備和遠程監(jiān)控平臺構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)通過電能計量傳感器獲得終端電能數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機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服務器發(fā)送到遠程監(jiān)控平臺，然后將數(shù)據(jù)進行顯示、存儲等。( 見圖 1)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2硬件設(shè)計

       (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，方便各個遠程監(jiān)控終端、網(wǎng)關(guān)設(shè)備進行通訊，同時有5路USART接口，能方便與Wifi模塊以及電能計量傳感器進行通信。

       (二) 傳感器模塊  本系統(tǒng)采用的電能計量傳感器模塊是深圳市艾銳達公司的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進行通訊。

3 MQTT服務器

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

4遠程監(jiān)控平臺

       遠程監(jiān)控平臺使用C#語言開發(fā)，開發(fā)平臺是visual studio2010。提供了與 MQTT 服務器的動態(tài)庫，包括服務器的連接、數(shù)據(jù)的發(fā)送和數(shù)據(jù)的接收函數(shù)等。監(jiān)控平臺接收過來的數(shù)據(jù)，可以一邊實時顯示，一邊存儲在本地數(shù)據(jù)服務器中，方便后續(xù)的分析和處理。本系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)庫時Microsoft SQL Server 2008。

5安科瑞AcrelCloud-3200預付費水電云平臺

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)站和后臺集抄服務，配合公司的預付費電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計量箱ADF300L系列，實現(xiàn)電能計量和電費管理等功能。另外可以選配遠傳閥控水表組成水電一體預付費系統(tǒng)，達到先交費后用水的目的，剩余水量用完自動關(guān)閥。

5.2 系統(tǒng)功能

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

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

       遠程集中抄表：抄表信息通過網(wǎng)關(guān)實時上傳到云平臺，快速便捷，免去人工抄表 。

       水表預付費:可是查看某區(qū)域水表的實時狀態(tài)信息，并可以進行單表或批量設(shè)置水價控閥等操作。

遠程售電:財務集中管理，電量實時下發(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付費表或管控表每天的用能狀況；可提供能耗分析+財務軌跡一體式綜合管理報表，包含用戶表的能耗、財務數(shù)據(jù)、能耗和財務的期初期末值等數(shù)據(jù)。

       在線支付:商戶可以通過小程序或者微信公眾號實現(xiàn)在線自助充值水電費，也可以實時關(guān)注商鋪用水用電情況。

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

       遠程控制:可對任意一塊電表執(zhí)行遠程拉閘或保電等一系列遠程控制操作，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服務器作為數(shù)據(jù)中心，可以實現(xiàn)遠程監(jiān)測電能數(shù)據(jù)，并在遠程監(jiān)控平臺顯示和存儲，在電力系統(tǒng)的智能化、自動化建設(shè)中將有一定的應用價值。

【參考文獻】

【1】田朋剛，嚴寧，丁禮磊.基于STM32的遠程電能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

【2】馬海霞，李中興.遠程電力監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與應用 [J].電子設(shè)計工程，2013，21(13)：73-75.

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

作者簡介：陳芳芳，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事宿舍安全用電研究發(fā)展。