基于STM32的遠程預付費電能監(jiān)測系統(tǒng)設計與應用

 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)等相關參數(shù)進行監(jiān)測，

通過互聯(lián)網和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參數(shù)并存儲，可供后續(xù)對相關電能參數(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。

  關鍵詞: STM32；電能監(jiān)測；MQTT

0引言

隨著電子信息技術和互聯(lián)網的飛速發(fā)展，對設備的遠程監(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，電網的安全運行關系到國民生產的方方面面，然而三相交流系統(tǒng)中存在大量的非線性和不對稱性設備，以及各種故障會影響電網質量，所以需要時刻掌握了解電網的運行的狀況，對電網的各種參數(shù)進行實時監(jiān)測，并能夠及時地將監(jiān)測數(shù)據傳遞至遠程監(jiān)控端，供相關人員觀測和分析。

1 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)主要由電能采集終端、網關設備和遠程監(jiān)控平臺構成，系統(tǒng)結構如圖1所示。系統(tǒng)通過電能計量傳感器獲得終端電能數(shù)據，經單片機STM32處理后通過CAN總線的方式傳傳輸?shù)骄W關設備，然后將數(shù)據通過Internet網絡和MQTT服務器發(fā)送到遠程監(jiān)控平臺，然后將數(shù)據進行顯示、存儲等。( 見圖 1)。

圖1 系統(tǒng)結構圖

2硬件設計

(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、網關設備進行通訊，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，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)網協(xié)議，使用MQTT協(xié)議需要MQTT的代理。本次設計使用開源的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)據的發(fā)送和數(shù)據的接收函數(shù)等。監(jiān)控平臺接收過來的數(shù)據，可以一邊實時顯示，一邊存儲在本地數(shù)據服務器中，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，主要包括前端管理網站和后臺集抄服務，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閥。

5.2 系統(tǒng)功能

AcrelCloud-3200預付費水電云平臺由云平臺-網關-預付費電能表組成，通過通信網絡完成系統(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)據公網傳輸，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：抄表信息通過網關實時上傳到云平臺，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、能耗和財務的期初期末值等數(shù)據。

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 產品選型

6結束語

本系統(tǒng)以自己搭建的MQTT服務器作為數(shù)據中心，可以實現(xiàn)遠程監(jiān)測電能數(shù)據，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)設計

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

【3】安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06