Norint išspręsti didelių priežiūros išlaidų ir mažo tradicinių elektrinių skaitiklių skaitymo patogumo problemas, buvo sukurta belaidžio intelektualiojo elektros matuoklio sistema, pagrįsta „WiFi“ ryšiu. Sistema naudoja STM32 kaip valdiklį, priima įmontuotą kintamosios srovės įtampos\/srovės modulį, kad surinktų elektros tinklo įtampą ir srovę, ir realizuoja elektros energijos duomenų perdavimą naudojant „WiFi Wireless“ perdavimą. Kartu su OLED ir APP, vartotojai realiuoju laiku gali stebėti ir valdyti įtampą, dabartines, sąskaitos už elektrą ir elektros energijos duomenis. Testai rodo, kad sistemos matavimo tikslumas yra 0. 002%, o vartotojai gali bet kuriuo metu užklausti maitinimo duomenis, o tai turi gerą praktiškumą ir veiklą.
Raktiniai žodžiai: „WiFi“; išmanusis matuoklis; STM32; OLED; Programa
Turinys
2. Sistemos aparatūros dizainas
2.1 Sistemos bendras grandinės dizainas
2.2 STM32 valdiklio grandinės dizainas
2.3 kintamosios srovės įtampos\/srovės aptikimo grandinės dizainas
2.4 OLED ekrano grandinės dizainas
2.5 Belaidžio transmisijos grandinės dizainas
3. Sistemos programinės įrangos dizainas
4. Sistemos programinė įranga ir aparatinės įrangos derinimas
4.1 Sistemos programinės įrangos derinimas
4.2 Sistemos aparatūros derinimas
4.3 Sistemos bendra funkcijos demonstracija
1. Sistemos bendras dizainas
Pertvarkant energijos struktūrą ir greitai vystytis išmaniojo tinklo, išmaniųjų skaitiklių, kaip pagrindinių šiuolaikinių galios sistemų komponentų, gali ne tik realizuoti tikslų galios matavimą, bet ir integruoti nuotolinio stebėjimo, duomenų perdavimo, energijos valdymą ir kitas funkcijas. Jie pamažu keičia tradicinius mechaninius ar elektroninius matuoklius, užtikrinant tvirtą palaikymą intelektualiam valdymui ir optimizavimui maitinimo sistemoms. Šiuo metu išmanieji skaitikliai, pagrįsti mikrovaldikliais, tapo tyrimų tašku. Derinant 32- bitų DSP ir ARM technologiją, įgyvendinamas įtampos duomenų rinkimas, saugojimas ir realaus laiko vizualizacija. EM773 derinamas su belaidžiu perdavimo lustu NRF24L01, o duomenys efektyviai perduodami pagrindiniam kompiuteriui per „Can Bus“ technologiją, kad būtų galima realiojo laiko stebėjimas, duomenų rinkimas ir ilgalaikis įtampos laikymas. Be to, kolekcijuojant įtampos duomenis, optinio pluošto jutikliai, skaitmeninio ir analoginio konversijos mikroschemos AD7606 ir Voltcal moduliai yra plačiai naudojami. Pavyzdžiui, realaus laiko automatinė vartotojo elektros energijos suvartojimo kolekcija realizuojama derinant kolekcijos terminalo ir GPRS perdavimo technologiją. Informacijos apie galios rinkimą ir stebėjimo sistemą su savęs diagnozės funkcija yra skirta realizuoti turtingas internetines funkcijas, tačiau didelės išlaidos ir pernelyg centralizuotas diegimo metodas tam tikru mastu riboja jo reklamą ir taikymą. „Zhejiang Reallin Electron Co., Ltd.“ sujungia ATT7022E energijos matavimo lustą su „Lora“ šliuzu, kad pagerintų skaitiklio duomenų perdavimo ir priėmimo patikimumą, tačiau jo matavimo tikslumą vis tiek reikia tobulinti. ARM pagrindu sukurta energijos gavimo sistema, sujungianti LORA ir GPRS ryšių technologiją, pagerina aptikimo tikslumą, tačiau didelis matavimo taškų skaičius sumažina duomenų krovimo greitį, o duomenų gavimo realiuoju laiku) sunku garantuoti. Tyrimai nustatė, kad dabartinė energetikos gavimo sistemų tyrimų sritis vis dar susiduria su daugybe iššūkių, tokių kaip prastas aplinkos pritaikymas, sudėtinga programinė įranga ir aparatinės įrangos dizainas bei didelės išlaidos. Todėl šiame dokumente sukurta belaidžio išmaniųjų matuoklių sistema, pagrįsta „WiFi“ ryšiu, kuri daugiausia naudoja įtampą ir dabartinius modulius, kad būtų galima tiksliai surinkti įtampą ir dabartinius signalus, realizuoja efektyvų duomenų perdavimą per „WiFi“ ir suprojektuoja mobiliojo telefono programą, skirtą vartotojams nuotoliniu būdu peržiūrėti ir valdyti įtampą, dabartinius, elektros sąskaitas ir energijos naudojimą.
Sistemą daugiausia sudaro trys dalys: duomenų rinkimas, duomenų perdavimas ir duomenų rodymas. Bendra projektavimo sistema parodyta 1 paveiksle. Duomenų gavimo dalyje naudojamas STM32 integruotas A\/D keitiklis, kad gautų realaus laiko įtampą ir dabartinius duomenis; Duomenų ryšio dalis naudoja ESP8266 modulį belaidžio duomenų perdavimo realizuoti; Duomenų ekrano dalis sujungia OLED ir programą intuityviai rodyti ir užklausos realiojo laiko įtampos, srovės, galios ir kitos informacijos.
2 sistemos aparatinės įrangos dizainas
2.1 Bendras sistemos grandinės dizainas
Atsižvelgiant į STM32 pranašumus, tokius kaip mažas paketo dydis, greitas veikimas ir mažos energijos sąnaudos, sistemą sudaro STM32 kaip pagrindinį valdiklį, kartu su kintamos įtampos\/srovės aptikimo moduliu, OLED ekranu ir „WiFi“ moduliu ir tt. Bendra aparatūros grandinė parodyta 2 paveiksle. 2 paveiksle. „STM32“ valdiklis surinktą realaus laiko įtampą ir srovę paverčia realaus laiko galia P, sukaupta elektros energija Q ir sukaupta elektros kaina V. ESP8266 modulis efektyviai paverčia įgytus duomenis į belaidžio tinklo duomenų signalus per nuoseklųjį prievadą, o realiojo laiko skaitiklio duomenis galima nuotoliniu būdu peržiūrėti ir be be galo valdomų per mobiliojo telefono programą.
2 paveikslas
2.2 STM32 valdiklio grandinės dizainas
STM32 valdiklio grandinę daugiausia sudaro atstatymo grandinė, kristalų osciliatoriaus grandinė ir STM32, kaip parodyta 3 paveiksle.
3 pav. STM32 valdiklio grandinė
2.3 Kintamos įtampos\/srovės aptikimo grandinės projektavimas
Kintamosios srovės įtampos\/srovės aptikimo grandinė parodyta 4 paveiksle. Surinkus tinklo analoginę srovės\/įtampos signalą, ją galima paversti įtampa ir srovės skaitmeniniais signalais per A\/d. Grandinė integruoja du A\/D skaitmeninius ir analoginius keitiklius ir energijos matavimo šerdį. Energijos matavimo šerdį sudaro dvi dalys: kintamos įtampos transformatoriaus grandinė ir kintamos srovės transformatoriaus grandinė. Kintamos įtampos transformatoriaus grandinės projektavimas parodytas 5 paveiksle. Išmatuotos grandinės kintamosios srovės įtampa sukuria mažą įtampos kintamosios srovės signalą per įtampos transformatorių. „STM32“ valdiklis gali užpildyti DC signalo analoginį-skaitmeninį konvertavimą. Todėl aptiktas AC mažas signalas yra ištaisytas ir filtruojamas prieš išsiunčiant į STM32 valdiklį, kad būtų baigtas įtampos signalo įgijimas. Įtampos transformatorius naudoja TV 1005-1 m, kuris perduodamas į STM32 analoginį-skaitmeninį įvesties prievadą po ištaisymo ir filtravimo analoginiam-skaitmeniniam konvertavimui. Kintamos srovės transformatoriaus grandinė parodyta 6 paveiksle. Kintamos srovės srovės transformatorius naudoja Ta 1005-1 m, kad būtų galima suvokti dabartinį signalo įgijimą. Apvija T2 proporcingai sumažina elektrinio tinklo prievado įtampą, o diodas D2 ištaiso ir filtruoja neigiamą pusinės ašies elektrinį signalą. Analoginė antrinės srovės vertė apskaičiuojama pagal Ohmo dėsnį, o antrinė srovės vertė padauginta iš proporcinio mastelio koeficiento, kad būtų gauta išmatuota realaus laiko srovės vertė. Likusi proceso dalis yra tokia pati kaip įtampos įgijimas.
4 paveikslas
5 paveikslas
6 paveikslas kintamos srovės transformatoriaus grandinė
2.4 OLED ekrano grandinės dizainas
Sistema naudoja keturių kontaktų OLED ekraną kaip ekrano įtaisą, pasižymintį mažos vairavimo įtampos ir mažos energijos sąnaudų savybėmis. „STM32“ siunčia instrukcijas ir duomenis į OLED ekraną per SPI magistralę, kad galėtų valdyti rodymo turinį. Grandinės konstrukcija parodyta 7 paveiksle.
2.5 Belaidžio transmisijos grandinės dizainas
Sistema naudoja „WiFi“ _ ESP8266 modulį, kad realizuotų belaidį duomenų ryšį. Kaip išsamus ir savarankiškas „Wi-Fi“ tinklo sprendimas, ESP8266 gali veikti „SoftAp“, „Station“ ir „SoftAp“\/„Station“ režimais [18-19]. Grandinės konstrukcija parodyta 8 paveiksle. ESP8266 modulio P4 (TXD) kaištis (TXD) yra prijungtas prie mikrovaldiklio kaiščio P, P8 (RXD) kaiščio (RXD) yra prijungtas prie mikrovaldiklio kaiščio P9, kaiščio P yra įžeminti, kaiščiai P5 ir P7 yra prijungti prie maitinimo šaltinio, o kaiščiai P2, P3 ir P6 yra įkrauti.
3.Sistemos programinės įrangos dizainas
Po to, kai sistemos programinė įranga įjungta ir inicijuojama, kintamos srovės įtampos\/srovės įsigijimo modulis nuskaito vidutinę realaus laiko įtampą ir vidutines dabartines vertes; STM32 valdymo modulis analizuoja ir apdoroja gautus duomenis, apskaičiuoja realaus laiko galią P ir sukauptą galią Q ir priima perkrovos sprendimą dėl sukauptos galios. Jei perkrovos sistema išjungta, garsiakalbio aliarmas suaktyvinamas tuo pačiu metu. Priešingu atveju duomenys sinchroniškai perduodami į OLED ekrano modulį ir mobiliojo telefono programą.
4. Sistemos programinė įranga ir aparatinės įrangos derinimas
4.1 Sistemos programinės įrangos derinimas
Sistema naudoja „Keil4“ programinės įrangos derinimui, kad patikrintų, ar nėra klaidų programos logikoje, funkcijoje ir kompiliacijoje. Parašykite programą pagal reikalavimus, sukurkite programos sudarymo ir vykdymo projektą, o programa automatiškai sugeneruoja šešiabriaunį failą su teisinga priesaga. Norėdami prijungti programinę įrangą ir aparatinę įrangą, naudokite „Serial Port“ derinimo įrankį „SSCOM“ ir atsisiųskite ją.
4.2 Sistemos aparatūros derinimas
Atlikite dinaminį sistemos derinimą, kad aptiktumėte ir išspręstumėte tokias problemas kaip šaltas litavimas, litavimo nutekėjimas, trumpojo jungimo, atviros grandinės ir signalo anomalijos aparatūros grandinėje. Derinimo rezultatai parodyti 11 paveiksle.
4.3 Bendrosios sistemos funkcijų demonstravimas
Norint patikrinti projekto, programinės įrangos ir aparatinės įrangos jungties derinimo, o apkrovos testo rezultatai parodyti 12 paveiksle. Kai sistema prijungta prie krovinio ir prasideda bandymas, OLED rodo, kad realaus laiko galia P yra 52W, sukaupta galia Q yra 0. O matuoklis yra normalios darbinės būklės. Rezultatai rodo, kad sistemos matavimo tikslumas pasiekia 0. 002%.
Atitinkama mobiliųjų telefonų programa yra sukurta siekiant realiojo laiko perdavimo ir vizualizacijos realiuoju laiku bei pagerina vartotojo patirtį. Tai gali parodyti pagrindinę informaciją, tokią kaip įtampa, srovė, energija, elektros ir elektros energijos sąskaitos duomenys, kad vartotojai galėtų visiškai suprasti elektros energijos suvartojimą. Tuo pačiu metu du virtualūs mygtukai, skirti prijungti „Wi-Fi“ ir sistemos paleidimas, yra sukonfigūruoti sąsajoje, kad būtų galima įgyvendinti išmaniojo matuoklio nuotolinio valdymo funkciją.
Išmanusis matuoklis, suprojektuotas su STM32, HLE8 0 12 ir „WiFi“ moduliu, pasižymi didelio tikslumo, mažos energijos suvartojimo ir belaidžio matuoklio rodmenimis. Išmanusis matuoklis, suprojektuotas naudojant RS485 modulį ir „Zigbee“ belaidžio ryšio technologiją, realaus laiko dvipusį komunikaciją realu, tuo pačiu efektyviai sumažindamas ryšių sąnaudas. Išmanusis matuoklis, suprojektuotas su STM32, SI4463 belaidžiu siųstuvu ir GSM moduliu, gali automatiškai įrašyti elektros energijos sąskaitas ir palaikyti nuotolinius vartotojų užklausas. Priešingai, išmanusis matuoklis, suprojektuotas šiame dizaine, turi aukštą matavimo tikslumą - iki 0,002%ir realizuoja nebrangų, belaidžio matuoklio rodmenis, elektros energijos sąskaitos įrašymo ir vartotojo tyrimo funkcijas. Tuo pačiu metu ji turi paprastą grandinės struktūrą, išsamias funkcijas ir stiprų praktiškumą bei veiklą.
5 Išvada
Norėdami išspręsti tradicinio elektrinio matuoklio dizaino didelių priežiūros išlaidų problemą, „Zhejiang Reallin Electron Co., Ltd.“ sukūrė belaidžio intelektualiojo elektros matuoklio sistemą, pagrįstą „WiFi“ ryšiu. Remdamasis STM32 valdymo moduliu, sistema naudoja kintamosios srovės įtampą\/dabartinį modulį, kad realiojo laiko surinkimo, apdorojimo ir perdavimo realiuoju laiku realiuoju laiku realiu laiku realiuoju laiku realiuoju laiku surinktų, energijos ir elektros mokesčių duomenis realiuoju laiku realiuoju laiku. Kartu su sistemos „WiFi“ ryšio modulio belaidžio matuoklio skaitymo funkcija, vartotojai gali nuotoliniu būdu peržiūrėti energijos duomenis ir valdyti per mobiliojo telefono programą, realiuoju laiku stebėti ir tiksliai parodyti galią, žymiai pagerinti vartotojo patirtį ir pagerinti sistemos veikimo intelekto lygį ir patogumą. Sistema turi paprastą grandinės struktūrą, išsamias funkcijas, stiprią praktiškumą ir veiklą bei plačias taikymo rinkos perspektyvas.