به منظور حل مشکلات هزینه نگهداری بالا و راحتی کم خواندن کنتورهای الکتریکی سنتی ، یک سیستم کنتور الکتریکی هوشمند بی سیم مبتنی بر ارتباطات WiFi ایجاد شد. این سیستم از STM32 به عنوان کنترل کننده استفاده می کند ، ماژول داخلی ولتاژ\/جریان داخلی را برای جمع آوری ولتاژ و سیگنال های فعلی شبکه برق تصویب می کند و از طریق انتقال بی سیم WiFi متوجه انتقال داده های انرژی الکتریکی می شود. همراه با OLED و برنامه ، کاربران می توانند در زمان واقعی ، ولتاژ ، جریان ، صورتحساب برق و انرژی الکتریکی را کنترل و مدیریت کنند. آزمایشات نشان می دهد که این سیستم دارای دقت اندازه گیری 0 002 ٪ است ، و کاربران می توانند از داده های قدرت در هر زمان پرس و جو کنند ، که دارای عملی و عملکرد خوبی است.
کلمات کلیدی: WiFi ؛ متر هوشمند ؛ STM32 ؛ OLED برنامه
محتوا
2.3 AC ولتاژ\/طراحی مدار تشخیص جریان
4. نرم افزار سیستم و اشکال زدایی سخت افزار
4.1 اشکال زدایی نرم افزار سیستم
4.2 اشکال زدایی سخت افزار سیستم
1. طراحی کلی سیستم
با تغییر ساختار انرژی و توسعه سریع شبکه هوشمند ، کنتورهای هوشمند ، به عنوان مؤلفه های اصلی در سیستم های قدرت مدرن ، نه تنها می توانند اندازه گیری دقیق انرژی را تحقق بخشند ، بلکه نظارت از راه دور ، انتقال داده ها ، مدیریت انرژی و سایر کارکردها را نیز ادغام می کنند. آنها به تدریج در حال جایگزینی کنتورهای مکانیکی یا الکترونیکی سنتی هستند و پشتیبانی جدی برای مدیریت هوشمند و بهینه سازی سیستم های برق ارائه می دهند. در حال حاضر ، کنتورهای هوشمند مبتنی بر میکروکنترلرها به یک کانون تحقیقاتی تبدیل شده اند. ترکیب 32- Bit DSP و فناوری بازو ، دستیابی به داده های ولتاژ ، ذخیره سازی و تجسم در زمان واقعی تحقق می یابد. EM773 با تراشه انتقال بی سیم NRF24L01 ترکیب شده است ، و داده ها از طریق فناوری CAN Bus برای تحقق نظارت بر زمان واقعی ، دستیابی به داده ها و ذخیره طولانی مدت ولتاژ به رایانه میزبان منتقل می شوند. علاوه بر این ، سنسورهای فیبر نوری ، تراشه های تبدیل دیجیتال به آنالوگ AD7606 و ماژول های ولتاژال به طور گسترده ای در جمع آوری داده های ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال ، جمع آوری خودکار در زمان واقعی اطلاعات مصرف برق کاربر با ترکیب ترمینال جمع آوری و فناوری انتقال GPRS تحقق می یابد. یک سیستم جمع آوری و نظارت بر اطلاعات با عملکرد خود تشخیص برای تحقق عملکردهای غنی آنلاین طراحی شده است ، اما هزینه بالا و روش استقرار بیش از حد متمرکز ، ارتقاء و کاربرد آن را تا حدی محدود می کند. شرکت Zhejiang Reallin Electron Electron ، Ltd. تراشه اندازه گیری انرژی ATT7022E را با دروازه لورا ترکیب می کند تا قابلیت اطمینان انتقال و دریافت داده متر را بهبود ببخشد ، اما دقت اندازه گیری آن هنوز هم باید بهبود یابد. سیستم دستیابی به انرژی مبتنی بر بازو که ترکیبی از فناوری ارتباطات LORA و GPRS است ، دقت تشخیص را بهبود می بخشد ، اما تعداد زیادی از نقاط اندازه گیری منجر به کاهش سرعت بارگیری داده ها می شود و عملکرد در زمان واقعی کسب داده ها تضمین می شود. تحقیقات نشان داده است که زمینه تحقیقاتی فعلی سیستم های دستیابی به انرژی هنوز با چالش های بسیاری از جمله سازگاری ضعیف محیط زیست ، نرم افزار پیچیده و طراحی سخت افزار و هزینه بالا روبرو است. بنابراین ، در این مقاله یک سیستم متر هوشمند بی سیم مبتنی بر ارتباطات WiFi طراحی شده است ، که عمدتاً از ماژول های ولتاژ و فعلی برای جمع آوری دقیق ولتاژ و سیگنال های فعلی استفاده می کند ، انتقال داده های کارآمد را از طریق WiFi درک می کند و یک برنامه تلفن همراه را برای کاربران طراحی می کند تا از راه دور و ولتاژ ، لوایح برق و استفاده از انرژی را مشاهده و مدیریت کنند.
این سیستم عمدتاً از سه بخش تشکیل شده است: جمع آوری داده ها ، انتقال داده ها و نمایش داده ها. چارچوب طراحی کلی در شکل 1 نشان داده شده است. قسمت کسب داده از مبدل داخلی A\/D STM32 برای به دست آوردن ولتاژ در زمان واقعی و داده های فعلی استفاده می کند. بخش ارتباطات داده از ماژول ESP8266 برای تحقق انتقال داده های بی سیم استفاده می کند. قسمت Data Display ترکیب OLED و برنامه را برای نمایش شهودی ولتاژ در زمان واقعی ، جریان ، قدرت و سایر اطلاعات نشان می دهد.
2 طراحی سخت افزار سیستم
2.1 طراحی مدار کلی سیستم
با توجه به مزایای STM32 مانند اندازه بسته های کوچک ، عملکرد سریع و مصرف کم مصرف ، این سیستم از STM32 به عنوان کنترل کننده هسته تشکیل شده است ، همراه با ماژول تشخیص ولتاژ AC\/جریان ، صفحه نمایش OLED و ماژول WiFi و و غیره. کل مدار سخت افزاری در شکل 2 نشان داده شده است. ولتاژ AC ولتاژ\/جریان ماژول برای جمع آوری ولتاژ و جریان در جریان است. کنترلر STM32 ولتاژ جمع آوری شده و جریان را به زمان واقعی P ، انرژی الکتریکی جمع شده q و قیمت برق جمع شده تبدیل می کند.
شکل 2 مدار سخت افزاری کلی سیستم
2.2 طراحی مدار کنترلر STM32
مدار کنترلر STM32 به طور عمده از یک مدار تنظیم مجدد ، یک مدار نوسان ساز کریستالی و STM32 تشکیل شده است ، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است.
شکل 3 مدار کنترلر STM32
2.3 طراحی ولتاژ AC\/مدار تشخیص جریان
مدار تشخیص ولتاژ\/جریان AC در شکل 4 نشان داده شده است. پس از جمع آوری سیگنال جریان\/ولتاژ آنالوگ\/ولتاژ اصلی ، می توان آن را از طریق A\/D به ولتاژ و سیگنال های دیجیتالی فعلی تبدیل کرد. مدار دو مبدل دیجیتال به آنالوگ A\/D و هسته اندازه گیری انرژی را ادغام می کند. هسته اندازه گیری انرژی شامل دو بخش است: مدار ترانسفورماتور ولتاژ AC و مدار ترانسفورماتور جریان AC. طراحی مدار ترانسفورماتور ولتاژ AC در شکل 5 نشان داده شده است. ولتاژ AC در مدار اندازه گیری شده از طریق ترانسفورماتور ولتاژ یک سیگنال AC ولتاژ کوچک ایجاد می کند. کنترلر STM32 می تواند تبدیل آنالوگ به دیجیتال سیگنال DC را تکمیل کند. بنابراین ، سیگنال کوچک AC تشخیص داده شده قبل از ارسال به کنترلر STM32 اصلاح و فیلتر می شود تا بتواند دستیابی به سیگنال ولتاژ را تکمیل کند. ترانسفورماتور ولتاژ از تلویزیون {8} m m استفاده می کند ، که پس از اصلاح و فیلتر برای تبدیل آنالوگ به دیجیتال به درگاه ورودی آنالوگ به دیجیتال STM32 منتقل می شود. مدار ترانسفورماتور جریان AC در شکل 6 نشان داده شده است. ترانسفورماتور جریان AC برای تحقق کسب سیگنال فعلی از TA {15} m استفاده می کند. سیم پیچ T2 به طور متناسب ولتاژ درگاه شبکه الکتریکی را کاهش می دهد و دیود D2 سیگنال الکتریکی نیمه محور منفی را اصلاح و فیلتر می کند. مقدار آنالوگ جریان ثانویه طبق قانون OHM محاسبه می شود و مقدار جریان ثانویه توسط ضریب مقیاس گذاری متناسب برای به دست آوردن مقدار جریان در زمان واقعی اندازه گیری می شود. بقیه فرآیند همانند ولتاژ است.
شکل 4 ولتاژ AC و مدار تشخیص جریان
شکل 5 مدار ترانسفورماتور ولتاژ AC
شکل 6 مدار ترانسفورماتور جریان AC
2.4 طراحی مدار صفحه OLED
این سیستم از صفحه نمایش OLED چهار پین به عنوان دستگاه نمایش استفاده می کند که ویژگی های ولتاژ رانندگی کم و مصرف کم انرژی را دارد. STM32 دستورالعمل ها و داده ها را از طریق اتوبوس SPI به صفحه نمایش OLED ارسال می کند تا محتوای صفحه نمایش را کنترل کند. طراحی مدار در شکل 7 نشان داده شده است.
2.5 طراحی مدار انتقال بی سیم
این سیستم برای تحقق ارتباط بی سیم از داده ها از ماژول WiFi {0}}}} ESP8266 استفاده می کند. به عنوان یک راه حل شبکه Wi-Fi کامل و خود ، ESP8266 می تواند در حالت های SoftAP ، Station و SoftAP\/ایستگاه [{5 {}}] کار کند. طراحی مدار در شکل 8 نشان داده شده است. PIN P4 (TXD) از ماژول ESP8266 به پین میکروکنترلر P وصل شده است ، PIN P8 (RXD) به میکروکنترلر PIN P9 متصل شده است ، پین P زمینی است ، پین های P5 و P7 به منبع تغذیه وصل می شوند و پین های P2 ، P3 و P6 بدون بارگذاری می شوند.
3. طراحی نرم افزار سیستم
بعد از اینکه نرم افزار کلی سیستم از آن استفاده می شود و اولیه می شود ، ماژول AC ولتاژ\/جریان فعلی ، ولتاژ متوسط در زمان واقعی و مقادیر فعلی فعلی را می خواند. ماژول کنترل STM32 داده های دریافت شده را تجزیه می کند و پردازش می کند ، قدرت واقعی P و قدرت انباشته شده را محاسبه می کند و قضاوت اضافه بار را بر روی قدرت انباشته می کند. اگر سیستم اضافه بار خاموش شود ، زنگ هشدار Buzzer در همان زمان فعال می شود. در غیر این صورت ، داده ها به طور همزمان به ماژول صفحه نمایش OLED و برنامه تلفن همراه منتقل می شوند.
4. نرم افزار سیستم و اشکال زدایی سخت افزار
4.1 اشکال زدایی نرم افزار سیستم
این سیستم از KEIL4 برای اشکال زدایی نرم افزار برای بررسی خطاها در منطق برنامه ، عملکرد و تدوین استفاده می کند. برنامه را مطابق با الزامات بنویسید ، یک پروژه برای تهیه و اجرای برنامه ایجاد کنید و برنامه به طور خودکار یک فایل HEX را با پسوند صحیح تولید می کند. برای اتصال نرم افزار و سخت افزار و بارگیری آن از ابزار اشکال زدایی پورت سریال SSCOM استفاده کرده و آن را بارگیری کنید.
4.2 اشکال زدایی سخت افزار سیستم
اشکال زدایی پویا از سیستم را برای تشخیص و حل مشکلاتی از قبیل لحیم کاری سرد ، لحیم کاری نشت ، مدار کوتاه ، مدار باز و ناهنجاری سیگنال در مدار سخت افزار انجام دهید. نتایج اشکال زدایی در شکل 11 نشان داده شده است.
4.3 نمایش عملکردهای کلی سیستم
به منظور تأیید طراحی ، اشکال زدایی مشترک نرم افزار و سخت افزار انجام شد ، و نتایج تست بار در شکل 12 نشان داده شده است. متصل و متر در شرایط کار عادی است. نتایج نشان می دهد که دقت اندازه گیری سیستم به 8 {8}}. 002 ٪ می رسد.
برنامه تلفن همراه مربوطه برای تحقق انتقال و تجسم در زمان واقعی و بهبود تجربه کاربر تهیه شده است. این می تواند اطلاعات کلیدی مانند ولتاژ ، جریان ، برق ، برق و داده قبض برق را نشان دهد تا کاربران بتوانند مصرف برق را به طور کامل درک کنند. در عین حال ، دو دکمه مجازی برای اتصال Wi-Fi و شروع سیستم در رابط پیکربندی شده اند تا عملکرد کنترل از راه دور کنتور هوشمند را تحقق بخشند.
متر هوشمند طراحی شده با STM32 ، HLE8 {7}} 12 و ماژول WiFi دارای ویژگی های دقت بالا ، مصرف کم مصرف و خواندن متر بی سیم است. متر هوشمند طراحی شده با ماژول RS485 و فناوری ارتباطات بی سیم Zigbee ، ارتباط دو طرفه در زمان واقعی را تحقق می بخشد و در عین حال هزینه های ارتباطی را کاهش می دهد. متر هوشمند طراحی شده با STM32 ، SI4463 Transceiver Wireless و GSM می تواند به طور خودکار صورتحساب برق را ضبط کرده و از سوالات از راه دور کاربران پشتیبانی کند. در مقابل ، کنتور هوشمند طراحی شده در این طرح دارای دقت اندازه گیری بالایی ، حداکثر 0.002 ٪ است و با هزینه کم ، خواندن متر بی سیم ، ضبط قبض برق و عملکرد پرس و جو کاربر متوجه می شود. در عین حال ، دارای یک ساختار مدار ساده ، کارکردهای جامع و عملی و عملکرد قوی است.
5 نتیجه گیری
به منظور حل مشکل هزینه نگهداری بالا از طراحی کنتور برقی سنتی ، شرکت ژجیانگ Reallin Electron ، آموزشی ویبولیتین یک سیستم سنج برقی هوشمند بی سیم را بر اساس ارتباطات WiFi طراحی کرد. بر اساس ماژول کنترل STM32 ، این سیستم از ولتاژ AC\/ماژول فعلی برای تحقق جمع آوری ، پردازش و انتقال داده های انرژی الکتریکی در زمان واقعی استفاده می کند و همچنین می تواند داده های ولتاژ ، جریان ، برق و هزینه های برق را در زمان واقعی نشان دهد. همراه با عملکرد خواندن متر بی سیم ماژول ارتباطی سیستم WiFi ، کاربران می توانند از راه دور داده های برق را از طریق برنامه تلفن همراه مشاهده کنند ، ردیابی در زمان واقعی و نمایش دقیق قدرت را تحقق بخشند ، به طور قابل توجهی تجربه کاربر را بهبود بخشند و سطح هوش و راحتی عملکرد سیستم را تقویت کنند. این سیستم دارای یک ساختار مدار ساده ، کارکردهای جامع ، عملی و عملکرد قوی و چشم انداز گسترده بازار کاربرد است.