Para resolver los problemas de alto costo de mantenimiento y la baja conveniencia de leer medidores eléctricos tradicionales, se desarrolló un sistema inalámbrico de medidores eléctricos inteligentes basado en la comunicación WiFi. El sistema utiliza STM32 como controlador, adopta el módulo de voltaje\/corriente de CA incorporado para recopilar las señales de voltaje y corriente de la red eléctrica, y se da cuenta de la transmisión de datos de energía eléctrica a través de la transmisión inalámbrica WiFi. Combinado con OLED y APP, los usuarios pueden monitorear y administrar datos de voltaje, corriente, factura de electricidad y energía eléctrica en tiempo real. Las pruebas muestran que el sistema tiene una precisión de medición de 0. 002%, y los usuarios pueden consultar los datos de potencia en cualquier momento, lo que tiene una buena practicidad y operabilidad.
Palabras clave: wifi; medidor inteligente; STM32; OLED; Aplicación
Contenido
2. Diseño de hardware del sistema
2.1 Diseño general del circuito del sistema
2.2 Diseño del circuito del controlador STM32
2.3 Diseño de circuito de detección de voltaje\/corriente de CA
2.4 Diseño de circuito de visualización OLED
2.5 Diseño de circuito de transmisión inalámbrico
3. Diseño de software del sistema
4. Sistema de software y depuración de hardware
4.1 Depuración del software del sistema
4.2 Depuración del hardware del sistema
4.3 Demostración de función general del sistema
1. Diseño general del sistema
Con la transformación de la estructura de energía y el rápido desarrollo de la red inteligente, los medidores inteligentes, como componentes clave en los sistemas de energía modernos, no solo pueden realizar una medición precisa de energía, sino también integrar monitoreo remoto, transmisión de datos, gestión de energía y otras funciones. Están reemplazando gradualmente a medidores mecánicos o electrónicos tradicionales, proporcionando un fuerte soporte para la gestión inteligente y la optimización de los sistemas de energía. En la actualidad, los medidores inteligentes basados en microcontroladores se han convertido en un punto de acceso de investigación. Se realizan {32- Bit DSP y tecnología ARM, adquisición de datos de voltaje, almacenamiento y visualización en tiempo real. EM773 se combina con el chip de transmisión inalámbrico NRF24L01, y los datos se transmiten de manera eficiente a la computadora host a través de la tecnología de bus de canales para realizar un monitoreo en tiempo real, la adquisición de datos y el almacenamiento a largo plazo de voltaje. Además, los sensores de fibra óptica, los chips de conversión digital a analógico AD7606 y los módulos voltcales se utilizan ampliamente en la recopilación de datos de voltaje. Por ejemplo, la recopilación automática en tiempo real de información de consumo de electricidad del usuario se realiza combinando el terminal de recolección y la tecnología de transmisión GPRS. Un sistema de recopilación y monitoreo de información de potencia con función de autodiagnóstico está diseñado para realizar funciones en línea ricas, pero el método de implementación demasiado centralizado y de alto costo limitan su promoción y aplicación en cierta medida. Zhejiang Reallin Electron Co., Ltd. combina el chip de medición de energía ATT7022E con la puerta de enlace Lora para mejorar la confiabilidad de la transmisión y recepción de datos del medidor, pero su precisión de medición aún debe mejorarse aún más. El sistema de adquisición de energía basado en ARM que combina la tecnología de comunicación LORA y GPRS mejora la precisión de la detección, pero la gran cantidad de puntos de medición conduce a una disminución en la velocidad de carga de datos y el rendimiento en tiempo real de la adquisición de datos es difícil de garantizar. La investigación ha encontrado que el campo de investigación actual de los sistemas de adquisición de energía todavía enfrenta muchos desafíos, como una mala adaptabilidad ambiental, software complejo y diseño de hardware, y alto costo. Por lo tanto, este documento diseña un sistema inalámbrico de medidores inteligentes basado en la comunicación WiFi, que utiliza principalmente módulos de voltaje y corriente para recopilar con precisión las señales de voltaje y corriente, realiza una transmisión de datos eficiente a través de WiFi y diseña una aplicación de teléfono móvil para que los usuarios vean y administren voltaje, corriente, facturas de electricidad y uso de energía.
El sistema consta principalmente de tres partes: adquisición de datos, transmisión de datos y visualización de datos. El marco de diseño general se muestra en la Figura 1. La parte de adquisición de datos utiliza el convertidor A\/D incorporado de STM32 para obtener datos de voltaje y corriente en tiempo real; La parte de comunicación de datos utiliza el módulo ESP8266 para realizar la transmisión de datos inalámbricos; La parte de visualización de datos combina OLED y APP para mostrar intuitivamente y consultar voltaje en tiempo real, corriente, potencia y otra información.
2 diseño de hardware del sistema
2.1 Diseño general del circuito del sistema
En vista de las ventajas de STM32, como el tamaño del paquete pequeño, la operación rápida y el bajo consumo de energía, el sistema está compuesto por STM32 como el controlador de núcleo, combinado con el módulo de detección de voltaje\/corriente de CA, pantalla OLED y módulo WiFi, etc. El circuito de hardware general se muestra en la Figura 2. El módulo de detección de voltaje\/corriente de CA se utiliza para recoger el voltaje y la corriente en el tiempo real. El controlador STM32 convierte el voltaje y la corriente en tiempo real recolectados en energía en tiempo real P, la energía eléctrica acumulada Q y el precio de la electricidad acumulado V. El módulo ESP8266 convierte eficientemente los datos adquiridos en señales de datos de red inalámbricas a través del puerto en serie, y los datos en tiempo real del medidor pueden ser revisados remotamente y controlados a través de la aplicación de los teléfonos móviles.
Figura 2 Circuito de hardware general del sistema
2.2 Diseño del circuito del controlador STM32
El circuito del controlador STM32 consiste principalmente en un circuito de reinicio, un circuito oscilador de cristal y STM32, como se muestra en la Figura 3.
Figura 3 Circuito del controlador STM32
2.3 Diseño de voltaje de CA\/circuito de detección de corriente
El circuito de detección de voltaje\/corriente de CA se muestra en la Figura 4. Después de recolectar la señal de corriente\/voltaje analógico de la red eléctrica, se puede convertir en señales digitales de voltaje y corriente a través de A\/D. El circuito integra dos convertidores digitales a anátel A\/D y un núcleo de medición de energía. El núcleo de medición de energía incluye dos partes: el circuito del transformador de voltaje de CA y el circuito del transformador de corriente de CA. El diseño del circuito del transformador de voltaje de CA se muestra en la Figura 5. El voltaje de CA en el circuito medido genera una pequeña señal de CA de voltaje a través del transformador de voltaje. El controlador STM32 puede completar la conversión analógica a digital de la señal DC. Por lo tanto, la señal pequeña de CA detectada se rectifica y filtra antes de enviarlo al controlador STM32 para completar la adquisición de la señal de voltaje. El transformador de voltaje usa TV 1005-1 M, que se transmite al puerto de entrada analógico a digital del STM32 después de la rectificación y el filtrado para la conversión analógica a digital. El circuito del transformador de corriente de CA se muestra en la Figura 6. El transformador de corriente de CA usa ta 1005-1 M para realizar la adquisición de señal de corriente. El devanado T2 reduce proporcionalmente el voltaje del puerto de red eléctrica, y el diodo D2 rectifica y filtra la señal eléctrica negativa de medio eje. El valor analógico de la corriente secundaria se calcula de acuerdo con la ley de OHM, y el valor de corriente secundaria se multiplica por el factor de escala proporcional para obtener el valor de corriente en tiempo real que se medirá. El resto del proceso es el mismo que la adquisición de voltaje.
Figura 4 Voltaje de CA y circuito de detección de corriente
Figura 5 Circuito de transformador de voltaje de CA
Figura 6 Circuito de transformador de corriente de CA
2.4 Diseño de circuito de visualización OLED
El sistema utiliza una pantalla OLED de cuatro pines como dispositivo de visualización, que tiene las características del bajo voltaje de conducción y el bajo consumo de energía. STM32 envía instrucciones y datos a la pantalla OLED a través del bus SPI para controlar el contenido de visualización. El diseño del circuito se muestra en la Figura 7.
2.5 Diseño de circuito de transmisión inalámbrico
El sistema utiliza el módulo wifi _ ESP8266 para realizar una comunicación inalámbrica de datos. Como una solución de red Wi-Fi completa y autónoma, ESP8266 puede funcionar en modos Softap, Station y SoftAP\/Station [18-19]. El diseño del circuito se muestra en la Figura 8. El pin P4 (TXD) del módulo ESP8266 está conectado al microcontrolador Pin P, PIN P8 (RXD) está conectado al microcontrolador P9, el pin P está conectado a tierra, los pines P5 y P7 están conectados al suministro de alimentación y los P2, P2, P3 y P6 están sin carga.
3. Diseño de software del sistema
Después de que el software general del sistema se enciende e inicializa, el módulo de adquisición de voltaje de CA\/corriente lee el voltaje promedio en tiempo real y los valores de corriente promedio; El módulo de control STM32 analiza y procesa los datos recibidos, calcula la potencia en tiempo real P y la potencia acumulada Q, y hace un juicio de sobrecarga sobre la potencia acumulada. Si el sistema de sobrecarga está apagado, la alarma del timbre se activa al mismo tiempo. De lo contrario, los datos se transmiten sincrónicamente al módulo de pantalla OLED y la aplicación de teléfono móvil.
4. Sistema de software y depuración de hardware
4.1 Depuración del software del sistema
El sistema utiliza KEIL4 para la depuración de software para verificar los errores en la lógica del programa, la función y la compilación. Escriba el programa de acuerdo con los requisitos, establezca un proyecto para compilar y ejecutar el programa, y el programa genera automáticamente un archivo HEX con un sufijo correcto. Use la herramienta de depuración del puerto serie SSCOM para conectar el software y el hardware y descargarlo.
4.2 Depuración del hardware del sistema
Realice la depuración dinámica del sistema para detectar y resolver problemas como soldadura en frío, filtración de soldadura, cortocircuito, circuito abierto y anormalidad de señal en el circuito de hardware. Los resultados de la depuración se muestran en la Figura 11.
4.3 Demostración de las funciones generales del sistema
Para verificar la depuración del diseño, el software y la articulación del hardware, y los resultados de la prueba de carga se muestran en la Figura 12. Cuando el sistema está conectado a la carga y la prueba comienza, el OLED muestra que la potencia en tiempo real p es 52W, la potencia acumulada Q es 0. 24389kw\/h, la electricidad en el tiempo real es una tarifa de la electricidad en tiempo real V es 0}}}}. está conectado y el medidor está en condiciones de trabajo normales. Los resultados muestran que la precisión de la medición del sistema alcanza 0. 002%.
La aplicación de teléfono móvil correspondiente se desarrolla para realizar la transmisión y la visualización de datos en tiempo real, y mejorar la experiencia del usuario. Puede mostrar información clave como voltaje, corriente, energía, electricidad y datos de facturas de electricidad, para que los usuarios puedan comprender completamente el consumo de electricidad. Al mismo tiempo, dos botones virtuales para conectar Wi-Fi e iniciar el sistema se configuran en la interfaz para realizar la función de control remoto del medidor inteligente.
El medidor inteligente diseñado con STM32, HLE8 0 12 y el módulo WiFi tiene las características de alta precisión, bajo consumo de energía y lectura de medidores inalámbricos. El medidor inteligente diseñado con el módulo RS485 y la tecnología de comunicación inalámbrica de Zigbee realizan la comunicación bidireccional en tiempo real, al tiempo que reducen los costos de comunicación efectivos. El medidor inteligente diseñado con STM32, transceptor inalámbrico SI4463 y el módulo GSM pueden registrar automáticamente las facturas de electricidad y admitir las consultas remotas de los usuarios. Por el contrario, el medidor inteligente diseñado en este diseño tiene una alta precisión de medición, hasta 0.002%, y realiza una lectura de bajo costo, medidor inalámbrico, grabación de facturas de electricidad y funciones de consulta de usuarios. Al mismo tiempo, tiene una estructura de circuito simple, funciones integrales y una fuerte practicidad y operabilidad.
5 conclusión
Para resolver el problema del alto costo de mantenimiento del diseño tradicional del medidor eléctrico, Zhejiang Reallin Electron Co., Ltd. diseñó un sistema inalámbrico de medidor eléctrico inteligente basado en la comunicación WiFi. Basado en el módulo de control STM32, el sistema utiliza el módulo de voltaje\/corriente de CA para realizar la recopilación, procesamiento y transmisión en tiempo real de datos de energía eléctrica, y también puede mostrar los datos de voltaje, corriente, energía y electricidad de la electricidad del sistema en tiempo real. Combinado con la función de lectura del medidor inalámbrico del módulo de comunicación WiFi del sistema, los usuarios pueden ver de forma remota los datos de potencia y controlar a través de la aplicación del teléfono móvil, realizar un seguimiento en tiempo real y una visualización precisa de energía, mejorar significativamente la experiencia del usuario y mejorar el nivel de inteligencia y la conveniencia del funcionamiento del sistema. El sistema tiene una estructura de circuito simple, funciones integrales, una fuerte practicidad y operabilidad, y amplias perspectivas del mercado de aplicaciones.