基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的水、電、燃?xì)膺h(yuǎn)程抄錄管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

梁玉紅

（湖北汽車工業(yè)學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，十堰 442002）

目前，“互聯(lián)網(wǎng)+”和“智能化”技術(shù)在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，智能化設(shè)備（裝置）正在逐步替代人為操作。住宅小區(qū)的智能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化已成為國內(nèi)住宅建設(shè)的發(fā)展方向。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部提倡的生態(tài)住宅、智能化住宅就包括了供水、供電、供燃?xì)獾闹悄芑h(yuǎn)程抄錄。通過“互聯(lián)網(wǎng)+”遠(yuǎn)程抄錄系統(tǒng)能準(zhǔn)確抄錄各級用戶的水、電、燃?xì)獾仁褂们闆r，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)自動抄表、計(jì)費(fèi)、統(tǒng)計(jì)報表以及遠(yuǎn)程通斷控制等功能，通過互聯(lián)網(wǎng)支付系統(tǒng)，還可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)賬、收繳費(fèi)等強(qiáng)大功能，實(shí)現(xiàn)智能化的管理模式。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的遠(yuǎn)程抄錄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由用戶端和網(wǎng)絡(luò)端兩部分組成。其中用戶端是以STC15W4K32S4單片機(jī)為核心，由信號檢測器、ESP8266和電源管理系統(tǒng)等組成，其中信號檢測器包括水量檢測器、電量檢測器和燃?xì)饬繖z測器。網(wǎng)絡(luò)端由OneNET、具備公網(wǎng)IP服務(wù)器，郵件服務(wù)和手機(jī)等組成。

圖1 基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的遠(yuǎn)程抄錄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 STC15W4K32S4單片機(jī)與ESP8266的接口設(shè)計(jì)

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的遠(yuǎn)程抄錄系統(tǒng)的用戶端以STC15W4-K32S4單片機(jī)為核心。STC15W4K32S4單片機(jī)是STC生產(chǎn)的高速、寬電壓、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，其內(nèi)部集成高精度RC時鐘，無需外接晶振電路，只要在燒寫程序時設(shè)置即可。

2.2 STC15W4K32S4單片機(jī)與水、燃?xì)鈧鞲衅鞯慕涌谠O(shè)計(jì)

水表、燃?xì)獗淼染赞D(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)作為計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)，因此普遍采用霍爾傳感器、干簧管傳感器、磁阻傳感器進(jìn)行測量。本文采用干簧管傳感器測量水量、燃?xì)饬浚ㄟ^干簧管傳感器將水量、燃?xì)饬哭D(zhuǎn)換成對應(yīng)的脈動電壓信號，經(jīng)過整形電路轉(zhuǎn)換為脈沖信號送入STC15W4K32S4單片機(jī)I/O進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)采集計(jì)算。

2.3 單片機(jī)與電量傳感器的接口設(shè)計(jì)

由電能測試芯片ADE7755實(shí)現(xiàn)電能量的計(jì)量。ADE7755是ADI公式生產(chǎn)的專用于電能計(jì)量的芯片，技術(shù)指標(biāo)超過了IEC1036的規(guī)定，ADI7755將有功功率以頻率的形式輸出。

2.4 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.3V直流穩(wěn)壓電源采用AMS1117-3.3V完成降壓和穩(wěn)壓過程，給系統(tǒng)提供穩(wěn)定的3.3V電壓，3.3V電源模塊電路如圖2所示。其中D1作用是防止電源反接，C1、C2是電源輸入濾波。3.3V電源是通過AMS1117-3.3V降穩(wěn)壓電路實(shí)現(xiàn)的，電源電壓由原來的5.5V降為3.3V穩(wěn)定電壓。

圖2 3.3V電源模塊電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件包括用戶端軟件設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)端軟件設(shè)計(jì)。用戶端主程序主要完成對系統(tǒng)中各模塊電路的初始化、數(shù)據(jù)采集、打包上傳等工作。單片機(jī)首先完成串口初始化，設(shè)置好單片機(jī)與ESP8266WiFi模塊通信的波特率為115200，然后對ESP8266進(jìn)行初始化，向Wi-Fi模塊發(fā)送AT指令，使WiFi模塊創(chuàng)建好服務(wù)連接，ESP8266設(shè)置熱點(diǎn)參數(shù)→連接無線網(wǎng)絡(luò)→尋找服務(wù)器IP→連接服務(wù)器→Wi-Fi信號轉(zhuǎn)串口信號的透明傳輸狀態(tài)。當(dāng)收到信號后，對信號進(jìn)行判斷，根據(jù)信號的不同類型產(chǎn)生相應(yīng)的操作，即執(zhí)行水量、電量、燃?xì)饬繑?shù)據(jù)采集及分類管理，并將執(zhí)行的信息打包返回給遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)端。用戶端主程序流程如圖3所示。

圖3 用戶端主程序流程圖

4 結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)調(diào)試表明，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的水、電、燃?xì)膺h(yuǎn)程抄錄管理系統(tǒng)，通過ESP8266和OneNET實(shí)現(xiàn)水量、電量和燃?xì)饬康某浌芾砺?lián)入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了抄錄管理的物聯(lián)網(wǎng)功能。水量、電量和燃?xì)饬康某浌芾硐到y(tǒng)可設(shè)置多級加密功能，定義訪問權(quán)限，增強(qiáng)系統(tǒng)的保密性和安全性，本系統(tǒng)稍加改造即可實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”的測控應(yīng)用。基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的水量、電量和燃?xì)饬康某浵到y(tǒng)是新一代的具有城市性自動化計(jì)量收費(fèi)管理系統(tǒng)，為住宅小區(qū)智能化建設(shè)起到了示范作用，同時，也為“互聯(lián)網(wǎng)+”的測控應(yīng)用提供一種新方案。