基于STM32的遠(yuǎn)程電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

田朋剛 嚴(yán)寧 丁禮磊 安康學(xué)院電子與信息工程學(xué)院

隨著電子信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控在我們生活中應(yīng)用非常廣泛，它使我們生活更加快捷、方便。電能是我們生活不可或缺的重要能源，電網(wǎng)的安全運(yùn)行關(guān)系到國(guó)民生產(chǎn)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(duì)稱性設(shè)備，以及各種故障會(huì)影響電網(wǎng)質(zhì)量，所以需要時(shí)刻掌握了解電網(wǎng)的運(yùn)行的狀況，對(duì)電網(wǎng)的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能夠及時(shí)地將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳遞至遠(yuǎn)程監(jiān)控端，供相關(guān)人員觀測(cè)和分析[1]。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由電能采集終端、網(wǎng)關(guān)設(shè)備和遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)通過(guò)電能計(jì)量傳感器獲得終端電能數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)STM32 處理后通過(guò)CAN 總線的方式傳傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)設(shè)備，然后將數(shù)據(jù)通過(guò)Internet 網(wǎng)絡(luò)和MQTT 服務(wù)器發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)等[2]。(見(jiàn)圖1)

二、硬件設(shè)計(jì)

(一)主控模塊

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

為了使測(cè)量方便可靠、降低成本，本系統(tǒng)使用STM32F103C8T6 單片機(jī)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(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端、網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行通訊，同時(shí)有5 路USART接口[3]，能方便與Wifi 模塊以及電能計(jì)量傳感器進(jìn)行通信。

(二)傳感器模塊

本系統(tǒng)采用的電能計(jì)量傳感器模塊是深圳市艾銳達(dá)公司的IM1253B 單相交直流模塊，該模塊可以測(cè)量45～65Hz 的交流電壓、電流、功率因數(shù)、功率和電能等數(shù)據(jù)，可通過(guò)串口方便與其他單片機(jī)進(jìn)行通訊。

三、MQTT 服務(wù)器

MQTT 協(xié)議是廣泛應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，使用MQTT 協(xié)議需要MQTT 的代理。本次設(shè)計(jì)使用開(kāi)源的MQTT 組件來(lái)在阿里云服務(wù)器搭建一個(gè)MQTT 服務(wù)器，具體搭建過(guò)程可以參照相關(guān)文檔。搭建完MQTT 服務(wù)器后，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端和遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的就可以信息交互。

四、遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)

遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)使用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)平臺(tái)是visual studio2010。官方提供了與MQTT 服務(wù)器的動(dòng)態(tài)庫(kù)，包括服務(wù)器的連接、數(shù)據(jù)的發(fā)送和數(shù)據(jù)的接收函數(shù)等。監(jiān)控平臺(tái)接收過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，可以一邊實(shí)時(shí)顯示，一邊存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)服務(wù)器中，方便后續(xù)的分析和處理。本系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)Microsoft SQL Server 2008。

五、結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)以自己搭建的MQTT 服務(wù)器作為數(shù)據(jù)中心，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)電能數(shù)據(jù)，并在遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)顯示和存儲(chǔ)，在電力系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化建設(shè)中將有一定的應(yīng)用價(jià)值。