メンテナンスコストの高い問題と従来の電気メーターの読み取りの利便性の低さを解決するために、WiFi通信に基づくワイヤレススマート電気メーターシステムが開発されました。このシステムは、STM32をコントローラーとして使用し、組み込みのAC電圧\/電流モジュールを採用して電源グリッドの電圧と電流信号を収集し、WiFiワイヤレス伝送を介した電気エネルギーデータの送信を実現します。 OLEDとAPPと組み合わせて、ユーザーは電圧、電流、電気料金、電気エネルギーデータをリアルタイムで監視および管理できます。テストは、システムの測定精度が{0。002％であり、ユーザーはいつでも電源データを照会できることを示しています。
キーワード：wifi;スマートメーター; STM32; OLED;アプリ
コンテンツ
1。システム全体の設計
エネルギー構造の変換とスマートグリッドの迅速な発展により、Smart Metersは、最新の電力システムの主要コンポーネントとして、正確な電力測定を実現するだけでなく、リモート監視、データ送信、エネルギー管理、その他の機能を統合することもできます。彼らは徐々に従来の機械的または電子メーターに取って代わり、電力システムのインテリジェントな管理と最適化を強力にサポートしています。現在、マイクロコントローラーに基づくスマートメーターは研究ホットスポットになっています。 32-ビットDSPとアームテクノロジーを組み合わせて、電圧データの収集、ストレージ、リアルタイムの視覚化が実現します。 EM773はワイヤレストランスミッションチップNRF24L01と組み合わされ、データはバステクノロジーを介してホストコンピューターに効率的に送信され、リアルタイムの監視、データ収集、電圧の長期ストレージを実現します。さらに、光ファイバーセンサー、デジタルからアナログへの変換チップAD7606、およびVoltcalモジュールは、電圧データの収集で広く使用されています。たとえば、ユーザーの電力消費情報のリアルタイム自動コレクションは、コレクション端末とGPRS送信技術を組み合わせることで実現されます。自己診断機能を備えたパワー情報収集および監視システムは、豊富なオンライン機能を実現するように設計されていますが、高コストで過度に集中的に展開された展開方法は、そのプロモーションと適用をある程度制限しています。 Zhejiang Reallin Electron Co.、Ltd。は、ATT7022EエネルギーメータリングチップをLORAゲートウェイと組み合わせて、メーターデータの送信と受信の信頼性を向上させますが、その測定精度をさらに改善する必要があります。 LORAとGPRSの通信技術を組み合わせたアームベースのエネルギー取得システムは、検出精度を向上させますが、多数の測定ポイントはデータの負荷速度の低下につながり、データ取得のリアルタイムパフォーマンスを保証することは困難です。調査によると、現在のエネルギー獲得システムの研究分野は、環境適応性の低さ、複雑なソフトウェアとハードウェアの設計、高コストなど、依然として多くの課題に直面していることがわかりました。したがって、このペーパーでは、主に電圧と電流モジュールを使用して電圧と現在の信号を正確に収集し、WiFiを介した効率的なデータ送信を実現し、ユーザー向けの携帯電話アプリをリモートおよび管理するための携帯電話アプリを設計して、電圧、電気料金、エネルギーを管理するための携帯電話アプリを設計するWiFi通信に基づいたワイヤレススマートメーターシステムを設計します。
このシステムは、主にデータ収集、データ送信、データ表示の3つの部分で構成されています。全体的な設計フレームワークを図1に示します。データ収集パーツは、STM32の組み込みA\/Dコンバーターを使用して、リアルタイム電圧と電流データを取得します。データ通信部品は、ESP8266モジュールを使用して、ワイヤレスデータ送信を実現します。データディスプレイパーツは、OLEDとアプリを組み合わせて、リアルタイム電圧、電流、電源、その他の情報を直感的に表示およびクエリします。
2システムハードウェア設計
2.1システム回路設計全体
STM32の小さなパッケージサイズ、高速操作、低消費電力などのSTM32の利点を考慮して、システムはAC電圧\/電流検出モジュール、OLEDディスプレイ、WiFiモジュールなどと組み合わせてSTM32で構成されています。全体のハードウェア回路は、図2に示されています。 STM32コントローラーは、収集されたリアルタイム電圧と電流をリアルタイム電力P、蓄積電力Q、蓄積電価Vに変換します。ESP8266モジュールは、取得したデータをシリアルポートを介してワイヤレスネットワークデータシグナルに効率的に変換し、メーターのリアルタイムデータを携帯電話を介してリモートでコントロールできます。
図2システムの全体的なハードウェア回路
2.2 STM32コントローラー回路設計
STM32コントローラー回路は、主に図3に示すように、リセット回路、結晶発振器、およびSTM32で構成されています。
図3 STM32コントローラー回路
2.3 AC電圧\/電流検出回路の設計
AC電圧\/電流検出回路を図4に示します。主電源のアナログ電流\/電圧信号を収集した後、A\/Dを介して電圧および電流デジタル信号に変換できます。回路は、2つのA\/D Digital-to-Analogコンバーターとエネルギー測定コアを統合します。エネルギー計量コアには、AC電圧トランス回路とAC電流トランス回路の2つの部分が含まれます。 AC電圧変圧器回路の設計を図5に示します。測定された回路のAC電圧は、電圧トランスを介して小さな電圧AC信号を生成します。 STM32コントローラーは、DC信号のアナログからデジタルへの変換を完了することができます。したがって、検出されたACスモール信号は修正およびフィルタリングされ、STM32コントローラーに送信されて電圧信号の取得を完了します。電圧変圧器はTV 1005-1 Mを使用します。これは、整流と副次変換のために整流とフィルタリング後にSTM32のアナログからデジタルへの入力ポートに送信されます。 AC電流トランス回路を図6に示します。AC電流トランスはTA 1005-1 Mを使用して、電流信号の獲得を実現します。巻線T2は、電気ネットワークポートの電圧を比例的に減らし、ダイオードD2は負の半軸電気信号を整理してフィルタリングします。二次電流のアナログ値はオームの法則に従って計算され、二次電流値に比例スケーリング係数を掛けて、測定するリアルタイム電流値を取得します。残りのプロセスは、電圧取得と同じです。
図4 AC電圧と電流検出回路
図5 AC電圧変圧器回路
図6 AC電流トランス回路
2.4 OLEDディスプレイ回路設計
このシステムは、低駆動電圧と低エネルギー消費の特性を持つディスプレイデバイスとして4ピンOLEDディスプレイを使用します。 STM32は、ディスプレイコンテンツを制御するために、SPIバスを介してOLEDディスプレイに指示とデータを送信します。回路設計を図7に示します。
2.5ワイヤレストランスミッション回路設計
システムは、WiFi _ ESP8266モジュールを使用して、データのワイヤレス通信を実現します。完全で自己完結型のWi-Fiネットワークソリューションとして、ESP8266はSoftAP、ステーション、ソフトアップ\/ステーションモード[18-19]で動作できます。回路設計を図8に示します。ESP8266モジュールのピンP4（TXD）はマイクロコントローラーピンPに接続され、ピンP8（RXD）はマイクロコントローラーピンP9に接続され、ピンPは接地され、ピンP5はPIN P5、P7は電源に接続され、PIN PIN PIN PIN PINS P2、P3は無効です。
3.システムソフトウェア設計
システム全体のソフトウェアが電源を入れて初期化された後、AC電圧\/電流取得モジュールは、リアルタイムの平均電圧と平均電流値を読み取ります。 STM32制御モジュールは、受信したデータを解析および処理し、リアルタイムの電力Pと累積電力Qを計算し、累積電力について過負荷判断を下します。オーバーロードシステムの電源が切れている場合、ブザーアラームは同時に作動します。それ以外の場合、データはOLEDディスプレイモジュールと携帯電話アプリに同期して送信されます。
4。システムソフトウェアとハードウェアのデバッグ
4.1システムソフトウェアのデバッグ
このシステムは、ソフトウェアデバッグにKEIL4を使用して、プログラムロジック、機能、およびコンパイルのエラーを確認します。プログラムを要件に従って作成し、プログラムをコンパイルして実行するプロジェクトを確立すると、プログラムは正しいサフィックスで16進ファイルを自動的に生成します。シリアルポートデバッグツールSSCOMを使用して、ソフトウェアとハードウェアを接続してダウンロードします。
4.2システムハードウェアデバッグ
システムの動的デバッグを実行して、ハードウェア回路の冷たいはんだ付け、漏れ、短絡、開回路、信号の異常などの問題を検出および解決します。デバッグの結果を図11に示します。
4.3システム全体の機能の実証
設計を検証するために、ソフトウェアとハードウェアのジョイントデバッグが実行され、ロードテストの結果を図12に示します。システムが負荷に接続され、テストが始まると、OLEDは蓄積された電力Qが0であることを示しています。接続され、メーターは通常の作業条件です。結果は、システム測定精度が0。002％に達することを示しています。
対応する携帯電話アプリは、データのリアルタイム送信と視覚化を実現し、ユーザーエクスペリエンスを向上させるために開発されています。電圧、電流、電力、電気請求書のデータなどの重要な情報を表示できるため、ユーザーは電力消費量を完全に理解できるようにします。同時に、Wi-Fiを接続してシステムを起動するための2つの仮想ボタンがインターフェイスで構成されており、スマートメーターのリモートコントロール機能を実現します。
STM32、HLE8 0 12、およびWiFiモジュールで設計されたスマートメーターには、高精度、低消費電力、ワイヤレスメーターの読み取りの特性があります。 RS485モジュールとZigbeeワイヤレス通信テクノロジーで設計されたスマートメーターは、リアルタイムの双方向通信を実現しながら、コミュニケーションコストを効果的に削減します。 STM32、SI4463ワイヤレストランシーバー、およびGSMモジュールで設計されたスマートメーターは、電力料金を自動的に記録し、ユーザーのリモート問い合わせをサポートできます。対照的に、この設計で設計されたスマートメーターは、測定精度が最大で最大0.002％であり、低コスト、ワイヤレスメーターの読み取り、電気料金の記録、ユーザーの問い合わせ機能を実現しています。同時に、単純な回路構造、包括的な機能、強力な実用性と操作性を備えています。
5結論
従来の電気メーター設計の高いメンテナンスコストの問題を解決するために、Zhejiang Reallin Electron Co.、Ltd。は、WiFi通信に基づいてワイヤレススマート電気メーターシステムを設計しました。 STM32制御モジュールに基づいて、システムはAC電圧\/電流モジュールを使用して、電気エネルギーデータのリアルタイム収集、処理、および送信を実現し、システムの電圧、電流、電力、電力料金のデータをリアルタイムで表示することもできます。システムWiFi通信モジュールのワイヤレスメーター読み取り関数と組み合わせることで、ユーザーは携帯電話アプリを介して電源データと制御をリモートで表示し、リアルタイムの追跡と電力の正確な表示を実現し、ユーザーエクスペリエンスを大幅に改善し、システムの操作のインテリジェンスレベルと利便性を高めることができます。このシステムには、単純な回路構造、包括的な機能、強力な実用性と操作性、および広範なアプリケーション市場の見通しがあります。