[经验]

基于STM32的远程预付费电能监测系统设计与应用

2022-1-14 08:00:01

4659 电能远程监控 STM32

摘要：随着电子信息威廉希尔官方网站的飞速发展，电能的远程监测也得到了迅速的发展，它的发展和应用，对电力系统的安全运行具有重要的意义。本文设计一种基于MQTT服务器的远程电能监测系统，该系统能对用户终端的电压、电流、功率、总电能及功率因数等相关参数进行监测，通过互联网和MQTT服务器将信息传送到远程监控端，远程监控端能实时显示相关参数并存储，可供后续对相关电能参数进行分析和处理。通过实验表明，本系统具有运行稳定性高、易扩展、成本低等优点。

关键词: STM32；电能监测；MQTT

0、引言

随着电子信息威廉希尔官方网站和互联网的飞速发展，对设备的远程监控在我们生活中应用非常广泛，它使我们生活更加快捷、方便。电能是我们生活不可或缺的重要能源，电网的安全运行关系到国民生产的方方面面，然而三相交流系统中存在大量的非线性和不对称性设备，以及各种故障会影响电网质量，所以需要时刻掌握了解电网的运行的状况，对电网的各种参数进行实时监测，并能够及时地将监测数据传递至远程监控端，供相关人员观测和分析。

1、系统设计

系统主要由电能采集终端、网关设备和远程监控平台构成，系统结构如图1所示。系统通过电能计量传感器获得终端电能数据，经单片机STM32处理后通过CAN总线的方式传传输到网关设备，然后将数据通过Internet网络和MQTT服务器发送到远程监控平台，然后将数据进行显示、存储等。( 见图 1)。

图1 系统结构图

2、硬件设计

(一)主控模块为了使测量方便可靠、降低成本，本系统使用STM32F103C8T6单片机作为主控制芯片。该芯片系统功耗低，具有CAN总线接口，方便各个远程监控终端、网关设备进行通讯，同时有5路USART接口，能方便与Wifi模块以及电能计量传感器进行通信。

(二) 传感器模块本系统采用的电能计量传感器模块是深圳市艾锐达公司的IM1253B 单相交直流模块，该模块可以测量45~65Hz 的交流电压、电流、功率因数、功率和电能等数据，可通过串口方便与其他单片机进行通讯。

3、MQTT服务器

MQTT协议是广泛应用的物联网协议，使用MQTT协议需要MQTT的代理。本次设计使用开源的MQTT组件来在阿里云服务器搭建一个MQTT服务器，具体搭建过程可以参照相关文档。搭建完MQTT服务器后，远程监控终端和远程监控平台的就可以信息交互。

4、远程监控平台

远程监控平台使用C#语言开发，开发平台是visual studio2010。官方提供了与 MQTT 服务器的动态库，包括服务器的连接、数据的发送和数据的接收函数等。监控平台接收过来的数据，可以一边实时显示，一边存储在本地数据服务器中，方便后续的分析和处理。本系统使用的数据库时Microsoft SQL Server 2008。

5、安科瑞AcrelCloud-3200预付费水电云平台

5.1 系统方案

系统为B/S架构，主要包括前端管理网站和后台集抄服务，配合公司的预付费电表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用户计量箱ADF300L系列，实现电能计量和电费管理等功能。另外可以选配远传阀控水表组成水电一体预付费系统，达到先交费后用水的目的，剩余水量用完自动关阀。

5.2 系统功能

AcrelCloud-3200预付费水电云平台由云平台-网关-预付费电能表组成，通过通信网络完成系统到表的充值、查询、监控、控制及短信报警等功能。

本系统适用于一些大集团和大物业，往往需要将多个物业环境、分散于各地的物业集中式收费和管理，面临着数据公网传输，财务操作分散，在线支付，总部财务扎口等复杂的需求。

远程集中抄表：抄表信息通过网关实时上传到云平台，快速便捷，免去人工抄表。

水表预付费:可是查看某区域水表的实时状态信息，并可以进行单表或批量设置水价控阀等操作。

远程售电:财务集中管理，电量实时下发，并比对充值次数，方便快捷。

能耗分析:用户和管理员都可查询预付费表或管控表每天的用能状况；可提供能耗分析+财务轨迹一体式综合管理报表，包含用户表的能耗、财务数据、能耗和财务的期初期末值等数据。

在线支付:商户可以通过小程序或者微信公众号实现在线自助充值水电费，也可以实时关注商铺用水用电情况。

短信提醒:金额不足或金额欠费提醒、电表充值到账提醒，都可及时短信通知商户。

远程控制:可对任意一块电表执行远程拉闸或保电等一系列远程控制操作，方便管理。

5.3 产品选型

6、结束语

本系统以自己搭建的MQTT服务器作为数据中心，可以实现远程监测电能数据，并在远程监控平台显示和存储，在电力系统的智能化、自动化建设中将有一定的应用价值。