基于STM32的远程预付费电能监测系统设计与应用

摘要：随着电子信息技术的飞速发展，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


随着电子信息技术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。