من أجل حل مشاكل تكلفة الصيانة المرتفعة والراحة المنخفضة لقراءة العدادات الكهربائية التقليدية ، تم تطوير نظام عدادات كهربائية ذكية لاسلكية يعتمد على اتصال WiFi. يستخدم النظام STM32 كوحدة تحكم ، ويعتمد وحدة الجهد\/التيار المدمج المدمج لجمع الجهد والإشارات الحالية لشبكة الطاقة ، ويدرك انتقال بيانات الطاقة الكهربائية من خلال نقل WiFi اللاسلكي. بالاقتران مع OLED و APP ، يمكن للمستخدمين مراقبة وإدارة بيانات الجهد والتيار الكهربائي وبيانات الطاقة الكهربائية في الوقت الفعلي. تُظهر الاختبارات أن النظام لديه دقة قياس لـ 0.
الكلمات الرئيسية: wifi ؛ العداد الذكي STM32 ؛ OLED برنامج
محتوى
2.1 تصميم الدائرة بشكل عام النظام
2.2 تصميم دائرة وحدة التحكم STM32
2.3 AC الجهد\/تصميم دائرة الكشف الحالية
2.5 تصميم دائرة الإرسال اللاسلكية
4. برامج النظام والأجهزة تصحيح الأخطاء
4.3 نظام توضيح الوظيفة الشاملة للنظام
1. التصميم العام للنظام
مع تحول بنية الطاقة والتطوير السريع للشبكة الذكية ، لا يمكن أن تحقق العدادات الذكية ، كمكونات رئيسية في أنظمة الطاقة الحديثة ، قياس الطاقة الدقيقة فحسب ، بل تدمج أيضًا المراقبة عن بُعد ونقل البيانات وإدارة الطاقة وغيرها من الوظائف. إنهم يحلون تدريجياً محل العدادات الميكانيكية أو الإلكترونية التقليدية ، مما يوفر دعمًا قويًا للإدارة الذكية وتحسين أنظمة الطاقة. في الوقت الحاضر ، أصبحت العدادات الذكية القائمة على متحكمها نقطة ساخنة للبحث. يتم الجمع بين 32- بت DSP وتكنولوجيا الذراع ، والاكتساب بيانات الجهد ، والتخزين والتصور في الوقت الحقيقي. يتم دمج EM773 مع رقاقة الإرسال اللاسلكية NRF24L01 ، ويتم نقل البيانات بكفاءة إلى الكمبيوتر المضيف من خلال CAN Technology لتحقيق المراقبة في الوقت الفعلي ، واكتساب البيانات وتخزين الجهد على المدى الطويل. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام أجهزة استشعار الألياف الضوئية ، ورقائق تحويل الرقمية إلى الحجم AD7606 ووحدات الفولتكال على نطاق واسع في جمع بيانات الجهد. على سبيل المثال ، تتحقق المجموعة التلقائية في الوقت الفعلي لمعلومات استهلاك الكهرباء من خلال الجمع بين تقنية Terminal Terminal و GPRS. تم تصميم نظام جمع معلومات الطاقة ومراقبة وظيفة التشخيص الذاتي لتحقيق وظائف غنية عبر الإنترنت ، ولكن التكلفة العالية وطريقة النشر المركزية للغاية تحد من الترويج وتطبيقها إلى حد ما. تجمع شركة Zhejiang Reallin Electron Co. ، Ltd. بين رقاقة قياس الطاقة ATT7022E مع بوابة Lora لتحسين موثوقية نقل بيانات العداد واستقبالها ، لكن دقة القياس لا تزال بحاجة إلى تحسين. يعمل نظام الحصول على الطاقة القائم على الذراع الذي يجمع بين تقنية اتصال Lora و GPRS على تحسين دقة الكشف ، ولكن من الصعب ضمان العدد الكبير من نقاط القياس إلى انخفاض في سرعة تحميل البيانات والأداء في الوقت الفعلي لاكتساب البيانات. لقد وجدت الأبحاث أن مجال الأبحاث الحالي لأنظمة اكتساب الطاقة لا يزال يواجه العديد من التحديات مثل سوء القدرة على التكيف البيئي ، وتصميم البرامج والأجهزة المعقدة ، والتكلفة العالية. لذلك ، تقوم هذه الورقة بتصميم نظام عدادات ذكية لاسلكية يعتمد على اتصالات WiFi ، والذي يستخدم بشكل أساسي الجهد والوحدات النمطية الحالية لجمع الجهد والإشارات الحالية بدقة ، ويدرك نقل البيانات الفعال من خلال WiFi ، وتصميم تطبيق هاتف محمول للمستخدمين لعرض وإدارة الجهد واليطوانات الحالية للاستخدامات الكهربائية عن بُعد.
يتكون النظام بشكل أساسي من ثلاثة أجزاء: الحصول على البيانات ونقل البيانات وعرض البيانات. يظهر إطار التصميم الكلي في الشكل 1. يستخدم جزء الحصول على البيانات محول A\/D المدمج لـ STM32 للحصول على الجهد في الوقت الفعلي والبيانات الحالية ؛ يستخدم جزء اتصال البيانات وحدة ESP8266 لتحقيق نقل البيانات اللاسلكية ؛ يجمع جزء عرض البيانات بين OLED و APP لعرض واستفسار الجهد في الوقت الفعلي والمعلومات الحالية والطاقة والمعلومات الأخرى.
2 تصميم أجهزة النظام
2.1 تصميم دائرة النظام الكلي
في ضوء مزايا STM32 مثل حجم الحزمة الصغيرة والتشغيل السريع والاستهلاك المنخفض للطاقة ، يتكون النظام من STM32 كوحدة تحكم أساسية ، مقترنة بجهد التيار المتردد\/الكشف الحالي عن وحدة الكشف عن الجهد الكهربائي\/MODUULE لجمع الجهد والتيار الحالي في الوقت الحالي. تقوم وحدة تحكم STM32 بتحويل الجهد الذي تم جمعه في الوقت الفعلي والتيار إلى طاقة في الوقت الفعلي ، والطاقة الكهربائية المتراكمة Q وسعر الكهرباء المتراكمة V. تقوم وحدة ESP8266 بتحويل البيانات المكتسبة بفعالية إلى إشارات شبكة الشبكة اللاسلكية من خلال المنفذ التسلسلي ، ويمكن عرض البيانات في الوقت الفعلي للمترى بشكل مستمر ومكافحة بالتحكم في تطبيق الهاتف المحمول.
الشكل 2 دائرة الأجهزة الإجمالية للنظام
2.2 تصميم دائرة وحدة التحكم STM32
تتكون دائرة وحدة التحكم STM32 بشكل أساسي من دائرة إعادة ضبط ، ودائرة مذبذب بلورة ، و STM32 ، كما هو مبين في الشكل 3.
الشكل 3 دائرة وحدة التحكم STM32
2.3 تصميم جهد التيار المتردد\/دائرة الكشف الحالية
يوضح الشكل 4 دائرة الكشف الجهد\/التيار التيار المتردد. تدمج الدائرة محولين رقميين من A\/D من A\/D ولباس قياس الطاقة. يتضمن قلب قياس الطاقة جزأين: دائرة محول الجهد AC ودائرة محول تيار التيار المتردد. يظهر الشكل 5 تصميم دائرة محول الجهد التيار المتردد. يولد جهد التيار المتردد في الدائرة المقاسة إشارة التيار المتردد الجهد الصغيرة من خلال محول الجهد. يمكن لجهاز التحكم STM32 إكمال التحويل التناظري إلى الرقماء لإشارة DC. لذلك ، يتم تصحيح إشارة AC الصغيرة المكتشفة وتصفيتها قبل إرسالها إلى وحدة التحكم STM32 لإكمال اكتساب إشارة الجهد. يستخدم محول الجهد التلفزيون 1005-1 m ، والذي يتم نقله إلى منفذ الإدخال التناظري إلى الرقمي من STM32 بعد التصحيح والتصفية للتحويل التناظري إلى الرقمي. يظهر في الشكل 6 دائرة المحول الحالية للتيار المتردد. يستخدم المحول الحالي التيار المتردد TA 1005-1 M لتحقيق اكتساب الإشارة الحالية. يقلل T2 المتعرج بشكل متناسب من جهد منفذ الشبكة الكهربائية ، ويقوم الصمام الثنائي D2 بتصفية الإشارة الكهربائية نصف المحاور السلبية. يتم حساب القيمة التناظرية للتيار الثانوي وفقًا لقانون OHM ، ويتم ضرب القيمة الحالية الثانوية بواسطة عامل التحجيم النسبي للحصول على القيمة الحالية في الوقت الفعلي المراد قياسها. ما تبقى من العملية هو نفس اكتساب الجهد.
الشكل 4 الجهد التيار المتردد ودائرة الكشف الحالية
الشكل 5 دائرة محول الجهد AC
الشكل 6 دائرة المحولات الحالية AC
2.4 تصميم دائرة عرض OLED
يستخدم النظام شاشة OLED المكونة من أربعة دبوسات كجهاز عرض ، والذي يحتوي على خصائص جهد القيادة المنخفض واستهلاك الطاقة المنخفضة. يرسل STM32 التعليمات والبيانات إلى شاشة OLED من خلال ناقل SPI للتحكم في محتوى العرض. يظهر تصميم الدائرة في الشكل 7.
2.5 تصميم دائرة الإرسال اللاسلكية
يستخدم النظام وحدة WiFi _ ESP8266 لتحقيق الاتصالات اللاسلكية للبيانات. كحل شبكة Wi-Fi كامل ومكتفي ذاتيًا ، يمكن لـ ESP8266 أن تعمل في أوضاع Softap و Lostap\/Softap\/Station [18-19]. يظهر تصميم الدائرة في الشكل 8. يتم توصيل PIN P4 (TXD) لوحدة ESP8266 إلى دبوس متحكم P و PIN P8 (RXD) بترابط DIN Microcontroller P9 و PIN P متصل ، ودسمات P5 و P7 متصلة بإمدادات الطاقة ، و PINS P2 ، P3 و P6 محملة.
3. تصميم برامج النظام
بعد أن يتم تشغيل البرنامج الشامل للبرنامج وتهيئته ، تقرأ وحدة الجهد الكهربائي\/AC الجهد الحالي متوسط الجهد في الوقت الفعلي ومتوسط القيم الحالية ؛ تقوم وحدة التحكم STM32 بتحليل ومعالجة البيانات المستلمة ، وتحسب الطاقة في الوقت الفعلي P والطاقة المتراكمة Q ، ويصدر الحكم الزائد على السلطة المتراكمة. إذا تم تشغيل نظام الحمل الزائد ، يتم تنشيط إنذار الجرس في نفس الوقت. خلاف ذلك ، يتم نقل البيانات بشكل متزامن إلى وحدة عرض OLED وتطبيق الهاتف المحمول.
4. برامج النظام والأجهزة تصحيح الأخطاء
4.1 تصحيح برامج النظام
يستخدم النظام KEIL4 لتصحيح الأخطاء البرمجية للتحقق من وجود أخطاء في منطق البرنامج والوظيفة والتجميع. اكتب البرنامج وفقًا للمتطلبات ، وقم بإنشاء مشروع لتجميع البرنامج وتشغيله ، ويقوم البرنامج تلقائيًا بإنشاء ملف سداسي سداسي مع لاحقة صحيحة. استخدم أداة تصحيح الأخطاء المسلسل SSCOM لتوصيل البرنامج والأجهزة وتنزيله.
4.2 تصحيح أخطاء أجهزة النظام
قم بإجراء تصحيح ديناميكي للنظام للكشف عن المشكلات وحلها مثل اللحام البارد ، واللحام المتسرب ، والدائرة القصيرة ، والدائرة المفتوحة ، وشذوذ الإشارة في دائرة الأجهزة. وترد نتائج التصحيح في الشكل 11.
4.3 إظهار وظائف النظام العام
من أجل التحقق من التصميم ، تم إجراء تصحيح تصحيح البرمجيات والأجهزة ، وترد نتائج اختبار التحميل في الشكل 12. عندما يكون النظام متصلاً بالتحميل ويبدأ الاختبار ، يوضح OLED أن الطاقة في الوقت الفعلي P هي 52W ، فالسلطة المتراكمة Q هي 0. متصل والمقياس في حالة العمل العادية. تظهر النتائج أن دقة قياس النظام تصل إلى 0. 002 ٪.
تم تطوير تطبيق الهاتف المحمول المقابل لتحقيق نقل البيانات وتصورها في الوقت الفعلي ، وتحسين تجربة المستخدم. يمكن أن يعرض معلومات أساسية مثل بيانات الجهد والتيار والطاقة والكهرباء والكهرباء ، بحيث يمكن للمستخدمين فهم استهلاك الكهرباء تمامًا. في الوقت نفسه ، يتم تكوين زرين افتراضيين لتوصيل Wi-Fi وبدء تشغيل النظام على الواجهة لتحقيق وظيفة التحكم عن بُعد للمقياس الذكي.
يحتوي العداد الذكي المصمم باستخدام STM32 و HLE8 0 12 ووحدة WiFi على خصائص دقة عالية ، واستهلاك الطاقة المنخفضة وقراءة العدادات اللاسلكية. يدرك العداد الذكي المصمم باستخدام وحدة RS485 وتكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية Zigbee التواصل في الوقت الفعلي مع تقليل تكاليف الاتصالات بشكل فعال. يمكن للمقياس الذكي المصمم باستخدام STM32 و SI4463 Wireless Transceiver ووحدة GSM تسجيل فواتير الكهرباء ودعم الاستفسارات عن بُعد للمستخدمين. على النقيض من ذلك ، فإن العداد الذكي المصمم في هذا التصميم له دقة عالية في القياس ، تصل إلى 0.002 ٪ ، ويدرك التكلفة المنخفضة وقراءة العدادات اللاسلكية وتسجيل فاتورة الكهرباء ووظائف استفسار المستخدم. في الوقت نفسه ، يحتوي على بنية دائرة بسيطة ، وظائف شاملة ، وعملية قوية وقابلية التشغيل.
5 الخاتمة
من أجل حل مشكلة ارتفاع تكلفة الصيانة لتصميم العدادات الكهربائية التقليدية ، صمم Zhejiang Reallin Electron Co. ، Ltd. نظامًا لاستئصالًا كهربائيًا ذكيًا لاسلكيًا يعتمد على اتصال WiFi. استنادًا إلى وحدة التحكم STM32 ، يستخدم النظام وحدة الجهد\/التيار التيار المتردد لتحقيق جمع بيانات الطاقة الكهربائية ونقلها في الوقت الفعلي ، ويمكنه أيضًا عرض بيانات رسوم الجهد والتيار والكهرباء في الوقت الفعلي في الوقت الفعلي. بالاقتران مع وظيفة قراءة العدادات اللاسلكية لوحدة الاتصالات WiFi للنظام ، يمكن للمستخدمين عرض بيانات الطاقة والتحكم عن بُعد من خلال تطبيق الهاتف المحمول ، وتحقيق التتبع في الوقت الفعلي وعرض الدقة للطاقة ، وتحسين تجربة المستخدم بشكل كبير ، وتعزيز مستوى الذكاء وراحة تشغيل النظام. يحتوي النظام على بنية دائرة بسيطة ، ووظائف شاملة ، وعملية قوية وقابلية التشغيل ، وآفاق سوق التطبيقات الواسعة.