基于STM32的遠程預付費電能監測系統設計與應用

王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要：隨著電子信息技術的飛速發展，電能的遠程監測也得到了迅速的發展，它的發展和應用，對電力系統的安全運行具有重要的意義。本文設計一種基于MQTT服務器的遠程電能監測系統，該系統能對用戶終端的電壓、電流、功率、總電能及功率因數等相關參數進行監測，

通過互聯網和MQTT服務器將信息傳送到遠程監控端，遠程監控端能實時顯示相關參數并存儲，可供后續對相關電能參數進行分析和處理。通過實驗表明，本系統具有運行穩定性高、易擴展、成本低等優點。

關鍵詞: STM32；電能監測；MQTT

0引言

       隨著電子信息技術和互聯網的飛速發展，對設備的遠程監控在我們生活中應用非常廣泛，它使我們生活更加快捷、方便。電能是我們生活*的重要能源，電網的安全運行關系到國民生產的方方面面，然而三相交流系統中存在大量的非線性和不對稱性設備，以及各種故障會影響電網質量，所以需要時刻掌握了解電網的運行的狀況，對電網的各種參數進行實時監測，并能夠及時地將監測數據傳遞至遠程監控端，供相關人員觀測和分析。

1 系統設計

       系統主要由電能采集終端、網關設備和遠程監控平臺構成，系統結構如圖1所示。系統通過電能計量傳感器獲得終端電能數據，經單片機STM32處理后通過CAN總線的方式傳傳輸到網關設備，然后將數據通過Internet網絡和MQTT服務器發送到遠程監控平臺，然后將數據進行顯示、存儲等。( 見圖 1)。

圖1 系統結構圖

2硬件設計

       (一)主控模塊  為了使測量方便可靠、降低成本，本系統使用STM32F103C8T6單片機作為主控制芯片。該芯片系統功耗低，具有CAN總線接口，方便各個遠程監控終端、網關設備進行通訊，同時有5路USART接口，能方便與Wifi模塊以及電能計量傳感器進行通信。

       (二) 傳感器模塊  本系統采用的電能計量傳感器模塊是深圳市艾銳達公司的IM1253B 單相交直流模塊，該模塊可以測量45~65Hz 的交流電壓、電流、功率因數、功率和電能等

數據，可通過串口方便與其他單片機進行通訊。

3 MQTT服務器

        MQTT協議是廣泛應用的物聯網協議，使用MQTT協議需要MQTT的代理。本次設計使用開源的MQTT組件來在阿里云服務器搭建一個MQTT服務器，具體搭建過程可以參照相關文檔。搭建完MQTT服務器后，遠程監控終端和遠程監控平臺的就可以信息交互。

4遠程監控平臺

       遠程監控平臺使用C#語言開發，開發平臺是visual studio2010。*提供了與 MQTT 服務器的動態庫，包括服務器的連接、數據的發送和數據的接收函數等。監控平臺接收過來的數據，可以一邊實時顯示，一邊存儲在本地數據服務器中，方便后續的分析和處理。本系統使用的數據庫時Microsoft SQL Server 2008。

5安科瑞AcrelCloud-3200預付費水電云平臺

5.1 系統方案

       系統為B/S架構，主要包括前端管理網站和后臺集抄服務，配合公司的預付費電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計量箱ADF300L系列，實現電能計量和電費管理等功能。另外可以選配遠傳閥控水表組成水電一體預付費系統，達到先交費后用水的目的，剩余水量用完自動關閥。

5.2 系統功能

       AcrelCloud-3200預付費水電云平臺由云平臺-網關-預付費電能表組成，通過通信網絡完成系統到表的充值、查詢、監控、控制及短信報警等功能。

       本系統適用于一些大集團和大物業，往往需要將多個物業環境、分散于各地的物業集中式收費和管理，面臨著數據公網傳輸，財務操作分散，在線支付，總部財務扎口等復雜的需求。

       遠程集中抄表：抄表信息通過網關實時上傳到云平臺，快速便捷，免去人工抄表 。

       水表預付費:可是查看某區域水表的實時狀態信息，并可以進行單表或批量設置水價控閥等操作。

遠程售電:財務集中管理，電量實時下發，并比對充值次數，方便快捷。

 能耗分析:用戶和管理員都可查詢預付費表或管控表每天的用能狀況；可提供能耗分析+財務軌跡一體式綜合管理報表，包含用戶表的能耗、財務數據、能耗和財務的期初期末值等數據。

       在線支付:商戶可以通過小程序或者微信公眾號實現在線自助充值水電費，也可以實時關注商鋪用水用電情況。

       短信提醒:金額不足或金額欠費提醒、電表充值到賬提醒，都可及時短信通知商戶。

       遠程控制:可對任意一塊電表執行遠程拉閘或保電等一系列遠程控制操作，方便管理。

5.3 產品選型

6結束語

       本系統以自己搭建的MQTT服務器作為數據中心，可以實現遠程監測電能數據，并在遠程監控平臺顯示和存儲，在電力系統的智能化、自動化建設中將有一定的應用價值。

【參考文獻】

【1】田朋剛，嚴寧，丁禮磊.基于STM32的遠程電能監測系統設計

【2】馬海霞，李中興.遠程電力監測系統的設計與應用 [J].電子設計工程，2013，21(13)：73-75.

【3】安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06