韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要：針對傳統“單戶(hù)單表"制的單戶(hù)電能表功耗高、抄表量增大、管理繁瑣、實(shí)時(shí)性差等弊端，開(kāi)發(fā)一種基于物聯(lián)網(wǎng)Android平臺的智能多用戶(hù)電表系統。該系統是以STM32F10為主控制器，采用專(zhuān)用計量芯片ATT7022實(shí)現對多用戶(hù)的電量信息遠程采集、數據顯示存儲，同時(shí)，通過(guò)Android SDK進(jìn)行手機APP軟件開(kāi)發(fā)，方便用戶(hù)實(shí)時(shí)查詢(xún)，從而實(shí)現高效智能用 電。測試結果表明，該系統實(shí)時(shí)性好，可移動(dòng)性強，具有較高的應用價(jià)值。

關(guān)鍵詞: 物聯(lián)網(wǎng)；Android；智能多用戶(hù)電表；STM32F107；ATT7022；APP

0引言

        物聯(lián)網(wǎng)已逐漸走進(jìn)智能電網(wǎng)的時(shí)代，傳統的“單戶(hù)單表"制電能表已不符合當今社會(huì )追求的用電管理智能化、采集自動(dòng)化、能源節約化的理念。目前，人們利用手持移動(dòng)終端遠程監控家居狀況已成為一種迫切交互，以達到智能化、節能化的目的。本文設計的智能多用戶(hù)電表，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不僅可“分戶(hù)用電、集中檢測"，有效提高電能計量準確性，縮小整體體積；還可通過(guò)手持端對用電信息實(shí)時(shí)監控，操作簡(jiǎn)單。

1 系統總體方案設計

        依據物聯(lián)網(wǎng)體系架構，本文系統主要由手持客戶(hù)端、GPRS無(wú)線(xiàn)通信及多用戶(hù)電能表三部分組成。其中，多用戶(hù)電能表部分即為感知層，主要是完成對電能信號實(shí)時(shí)采集、處理及顯示存儲；GPRS無(wú)線(xiàn)通信部分即為網(wǎng)絡(luò )層，主要用于接收數據并通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)與手機客戶(hù)端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )通信；手機客戶(hù)端即為應用層，主要完成監測數據交互，便于電力部門(mén)的管理，方便用戶(hù)使用。

2系統硬件設計

2.1 多用戶(hù)電能表設計

        本系統采用模塊化思想，由電源模塊、信號采集處理模塊、MCU控制模塊、通信模塊及顯示、存儲、時(shí)鐘、按鍵等外圍模塊組成。該系統采用互感方式將電路中的大電流電壓信號轉換成小信號經(jīng)多路選擇開(kāi)關(guān)切換電壓、電流采樣輸出信號，采用專(zhuān)用計量芯片ATT7022，實(shí)現對多用戶(hù)電壓電流信號采集，然后以STM32F107為主控制器，對采樣數據進(jìn)行處理。顯示模塊主要直觀(guān)顯示用戶(hù)用電信息。RS485通信模塊實(shí)現與數據管理中心之間的數據傳輸和相關(guān)指令的接收。時(shí)鐘模塊為電能表提供時(shí)間基準，為實(shí)現多費率打下基礎。存儲單元實(shí)現電能的保存。按鍵模塊用于用戶(hù)循環(huán)查詢(xún)用電信息。GPRS模塊主要通過(guò)信息傳輸，實(shí)現用戶(hù)通過(guò)手持端實(shí)時(shí)掌握用電信息變化。通斷控制模塊主要是用戶(hù)實(shí)際使用負載功率值超過(guò)系統設定的最大值時(shí)，電能表能夠控制繼電器自動(dòng)斷電，持續15s后，自動(dòng)送電。電源模塊由線(xiàn)路上220V的交流電首先通過(guò)降壓變換，而后經(jīng)過(guò)橋式整流，由穩壓芯片得到所需要的電壓，同時(shí)具備掉電自動(dòng)切換到備用電池的功能，可以實(shí)現不間斷供電，防止數據丟失。多用戶(hù)電能表設計框圖如圖1所示。

圖1 多用戶(hù)電能表設計框圖

2.2 GPRS通信模塊

        通信芯片采用SIMCom公司的SIM900A，其屬于雙頻GSM/GPRS模塊，模塊接收速率可達到85.6kbit/s。另外，SIM900A內嵌TCP/IP協(xié)議，支持多IP連接，用戶(hù)可通過(guò)擴展的TCP/IP AT 命令使用 TCP/IP通信協(xié)議，方便用戶(hù)進(jìn)行數據傳輸。*采用SMT封裝形式，性能穩定，體積小、性?xún)r(jià)比高且能夠滿(mǎn)足用戶(hù)的多種需求。通信模塊SIM900A通過(guò)串口與控制芯片STM32相連，SIM900A管腳TXD，RXD分別與STM32管腳USART_RX，USART_TX相連。

3系統軟件設計

3.1 多用戶(hù)電能表系統軟件設計

         由于涉及的設計程序量大、結構復雜，軟件系統采用模塊化的設計方案進(jìn)行程序編寫(xiě)以實(shí)現正常、有序運行。由主程序和各功能模塊子程序構成，功能模塊包括用戶(hù)選通子程序、電能計量子程序、顯示模塊子程序、存儲模塊子程序、按鍵模塊子程序、通信模塊子程序。

        通過(guò)對多路信號進(jìn)行控制及選通實(shí)現多用戶(hù)電能信號的采集，經(jīng)計量芯片接入至控制器系統實(shí)現對多用戶(hù)電能數字信號的處理及準確計量，并控制外圍設備進(jìn)行信息的集中傳輸顯示和存儲。系統不僅可以實(shí)現多用戶(hù)用電量的精確計量又可以達到遠程自動(dòng)抄表和用電信息集中管理的目的，從而促進(jìn)智能電網(wǎng)的實(shí)現，優(yōu)化用戶(hù)用電管理。其主流程圖如圖2所示。

圖2 多用戶(hù)電能表軟件主程序流程圖

3.2 Android監控終端設計

        公司推出的Android操作系統是一款基于Linux內核的自由及開(kāi)放源代碼操作平臺，可通過(guò)An-droid專(zhuān)屬的軟件開(kāi)發(fā)工具包Android SDK進(jìn)行手機APP 軟件開(kāi)發(fā)。Android 系統構架采用了分層模式的概念，由上至下依次為應用程序層、應用程序框架層、Android 函數庫及運行時(shí)、Linux內核層，這種結構模式各層之間相互獨立，減少相互依賴(lài)性，降低開(kāi)發(fā)難度，便于更多開(kāi)發(fā)。Android手機客戶(hù)端采用腳本語(yǔ)言完成界面設計，主要包含登錄界面、功能界面、參數設置及控制界面?？蛻?hù)端功能模塊分為五部分：用戶(hù)信息、用電信息、支付情況、消息公告、附近發(fā)現。后臺管理系統主要功能模塊有四大部分：賬戶(hù)管理、數據管理、操作管理及數據查詢(xún)統計。Android客戶(hù)端與后臺進(jìn)行交互通信實(shí)現。用戶(hù)通過(guò)手持端能夠直觀(guān)地查看當前用電量、當前電費余額、及當前電價(jià)等信息，針對用電情況，可合理計劃用電，提高節能意識。系統登錄界面、用電信息界面曲線(xiàn)圖分別如圖3、圖4所示。

圖3 登錄界面圖

4安科瑞AcrelCloud-3200預付費水電云平臺

4.1 系統方案

        系統為B/S架構，主要包括前端管理網(wǎng)站和后臺集抄服務(wù)，配合公司的預付費電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶(hù)計量箱ADF300L系列，實(shí)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(dòng)關(guān)閥。

4.2 系統功能

        AcrelCloud-3200預付費水電云平臺由云平臺-網(wǎng)關(guān)-預付費電能表組成，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )完成系統到表的充值、查詢(xún)、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(yè)，往往需要將多個(gè)物業(yè)環(huán)境、分散于各地的物業(yè)集中式收費和管理，面臨著(zhù)數據公網(wǎng)傳輸，財務(wù)操作分散，在線(xiàn)支付，總部財務(wù)扎口等復雜的需求。

遠程集中抄表：抄表信息通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)狀態(tài)信息，并可以進(jìn)行單表或批量設置水價(jià)控閥等操作。

遠程售電:財務(wù)集中管理，電量實(shí)時(shí)下發(fā)，并比對充值次數，方便快捷。

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

在線(xiàn)支付:商戶(hù)可以通過(guò)小程序或者微信公眾號實(shí)現在線(xiàn)自助充值水電費，也可以實(shí)時(shí)關(guān)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(shí)短信通知商戶(hù)。

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。

4.3 產(chǎn)品選型

5結束語(yǔ)

        針對傳統的電能表的弊端，本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)Android平臺的智能多用戶(hù)電表系統，不僅能夠采集多用戶(hù)的用電參數，且用戶(hù)可通過(guò)手持端實(shí)現對用電信息的查詢(xún)、支付等功能，方便用戶(hù)生活。該系統體積小、功能強、可移動(dòng)性等特點(diǎn)，促進(jìn)資源節約，推進(jìn)智能化發(fā)展，具有較高的應用價(jià)值和社會(huì )經(jīng)濟價(jià)值。

【參考文獻】

【1】周克良，聶叢楠，邢素林.基于物聯(lián)網(wǎng)Android平臺的智能多用戶(hù)電表系統設計

【2】劉利彬.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能抄表系統的研究[D].吉林：東北電力大學(xué)，2014.

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06

作者簡(jiǎn)介：韓歡慶，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事宿舍安全用電研究發(fā)展。