基於物聯網androids平台的智能多用戶電表係統設計與應用

摘要：針對傳(chuan) 統“單戶單表"製的單戶電能表功耗高、抄表量增大、管理繁瑣、實時性差等弊端，開發一種基於(yu) 物聯網androids平台的智能多用戶電表係統。該係統是以STM32F10為(wei) 主控製器，采用專(zhuan) 用計量芯片ATT7022實現對多用戶的電量信息遠程采集、數據顯示存儲(chu) ，同時，通過androids SDK進行手機APP軟件開發，方便用戶實時查詢，從(cong) 而實現高效智能用 電。測試結果表明，該係統實時性好，可移動性強，具有較高的應用價(jia) 值。

關(guan) 鍵詞: 物聯網；androids；智能多用戶電表；STM32F107；ATT7022；APP

0引言

        物聯網已逐漸走進智能電網的時代，傳(chuan) 統的“單戶單表"製電能表已不符合當今社會(hui) 追求的用電管理智能化、采集自動化、能源節約化的理念。目前，人們(men) 利用手持移動終端遠程監控家居狀況已成為(wei) 一種迫切需求。用戶可以不受地域限製，隻要在無線網絡覆蓋的區域均可隨時隨地查看和管理電能表，實現信息交互，以達到智能化、節能化的目的。本文設計的智能多用戶電表，采用物聯網技術，不僅(jin) 可“分戶用電、集中檢測"，有效提高電能計量準確性，縮小整體(ti) 體(ti) 積；還可通過手持端對用電信息實時監控，操作簡單。

1 係統總體方案設計

        依據物聯網體(ti) 係架構，本文係統主要由手持客戶端、GPRS無線通信及多用戶電能表三部分組成。其中，多用戶電能表部分即為(wei) 感知層，主要是完成對電能信號實時采集、處理及顯示存儲(chu) ；GPRS無線通信部分即為(wei) 網絡層，主要用於(yu) 接收數據並通過無線網與(yu) 手機客戶端進行網絡通信；手機客戶端即為(wei) 應用層，主要完成監測數據交互，便於(yu) 電力部門的管理，方便用戶使用。

2係統硬件設計

2.1 多用戶電能表設計

        本係統采用模塊化思想，由電源模塊、信號采集處理模塊、MCU控製模塊、通信模塊及顯示、存儲(chu) 、時鍾、按鍵等外圍模塊組成。該係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多路選擇開關(guan) 切換電壓、電流采樣輸出信號，采用專(zhuan) 用計量芯片ATT7022，實現對多用戶電壓電流信號采集，然後以STM32F107為(wei) 主控製器，對采樣數據進行處理。顯示模塊主要直觀顯示用戶用電信息。RS485通信模塊實現與(yu) 數據管理中心之間的數據傳(chuan) 輸和相關(guan) 指令的接收。時鍾模塊為(wei) 電能表提供時間基準，為(wei) 實現多費率打下基礎。存儲(chu) 單元實現電能的保存。按鍵模塊用於(yu) 用戶循環查詢用電信息。GPRS模塊主要通過信息傳(chuan) 輸，實現用戶通過手持端實時掌握用電信息變化。通斷控製模塊主要是用戶實際使用負載功率值超過係統設定的最大值時，電能表能夠控製繼電器自動斷電，持續15s後，自動送電。電源模塊由線路上220V的交流電首先通過降壓變換，而後經過橋式整流，由穩壓芯片得到所需要的電壓，同時具備掉電自動切換到備用電池的功能，可以實現不間斷供電，防止數據丟(diu) 失。多用戶電能表設計框圖如圖1所示。

圖1 多用戶電能表設計框圖

2.2 GPRS通信模塊

        通信芯片采用SIMCom公司的SIM900A，其屬於(yu) 雙頻GSM/GPRS模塊，模塊接收速率可達到85.6kbit/s。另外，SIM900A內(nei) 嵌TCP/IP協議，支持多IP連接，用戶可通過擴展的TCP/IP AT 命令使用 TCP/IP通信協議，方便用戶進行數據傳(chuan) 輸。*采用SMT封裝形式，性能穩定，體(ti) 積小、性價(jia) 比高且能夠滿足用戶的多種需求。通信模塊SIM900A通過串口與(yu) 控製芯片STM32相連，SIM900A管腳TXD，RXD分別與(yu) STM32管腳USART_RX，USART_TX相連。

3係統軟件設計

3.1 多用戶電能表係統軟件設計

         由於(yu) 涉及的設計程序量大、結構複雜，軟件係統采用模塊化的設計方案進行程序編寫(xie) 以實現正常、有序運行。由主程序和各功能模塊子程序構成，功能模塊包括用戶選通子程序、電能計量子程序、顯示模塊子程序、存儲(chu) 模塊子程序、按鍵模塊子程序、通信模塊子程序。

        通過對多路信號進行控製及選通實現多用戶電能信號的采集，經計量芯片接入至控製器係統實現對多用戶電能數字信號的處理及準確計量，並控製外圍設備進行信息的集中傳(chuan) 輸顯示和存儲(chu) 。係統不僅(jin) 可以實現多用戶用電量的精確計量又可以達到遠程自動抄表和用電信息集中管理的目的，從(cong) 而促進智能電網的實現，優(you) 化用戶用電管理。其主流程圖如圖2所示。

圖2 多用戶電能表軟件主程序流程圖

3.2 androids監控終端設計

      公司推出的androids操作係統是一款基於(yu) Linux內(nei) 核的自由及開放源代碼操作平台，可通過An-droid專(zhuan) 屬的軟件開發工具包androids SDK進行手機APP 軟件開發。androids 係統構架采用了分層模式的概念，由上至下依次為(wei) 應用程序層、應用程序框架層、androids 函數庫及運行時、Linux內(nei) 核層，這種結構模式各層之間相互獨立，減少相互依賴性，降低開發難度，便於(yu) 更多開發。androids手機客戶端采用腳本語言完成界麵設計，主要包含登錄界麵、功能界麵、參數設置及控製界麵。客戶端功能模塊分為(wei) 五部分：用戶信息、用電信息、支付情況、消息公告、附近發現。後台管理係統主要功能模塊有四大部分：賬戶管理、數據管理、操作管理及數據查詢統計。androids客戶端與(yu) 後台進行交互通信實現。用戶通過手持端能夠直觀地查看當前用電量、當前電費餘(yu) 額、及當前電價(jia) 等信息，針對用電情況，可合理計劃用電，提高節能意識。係統登錄界麵、用電信息界麵曲線圖分別如圖3、圖4所示。

圖3 登錄界麵圖

4安科瑞AcrelCloud-3200預付費水電雲平台

4.1 係統方案

        係統為(wei) B/S架構，主要包括前端管理網站和後台集抄服務，配合公司的預付費電表DDSY1352和DTSY1352係列以及多用戶計量箱ADF300L係列，實現電能計量和電費管理等功能。另外可以選配遠傳(chuan) 閥控水表組成水電一體(ti) 預付費係統，達到先交費後用水的目的，剩餘(yu) 水量用完自動關(guan) 閥。

4.2 係統功能

        AcrelCloud-3200預付費水電雲(yun) 平台由雲(yun) 平台-網關(guan) -預付費電能表組成，通過通信網絡完成係統到表的充值、查詢、監控、控製及短信報警等功能。

        本係統適用於(yu) 一些大集團和大物業(ye) ，往往需要將多個(ge) 物業(ye) 環境、分散於(yu) 各地的物業(ye) 集中式收費和管理，麵臨(lin) 著數據公網傳(chuan) 輸，財務操作分散，在線支付，總部財務紮口等複雜的需求。

遠程集中抄表：抄表信息通過網關(guan) 實時上傳(chuan) 到雲(yun) 平台，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，並可以進行單表或批量設置水價(jia) 控閥等操作。

遠程售電:財務集中管理，電量實時下發，並比對充值次數，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(ti) 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(zhong) 號實現在線自助充值水電費，也可以實時關(guan) 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。

遠程控製:可對任意一塊電表執行遠程拉閘或保電等一係列遠程控製操作，方便管理。

4.3 產(chan) 品選型

5結束語

        針對傳(chuan) 統的電能表的弊端，本文提出的基於(yu) 物聯網androids平台的智能多用戶電表係統，不僅(jin) 能夠采集多用戶的用電參數，且用戶可通過手持端實現對用電信息的查詢、支付等功能，方便用戶生活。該係統體(ti) 積小、功能強、可移動性等特點，促進資源節約，推進智能化發展，具有較高的應用價(jia) 值和社會(hui) 經濟價(jia) 值。

【參考文獻】

【1】周克良，聶叢(cong) 楠，邢素林.基於(yu) 物聯網androids平台的智能多用戶電表係統設計

【2】劉利彬.基於(yu) 物聯網技術的智能抄表係統的研究[D].吉林：東(dong) 北電力大學，2014.

【3】安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2020.06

作者簡介：侯文莉，女，現任職於(yu) 安科瑞電氣股份有限公司，主要從(cong) 事宿舍安全用電研究發展。