《智能用電節(jié)點監(jiān)測和控制系統(tǒng)分析》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《智能用電節(jié)點監(jiān)測和控制系統(tǒng)分析（5頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、智能用電節(jié)點監(jiān)測和控制系統(tǒng)分析 摘要：家用能源浪費一直是我國能源領域的一個痛點，為了達到實時管控電能、預防用電事故發(fā)生、節(jié)約用電能耗的目的，提出一種基于物聯(lián)網的智能用電節(jié)點監(jiān)測和控制系統(tǒng)，利用計算機技術、嵌入式技術、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)處理技術以及現(xiàn)代傳感器技術建立一種物聯(lián)網智能用電管理系統(tǒng)。其中應用服務端采用WiFi協(xié)議與智能網關通信，智能網關采用LoRa協(xié)議與子電表通信，使用者在Web端、手機微信端都可以實時查看電表數(shù)據(jù)和控制電表用電。 關鍵詞：物聯(lián)網；LoRa通信技術；WiFi通信技術；智能用電；遠程監(jiān)測與控制；電表管理 0引言 近年來，各個國家相

2、繼開展了智能用電設備的相關研究開發(fā)工作，智能用電設備及技術快速發(fā)展并得到各個方面的廣泛應用，用電管控及節(jié)能控制向智能化方向發(fā)展已成為必然趨勢。隨著現(xiàn)代化的物聯(lián)網新設備及新技術的推廣應用，大量科研成果已轉化并廣泛應用到實際生活中，為智能用電節(jié)點研究提供了堅實的技術支撐和設備保障。但距離成熟的智能用電發(fā)展目標還有一定差距，主要表現(xiàn)在如下幾方面。（1）電能的使用量越來越多，對電力采集設備的安全性及穩(wěn)定性要求也越來越高，安全監(jiān)控的難度不斷加大，必須擴大監(jiān)控與分析的范圍，實時掌握電表節(jié)點設備的詳細參數(shù)信息，及時準確掌握電表數(shù)據(jù)實時動態(tài)。（2）越來越多的無線通信技術、計算機技術、嵌入式模板技術、數(shù)據(jù)處理技

3、術以及現(xiàn)代傳感器技術均已成熟，但并沒有有效的整合，未能發(fā)揮物聯(lián)網的優(yōu)勢。綜上所述，本文設計一種基于物聯(lián)網的智能用電節(jié)點監(jiān)測和控制系統(tǒng)，實時監(jiān)測智能用電節(jié)點設備，對電路的暫態(tài)與動態(tài)，以及電壓、電流、負荷、頻率等數(shù)據(jù)的采集進行監(jiān)測，達到實時管控電能、預防用電事故發(fā)生、節(jié)約用電能耗的目的。 1系統(tǒng)總體方案設計 系統(tǒng)由智能用電集中器設備、智能用電節(jié)點設備以及管理平臺構成。智能用電集中器設備作為控制核心，每部智能節(jié)點都可對所在的固定點處電壓和電流的變化進行獨立地實時在線監(jiān)測。利用無線通信技術將智能節(jié)點、智能用電集中器、遠程服務器與維護人員共同組成一個有機的網絡，實現(xiàn)故障信息與狀態(tài)

4、信息便捷有效地傳遞反饋以及實時操作。 2智能用電節(jié)點設備設計 2.1傳輸通信技術選擇 隨著物聯(lián)網技術的快速興起，各種應用日益增多，WiFi，ZigBee，Bluetooth，LoRa等無線通信傳輸協(xié)議使得構建物聯(lián)網系統(tǒng)時有了豐富的選擇。不同的通信技術有不同的特點，也各有適合自己的應用場景。WiFi是一種無線局域網通信技術，使用以太網通信協(xié)議，通信距離通常在幾十米。對于小范圍覆蓋、模塊小、可拓展以及信號穩(wěn)定性強的物聯(lián)網場景，WiFi技術為首選。由于電流的干擾等因素，在需要中長距離以及少量數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)膽脠鼍爸?，目前能更滿足上述需求的最好的通信技術是LoRa無

5、線通信技術。LoRa無線通信技術可以實現(xiàn)遠距離傳輸，并且同時兼具低功耗、低成本和抗干擾的優(yōu)點。綜上所述，適應于智能用電節(jié)點監(jiān)測和控制系統(tǒng)硬件的設計需根據(jù)WiFi通信模塊以及LoRa通信模塊來實現(xiàn)。 2.2智能用電節(jié)點LoRa模塊設計 LoRa無線傳輸模塊功能原理圖如圖2所示。智能用電節(jié)點的LoRa無線傳輸模塊的搭建通過選擇基帶芯片SX1301來實現(xiàn)。SX1301是基于LoRa調制的基帶芯片，具有一些關鍵的技術特征：高達-142.5dBm的接收靈敏度、49個LoRa"虛擬";通道和ADR技術。SX1301是目前最成熟穩(wěn)定的LoRa無線傳輸模塊，包含以下特性：工作頻段433

6、MHz/470MHz可選；8通道接收，1通道發(fā)送，收發(fā)全雙工設計；8通道可接收任意SF7～SF12擴頻信號；接收靈敏度低至-142.5dBm；發(fā)送功率最大為20dBm，射頻端口優(yōu)化至50Ω；串口UART操作，無需對SX1301進行編程控制；所有射頻參數(shù)可配置，AT指令操作，簡單方便。 2.3智能用電節(jié)點設備軟件設計 步驟1：準備程序。先確定電表是否上電，也就是電表是否被安裝。在確定已上電的情況下，進行系統(tǒng)的初始化，將電表出廠時自帶數(shù)據(jù)去除，測試系統(tǒng)，看系統(tǒng)是否正常工作，如果系統(tǒng)正常則繼續(xù)進行。步驟2：先掃描電表按鍵是否被按下，確定被按下再確定按下的是哪個鍵，

7、然后調用該鍵對應的子程序。接著進行命令狀態(tài)查詢，收到命令后進行系統(tǒng)程序控制。這就是智能電表的基本程序框架。由于通信模塊TCM8000本身已經實現(xiàn)TCP協(xié)議，本文的工作主要是使用TCP的編程命令對模塊進行初始化和TCP數(shù)據(jù)收發(fā)，所有的電表操作指令都是通過串口通信進行。WiFi通信模塊的軟件邏輯分為三大模塊：初始化模塊、編程命令通信模塊和數(shù)據(jù)收發(fā)控制模塊。 3智能電表管理功能概述 3.1電表管理 將所有電表進行入庫操作，入庫后電表可以和電表使用者進行綁定，使用者可以在微信公眾號中查看電表的所有信息，包含基礎電表編號、電流、余額、剩余電量等，也可以對電表進行通斷電

8、，以及刷新抄表入住等操作。Web端電表管理如圖4所示。 3.2房源管理 將電表管理與房源管理相關聯(lián)，批量的電表安裝以房源為單位進行管理。房源管理者可以對房源內所有電表進行批量操作，也可以對已經安裝了智能用電節(jié)點的房間進行入住操作，每一間房間均可以分開計量，分開結算電量。 3.3自動報警和自動通斷 管理后臺可以監(jiān)測電流的實時數(shù)據(jù)，設置電流的閾值。對比多次數(shù)據(jù)采集的結果，判斷用電量是否異常，是否超過設置的閾值。如果系統(tǒng)判斷用電量異常，或者電流異常，有可能會引發(fā)安全事故發(fā)生，系統(tǒng)會自動斷電，保證整個用電系統(tǒng)的安全，同時初步分析異常的情況并用短信通知管理

9、員。通過設置固定的閾值，電表數(shù)據(jù)異常后，系統(tǒng)會在臨近閾值的第一時間發(fā)送短信通知系統(tǒng)管理員，斷電后通知管理員來查看異常情況。 3.4報表管理 系統(tǒng)平臺能根據(jù)電表的歷史數(shù)據(jù)以及管理記錄等原始數(shù)據(jù)生成報表系統(tǒng)，并提供下載導出。報表包含電表管理記錄、異常記錄、電費充值記錄等。 4結語 新興技術的快速發(fā)展，使智能用電節(jié)點設備和各類通信技術結合起來，將分散在用戶現(xiàn)場的所有電力數(shù)據(jù)進行收集，整理分析并展示給系統(tǒng)使用者，為使用者提供用電詳情、電費報表、用電記錄等信息，以及實時數(shù)據(jù)的采集、存儲、傳輸，科學合理規(guī)范，實現(xiàn)了電力實時監(jiān)控、分析預判、主動報警、自動計費等

10、功能。優(yōu)化電力使用的同時，每個用戶能準確了解其實時用電信息，節(jié)約能源，合理實施電力節(jié)能計劃，使得電能消耗降至最低。 參考文獻 [1]張方昌，劉曉丹，侯維巖，等.一種基于WiFi的計量抄表系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)[J].自動化與儀表，2010，25（6）：18-21. [2]韓明，費宇航.智能電表系統(tǒng)實現(xiàn)方案及其發(fā)展趨勢[J].集成電路應用學報，2010（10）：29-30. [3]王科，童嶸，甘建平.WiFi通信在智能電表中的應用研究[J].電測與儀表，2013（9）：64-68. [4]王豪崗.單相智能電表設計[D].洛陽：河南科技大學，2

11、015. [5]趙太飛，陳倫斌，袁麓，等.基于LoRa的智能抄表系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制，2016，24（9）：298-301. [6]龔天平.LoRa技術實現(xiàn)遠距離、低功耗無線數(shù)據(jù)傳輸[J].電子世界，2016（10）：115. [7]張曉軍，謝輝迪，許劍銳，等.基于STM32的智能充電樁嵌入式控制系統(tǒng)設計[J].電子測量技術，2017，40（2）：144-148. [8]蔣萍花，張楠.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)串口通信的設計與實現(xiàn)[J].電子測量技術，2015，38（6）：139-142. [9]張珂瑄.遠程抄表在電力營銷中的應用[J].工程技術（文摘版），2016（10）：240. [10]劉衛(wèi)民.電能計量遠程抄表系統(tǒng)分析[J].科技創(chuàng)新與應用，2012（12）：122.