智能小区电度表抄表系统设计与实现.docx

《智能小区电度表抄表系统设计与实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能小区电度表抄表系统设计与实现.docx（49页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、摘要本文设计智能电度表抄表系统的系统方案，方案中包含的每个模块需要完成的任务，每个模块如何选型以及系统要完成的检测对象以及相应的技术指标。设计了智能电度表抄表系统的电路图以及电路设计，还设计了智能电度表抄表系统的软件流程框图，最后完成对智能电度表抄表系统的调试，实现了RS485获取用户电度表数据以及物联网平台远程监控管理系统数据。本文主要以STM32F103C8T6为控制核心，采用RS-485连接方式获取各住户的电度表数据，用户数据实时显示在1CDI2864显示屏上，通过物联网模块ESP8266将各用户电表数据传至云端，实现管理员远程智能抄表，当住户余额不足时，系统通过蜂鸣器报警，GSM模块发

2、送短信给住户进行提示补缴电费信息。关键字：STM32；智能抄表；物联网AbstractInthispaper,thesystemschemeofmeterreadingsystemininte11igentcommunityisdesigned,thedetectionobjectsandcorrespondingtechnica1indexesarecomp1eted,thesystemfunctionsaredetermined,thesystemdebuggingiscomp1eted,andthedataoftheInternetofThingsp1atformisremote1ymo

3、nitoredandmanaged.Inthispaper,STM32F103C8T6istakenasthecontro1core,RS485connectionisadoptedtoobtainthee1ectricitymeterdataofeachhouseho1d,andtheuserdataisdisp1ayedonthe1CD12864disp1ayscreeninrea1time,thedataofeachuserse1ectricitymeteristransmittedtothec1oudthroughtheinternetofthingsmodu1eESP8266,thu

4、srea1izingtheremoteinte11igentmeterreadingbytheadministrator,whenthehouseho1dba1anceisinsufficient,thesystemgivesana1armthroughabuzzer,andtheGSMmodu1esendsashortmessagetothehouseho1dtoprompttorepaythee1ectricityfeeinformation.Keywords:STM32Inte11igentmeterreadingInternetofthings目录摘要IAbstractII第1章绪论1

5、1.1 课题背景11.2 国内外研究现状11.3 本文研究内容2第2章系统方案设计42.1 系统方案42.2 单片机选型52.3 数据显示1CDI286462.4 物联网模块ESP826682.5 GSM模块9本章小结10第3章系统硬件设计113.1 系统设计方案113.2 STM32最小系统113.3 RS-485总线电路143.4 ESP8266连接电路153.5 GSM连接电路163.6 1CD显示电路16本章小结17第4章系统软件设计184.1 系统软件流程图184.2 物联网配置软件流程设计194.3 GSM短信发送软件流程设计204.4 RS485总线协议设计21本章小结21第5章

6、系统实物设计调式225.1 硬件调试225.2 软件调试225.3 实物功能展示23本章小结27结论28致谢29参考文献30附录1译文31附录2英文参考资料34附录3电路原理图39附录4程序部分代码40附录5元器件清单46第1章绪论1I课题背景随着时代发展，能源问题已经成为了当今社会非常重要的一个问题，电能作为人们生活中不可缺少的能源，对于电能的管理水平已经用作衡量一个国家的自动化水平，对于一个地区也能反映出当地的经济水平以及人们的生活水平。目前，在全球都是通过电能表实现用户用电量的管理，电能表将电厂、国家电力部门以及普通用户连接在一起，通过电能表可以清晰且准确的记录住户用电多少，实现用户端用

7、电量的记录，电力局端通过电能表实现用电费用的管理，同时对数据进行分析，完成各个地区用电量的统计分析。电厂则根据使用电量的数据，对每个月的供电量进行预测，对于电厂的产能安排有一定参考作用。电能表的数据记录，使得从电能的产生端到用户的消费端通过电表数据维持平衡，使电能的消耗在计划范围内进行。电能表最开使用时，用户端电表的数据全部依赖于人工完成统计，每个区域都需要电力局的工作人员跋山涉水完成电能表的抄表，这种方式非常耗时，并且人工也非常辛苦，人工抄表完后还需要人工完成数据统计，费用计算等工作，对于每个月的抄表工作都是非常庞大的，而且电力局工人员对于用电管理非常不方便，电力局工作人员需要上门收取电费，

8、用户有时不一定在家，另外用户有时拖着电费不缴，电力局工作人员完全没办法，只能多跑几趟进行催缴，目前这种电表数据管理方式在我国比较偏远的地方还存在，但是在大部分城市都已经被替代。科技水平的发展，电子信息技术在各行业中应用非常广泛，远程电表管理数据系统开始普及，这种系统取代了人工去各用户住宅处抄表，这种系统以小区或者某个社区为单位设立一套电表数据采集器，通过电表数据采集器以通信的方式获取小区各个用户的电表信息，电力局通过有线通信的方式获取每个小区电表数据采集器的数据，实现无人化采集数据，电力局可以实时的知道每个用户任何时间的用电数据，相比于人工一月一次的抄表，数据采集更加灵活，后续数据的分析也更有

9、价值。将电子信息技术应用到电能表数据管理系统中，提高了电能表抄表的效率，获取的数据也更加可靠。这种电表管理数据传输全部是基于有线通讯，小区内用户电表与小区的电表采集器一般通过RS485有线通讯的方式，小区电表采集器与电力局数据传输通过有线网络的方式，数据可以实现正常传输，但是当数据传输异常时，需要查线路问题非常耗时，而且线路安装时也需要一一对应，对于线路安装的人员技术要求较高。物联网技术以及无线通讯技术的不断发展，将物联网技术应用到电能表抄表系统上完全可以解决有线通讯的问题，小区内通过局域无线网络传输数据，小区采集器将数据收集后通过物联网技术将数据传至电力局的电表物联网监控云端，实现数据的无线

10、远程传输，这种数据传输方式快捷方便。因此本文研究基于物联网智能抄表系统，利用单片机作为系统控制核心，通过物联网技术实现数据的远程传输，这种抄表的方式不仅提高了电力系统管理效率，对于用电数据的智能化分析有非常大的促进作用，对于电力系统发展有很重要的意义。1.2 国内外研究现状最近几年，全球电子信息技术的快速发展，生活中随处可见应用电子信息技术的科技产品，对于电能表管理的抄表系统也应用了电子信息技术。国内外很多公司都在研发自动抄表系统，期望开发一款全自动抄表系统，满足当代用户的需求。国外对于自动抄表系统研究比较早，目前关于这方面的理论技术相对比较深入，在理论知识的支撑下开发了一系列自动远程抄表系统

11、。在一些发达国家，以美国、日本以及欧洲国家的电表抄表，基本上全部的都是使用远程自动抄表系统。美国的小区抄表系统包括了三个部分，电表、电表采集器以及电表数据管理终端，在美国电表厂家生产的单个用户电表都会带有无线通信模块1ORA模块，小区内的电表采集器与用户通过1ORA无线通信获取各个住户的用电数据，通过物联网技术将数据传至电力管理机构的电表数据管理云端系统，系统根据用户的数据进行电费收取以及用电管理，电表数据管理系统绑定了每个用户的电费缴费账户，当系统识别到账户的余额不足时，系统自动发送短信提醒用户及时缴费，如果系统识别到用户欠费，系统会控制用户电表端完成停止供电操作。美国目前使用的远程抄表系统

12、完全实现了自动抄表系统的功能，所有的工作全部是系统自动完全，不需要人工干预。在国外有些研究者将人工智能技术以及大数据技术应用到自动抄表系统中，通过对于用户电表数据的分析，基于大数据处理，完成对于用户用电的数学模型建立，实现预测用户用电量，对于整个电力系统的发展有很大的促进作用。在国内大多数城市已经完全是远程自动抄表，部分数据处理的工作需要人干预。国内自动抄表系统以小区或者某个社区为单位设立一套电表数据采集器,通过电表数据采集器以通信的方式获取小区各个用户的电表信息，电力局通过有线通信的方式获取每个小区电表数据采集器的数据，实现无人化采集数据，电力局可以实时的知道每个用户任何时间的用电数据，相比

13、于人工一月一次的抄表，数据采集更加灵活，后续数据的分析也更有价值。将电子信息技术应用到电能表数据管理系统中，提高了电能表抄表的效率，获取的数据也更加可靠。这种电表管理数据传输全部是基于有线通讯，小区内用户电表与小区的电表采集器一般通过RS485有线通讯的方式，小区电表采集器与电力局数据传输通过有线网络的方式，数据可以实现正常传输。在国内有部分一线城市部分区域，完全使用无线通信的方式使用自动抄表系统，小区内利用1e)RA通讯获取每个住户的用电数据，通过物联网技术将数据传至云端，当有住户余额不足时，系统会停止给住户供电。住户也可以通过手机APP完成余额的查询。在国内有一些研究机构对电力系统的抄表功

14、能进行了深入研究，华北电力大学开发的用电信息管理系统，系统可以建立电表的档案信息、住户档案信息以及终端管理档案信息，将数据全部信息化，提供电力部门进行研究分析，从而对于国内用电情况分析调研以及当前电费的分析。华北电力大学开发的电表信息管理系统用直观的操作界面，支持多种标准的通讯协议，运用了数据库知识对数据进行管理。中国科学技术研究开发的自动抄表系统，在电表的终端有很多创新点，通过通讯模块实现终端与电力供应商的联系，既可以上传用户的用电数据，还可以接受供电管理部门的指令，通过通讯模块实现互动终端。1.3 本文研究内容为了完成本文的设计，本文主要研究的内容包括：1 .对课题的选题背景进行阐述，从环

15、境的角度引出本文需要研究的内容，并针对智能抄表系统的国内外研究现状进行了详细分析和阐述。2 .智能抄表系统的系统设计方案，方案中包含的每个模块需要完成的任务,每个模块如何选型以及系统要完成的检测对象以及相应的技术指标。3 .智能抄表系统的电路图设计以及每个模块的电路设计。4 .智能抄表系统的软件流程框图，对每个模块的程序进行设计。5 .智能抄表系统的硬件及软件调试，并对用户电表数据采集、住户数据显示以及远程数据监测进行了功能验证。第2章系统方案设计本章节将对本文设计的智能抄表系统的系统方案进行设计和说明，并对方案中的重要组成模块进行详细阐述，包括系统的核心单片机、GSM短信模块、物联网模块进行

16、了详细的介绍。2.1 系统方案智能抄表系统以单片机为控制核心的电表采集系统,485总线获取各用户电表的数据，单片机将数据以物联网透传的方式将数据传给物联网后台管理系统。采集系统通过1CD显示相关信息，其中包括配合按键模块查看目前各用户的电表数据，系统的当前时间，以及存在欠费时系统报警的用户序号，在出现报警时系统进行蜂鸣器输出提醒并伴随着1ED闪烁输出，同时自动发送短信至欠费用户的手机上进行提醒。物联网模块采用ESP8266,根据方案设计，本设计选用1CD显示屏，具体型号为1CD2864o主控芯片选用资源丰富经济实惠的STM32单片机。本文设计的智能抄表系统通过485总线获取小区内住户每个电表的数据，按照每个电表的ID号进行区