低压用户家庭设备用电监测系统的研制

引言

目前供电企业的计量装置只能计量用户的总用电量,而无法统计每件家用电器每月用电的电量。当用电客户抱怨"用电多""电表转得快"等问题时,供电企业只能打印用户的历史用电记录跟用户沟通,用户往往不能接受。现在市场上也有带计量功能的插座,可以计量家用电器的用电量:但是要么只有单一的计量功能,无法联网:要么只能通过wi-Fi进行联网,wi-Fi信号无法覆盖的区域就无法使用。本系统的采集器之间主要是通过无线模块自动组网进行通信,具有通信距离长、系统环境适应性强等优点。

本系统主要由三部分组成:电能采集器、远程数据监测平台、智能移动终端(图1)。电能采集器由电能总采集器和电能分采集器组成。远程数据监测平台主要是通过第三方的云平台实时监测用户家用设备的用电情况。智能移动终端是用户的手机移动终端,通过它可以实时查看系统的运行情况。本系统不但可以有效地为客户解决"用电多"的难题,还能为用户进行节能改造提供依据,另外还可以有效预防用户家中"间歇性"漏电并定位漏电设备。

1电能采集器

本系统的电能采集器包括若干个电能分采集器和一个电能总采集器,电能总采集器的输出端与若干个电能分采集器的输入端进行电气连接。电能分采集器主要安装在每件家用设备的电源处,它的作用是采集设备运行的电能数据并把数据通过无线数据通信模块传给电能总采集器。电能总采集器主要安装在用户家用总开关处,它在系统中起到承上启下的作用,负责采集总开关的电能数据、接收并处理电能分采集器上传的数据和向远程数据监测平台、用户智能移动终端发送数据。电能分采集器包括处理器模块、电能数据采集模块和无线数据通信模块,其中电能数据采集模块和无线数据通信模块均与处理器模块进行数据传输。处理器模块主要采用ATmega128单片机,ATmega128单片机是ATMEL公司生产的一种高性能、低功耗的8位AVR微处理器:拥有丰富的片内资源,很适合后期系统的进一步开放和升级。电能数据采集模块采用的是sUI-101A工业级高精度电能数据采集模块,该模块是一款互感器隔离的高精度多功能交流数据采集模块,可有效实时采集交流电压、电流、功率、电能、功率因数、频率等数据。总采集器与分采集器的无线数据通信采用的是As32-TTL-1w大功率无线数据传输模块,这是一款具有高稳定性的工业级无线数据传输模块,其具有编码效率高、纠错能力强、数据接收灵敏度高、数据传输距离远等优点,据测试最大有效传输距离达8000m。该模块支持32个信道,最大可支持65536个模块同时组网工作。总采集器与远程数据监测平台的数据通信主要采用UsR-G780V2数据传输模块,该模块能实现串口设备与服务器端的双向数据透传,支持移动、联通、电信4G高速接入以及协议透传模式,具有自定义注册包、心跳包功能,支持两路socket连接,支持TCPserver,支持透传云接入。

2远程数据监测平台及智能移动终端

本系统的远程数据监测平台采用的是山东有人信息技术有限公司开发的透传云平台。透传云平台专为工业应用设计,根据用户应用场景选择不同的应用模式,解决了软件与串口服务器、GPRs/3G/4GDTU进行远程数据交互的问题,实现了工业物联网的数据采集和控制。透传云平台一站式完成设备数据采集、远程控制、报警推送、报表统计等功能,可零编程实现设备远程监控。透传云平台还支持微信小程序监控,无需安装手机APP,相关人员可通过智能移动终端随时随地使用微信小程序快速对设备进行监控,随心所欲地获取设备相关运行数据。

3系统工作原理

低压用户家庭设备用电监测系统包括电能采集器、远程数据监测平台和智能移动终端,其中电能采集器分为电能总采集器和电能分采集器。电能总采集器主要安装在用户家用总开关处,它在系统中起到承上启下的作用,负责采集总开关的电能数据、接收并处理电能分采集器上传的数据和向远程数据监测平台、用户智能移动终端发送数据。在整个系统工作时,电能总采集器通过AS32-TTL-1w无线数据传输模块对各电能分采集器进行自动组网。自动组网成功后,AS32-TTL-1w无线数据传输模块就会把组网成功的代码发给处理器模块ATmega128单片机。ATmega128单片机收到组网成功的代码后,就会通过AS32-TTL-1w无线数据传输模块对各电能分采集器发出数据采集代码并对收到的数据进行判断和初步处理。各电能分采集器一收到电能总采集器发过来的数据采集代码,则立即把内存中采集到的最新电能数据通过AS32-TTL-1w无线数据传输模块发送给电能总采集器。电能分采集器主要安装在每件家用设备的电源处,它能对每个家用设备的用电情况进行监测并采集数据,一旦家用设备有漏电或偷漏电的情况,能第一时间发现并根据电能分采集器的位置进行定位,找到具体漏电家用设备。透传云平台每隔1min就会通过移动网络向电能总采集器发出数据采集代码,电能总采集器收到数据采集代码就会把内存中最新的数据加密发送到透传云平台去,透传云平台会对收到的数据进行处理,并把数据保存到云平台的数据库中,同时把数据输出到相应的平台控件中。

4结语

低压用户家庭设备用电监测系统的成功研制具有重要意义。该系统中的电能总采集器与电能分采集器是通过自身的无线通信模块进行通信,具有通信距离远、抗干扰性强和工作环境适应性强等优点,实用性很强。本系统通过透传云平台与用户移动终端相连接,用户可通过移动终端实时查看家用电器的电能消耗情况。同时,该系统还具有漏电设备在线定位功能,用户通过自己的移动终端可实时查看到漏电电器的情况和漏电电流的大小,可有效查找出存在"间歇性"漏电的家用电器,进而防止危险的发生和不必要的经济损失。此外,通过该系统的数据分析,能得到家用电器用电情况,有效地为客户解决"用电多"的难题,并为用户提供相关节能改造方案。万物互联,是未来互联网技术发展的方向,也是智能电力设备发展的一个方向。