CN106200389A - 一种基于嵌入式系统的智能电能表 - Google Patents

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黎小静
胡志刚
章跃平
刘俊
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Abstract

本发明公开了一种基于嵌入式系统的智能电能表，通过在微控制器上移植嵌入式系统，并通过采集装置采集各种能耗信息数据，且通过对数据统计、分析并与用户终端交互，在能耗出现异常、欠费的情况下给用户发预警信息，同时为用户提供能源配置、使用方案；用户根据这些信息可以及时充值、调整能效方案、维护检修家电设备，预防事故发生；使用户享受舒适、安全的家居环境的同时节省能源开支；并且还可以通过手机或电脑访问网络随时随地查看能耗信息、剩余金额数据信息。

Description

一种基于嵌入式系统的智能电能表
技术领域
本发明涉及智能电能表领域，具体涉及一种基于嵌入式系统的智能电能表。
背景技术
随着电子信息技术的高速发展，不仅为传统产业的发展奠定了坚实的基础，而且也为传统产业的发展带来了契机；随着宽带技术、4G通信技术的飞速发展，现在的智能电网组织架构很难满足用户的信息需求。
如今传统的智能电能表只能计量、采集电能信息，不仅功能单一，而且很难满足用户对信息的实时查询需求；而且如今节能降耗已经成为整个社会发展的主旋律，因此对智能电能表的要求也就越来越高，不仅需要能计量、存储电能信息，还需要能采集存储“水、气、热”能耗数据，同时可以接入Internet网络系统；不仅如此，还可以外扩智能家居功能，为用户提供一体化的能源供应、智能家居解决方案。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种不仅可以采集计量电能信息和气、水、热量的能耗数据信息，还能通过网络查看能耗信息，且具有智能家居功能的基于嵌入式系统的智能电能表。
本发明通过以下技术方案实现：一种基于嵌入式系统的智能电能表，包括微控制器、计量芯片、电流采样模块、电压采样模块、气表采集模块、水表采集模块、热量表采集模块、智能家居网关模块、无线模块；所述微控制器分别连接到计量芯片、无线模块和智能家居网关模块；所述计量芯片分别连接电流采样模块和电压采样模块；所述无线模块分别连接到气表采集模块、水表采集模块、热量表采集模块；所述智能家居网关模块用于连接到网络；所述无线模块还分别连接若干能耗计量装置；所述微控制器为32位STM32系列芯片STM32F103ZET6；所述芯片采用增强型ARM® Cortex™-M3 32位的RISC内核，工作主率最高可达72MHz，内含存储器、增强的I/O端口及联接到两条APB总线的外设；还包含3个12位的模数转换器，1us的转换时间，4个通用16位的定时器、2个16位的PWM定时器、2个I2C 接口、3个SPI接口、2个I2S 接口、1个SDIO接口、5个USART接口、一个CAN接口和一个USB2.0全速接口，112个多功能双向的I/O口；所述微控制器内移植有嵌入式系统，所述嵌入式系统采用开源的μC/OSIII；所述μC/OSIII为可裁剪、可剥夺型的多任务内核，用于提供实时操作系统的功能和资源管理、同步、任务通信；所述μC/OSIII中设置有TCP/IP轻型协议LWIP，用于提供网络通信功能；所述微控制器通过智能家居网关模块内嵌嵌入式WEB服务器用于连接网络；所述智能家居网关模块通过网络连接到电脑、手机移动设备，用于方便用户查看能耗信息和剩余金额数据，并且可以发出能耗异常警报。。
本发明通过在微控制器上移植嵌入式系统，并通过采集装置采集各种能耗信息数据，且通过对数据统计、分析并与用户终端交互，在能耗出现异常、欠费的情况下给用户发预警信息，同时为用户提供能源配置、使用方案；用户根据这些信息可以及时充值、调整能效方案、维护检修家电设备，预防事故发生；使用户享受舒适、安全的家居环境的同时节省能源开支；并且还可以通过手机或电脑访问网络随时随地查看能耗信息、剩余金额数据信息。
本发明的有益之处在于：1）不仅可以采集计量电能信息，还可以采集存储气、水、热量的能耗数据信息；2）智能家居网关模块，实现对各个家电的精细管理控制，建立数据库，对能耗异常发出预警信息，以便及时修理家电设备，预防事故发生；3）通过手机、电脑设备能随时查看家电的使用状况和能耗信息、并能随时进行充值。
附图说明
图1为本发明的方框示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式，对本发明作进一步描述。
见图1，一种基于嵌入式系统的智能电能表，包括微控制器、计量芯片、电流采样模块、电压采样模块、气表采集模块、水表采集模块、热量表采集模块、智能家居网关模块、无线模块；所述微控制器分别连接到计量芯片、无线模块和智能家居网关模块；所述计量芯片分别连接电流采样模块和电压采样模块；所述无线模块分别连接到气表采集模块、水表采集模块、热量表采集模块；所述智能家居网关模块用于连接到网络；所述无线模块还分别连接若干能耗计量装置；所述微控制器为32位STM32系列芯片STM32F103ZET6；所述芯片采用增强型ARM® Cortex™-M3 32位的RISC内核，工作主率最高可达72MHz，内含存储器、增强的I/O端口及联接到两条APB总线的外设；还包含3个12位的模数转换器，1us的转换时间，4个通用16位的定时器、2个16位的PWM定时器、2个I2C 接口、3个SPI接口、2个I2S 接口、1个SDIO接口、5个USART接口、一个CAN接口和一个USB2.0全速接口，112个多功能双向的I/O口；所述微控制器内移植有嵌入式系统，所述嵌入式系统采用开源的μC/OSIII；所述μC/OSIII为可裁剪、可剥夺型的多任务内核，用于提供实时操作系统的功能和资源管理、同步、任务通信；所述μC/OSIII中设置有TCP/IP轻型协议LWIP，用于提供网络通信功能；所述微控制器通过智能家居网关模块内嵌嵌入式WEB服务器用于连接网络；所述智能家居网关模块通过网络连接到电脑、手机移动设备，用于方便用户查看能耗信息和剩余金额数据，并且可以发出能耗异常警报。
本实施方式中，本发明不仅能计量、存储电能信息，还能通过气表采集模块、水表采集模块和热量表采集模块采集存储“水、气、热”能耗数据，同时通过智能家居网关模块接入网络；不仅如此，还外扩有智能家居功能，不仅仅对大类电器进行监控管理，还实现精细化控制，在每个家电上都设置有能耗计量装置，可以通过有线或者无线将每个家电上的能耗数据传输到电能表的微控制器中，微控制器中建立有数据库，并在数据库里采集家电的信息设立正常能耗数据范围，超出后就进行微信提醒；控制器还能对数据进行统计、分析并与用户终端进行交互，在能耗出现异常、欠费的情况下给用户发预警信息，同时还能为用户提供能源配置和使用的方案，提供一体化的能源供应、智能家居解决方案；用户可以根据这些信息及时充值、调整能效方案、维护检修家电设备，预防事故发生；使用户享受舒适、安全的家居环境的同时还能节省能源开支；还可以减少各种能源供应商各自建立相应系统的设备、资金和人员的投入，避免重复投资；为用户提供能耗数据及优化建议、优化能耗结构、提升能效水平，降低费用支持；提供高效、快捷、便利的能效服务。
本实施方式中，微控制器选用一款低功耗、高性能的32位STM32系列微控制器STM32F103ZET6；该芯片采用的是增强型ARM® Cortex™-M3 32位的RISC内核，工作主率最高可达72MHz，内含高速存储器（高达64K字节的SRAM 和512K字节的闪存、并行LCD接口），增强的I/O端口及联接到两条APB总线的外设[4]。包含3个12位的模数转换器，1us的转换时间，4个通用16位的定时器和2个16位的PWM定时器，还包含2个I2C 接口、3个SPI接口、2个I2S 接口、1个SDIO接口、5个USART接口、一个CAN接口和一个USB2.0全速接口，112个多功能双向的I/O口，所有I/O口可以映像到16个外部中断；几乎所有的端口均可容忍5V信号； 此外，其还有单周期乘法和硬件除法器。
本实施方式中，嵌入式系统采用开源的μC/OSIII，μC/OSIII是一个可裁剪、可剥夺型的多任务内核，而且没有任务数限制；μC/OSIII提供了实时操作系统所需的所有功能，包括资源管理、同步、任务通信等。
本实施方式中，将TCP/IP轻型协议LWIP移植到嵌入式系统μC/OSIII，使μC/OSIII具备网络通信功能，为嵌入式设备接入Internet提供系统支持；嵌入式WEB服务器是实现嵌入式系统通过WEB方式与Internet互联的关键，用户通过CGI与WEB服务器进行交互，运用嵌入式WEB服务器中的CGI实现策略，完成动态网页的数据交互功能。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于嵌入式系统的智能电能表，其特征在于：包括微控制器、计量芯片、电流采样模块、电压采样模块、气表采集模块、水表采集模块、热量表采集模块、智能家居网关模块、无线模块；所述微控制器分别连接到计量芯片、无线模块和智能家居网关模块；所述计量芯片分别连接电流采样模块和电压采样模块；所述无线模块分别连接到气表采集模块、水表采集模块、热量表采集模块；所述智能家居网关模块用于连接到网络。
2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式系统的智能电能表，其特征在于：所述无线模块还分别连接若干能耗计量装置。
3.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式系统的智能电能表，其特征在于：所述微控制器为32位STM32系列芯片STM32F103ZET6。
4.根据权利要求3述的一种基于嵌入式系统的智能电能表，其特征在于：所述芯片采用增强型ARM® Cortex™-M3 32位的RISC内核，工作主率最高可达72MHz，内含存储器、增强的I/O端口及联接到两条APB总线的外设；还包含3个12位的模数转换器，1us的转换时间，4个通用16位的定时器、2个16位的PWM定时器、2个I2C 接口、3个SPI接口、2个I2S 接口、1个SDIO接口、5个USART接口、一个CAN接口和一个USB2.0全速接口，112个多功能双向的I/O口。
5.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式系统的智能电能表，其特征在于：所述微控制器内移植有嵌入式系统，所述嵌入式系统采用开源的μC/OSIII。
6.根据权利要求5述的一种基于嵌入式系统的智能电能表，其特征在于：所述μC/OSIII为可裁剪、可剥夺型的多任务内核，用于提供实时操作系统的功能和资源管理、同步、任务通信。
7.根据权利要求5述的一种基于嵌入式系统的智能电能表，其特征在于：所述μC/OSIII中设置有TCP/IP轻型协议LWIP，用于提供网络通信功能。
8.根据权利要求1的一种基于嵌入式系统的智能电能表，其特征在于：所述微控制器通过智能家居网关模块内嵌嵌入式WEB服务器用于连接网络。
9.根据权利要求1的一种基于嵌入式系统的智能电能表，其特征在于：所述智能家居网关模块通过网络连接到电脑、手机移动设备，用于方便用户查看能耗信息和剩余金额数据，并且可以发出能耗异常警报。
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