基于433M无线模块的电力机柜远程监测系统设计

论文总字数：11770字

摘 要

基于433M无线模块设计的电力机柜远程监测系统，实现了对电力机柜工作电压、电流、功率、电能以及环境温度的远程监测。系统主要由主控制器、433M无线收发模块、温湿度传感器、电能计量芯片、报警电路以及触摸屏等部分组成，具有功耗小、无线监测距离远，且比较适合恶劣条件下使用的特点，市场应用前景广阔。

关键词：433M无线收发模块，STM32F103，DS18B20，电能计量模块

Abstract：Based on the 433M wireless module design, the power cabinet remote monitoring system realizes remote monitoring of the working voltage, current, power, electric energy and ambient temperature of the power cabinet. The system is mainly composed of main controller, 433M wireless transceiver module, temperature and humidity sensor, energy metering chip, alarm circuit and touch screen. It has the characteristics of small power consumption, long wireless monitoring distance, and is suitable for use under harsh conditions. The market has broad application prospects.

Keywords: 433M wireless transceiver module, STM32F103, DS18B20, Energy metering module

目 录

1 引言 5

2 系统总体方案设计 5

2.1 总体结构框图 5

2.2 STM32C8T6微控制器 6

2.3 AS32-TTL-1W无线收发模块 7

2.4 DS18B20温度传感器 7

2.5 ZM301SZ采集模块 8

2.6 TPC7062TX触摸屏 9

3 系统硬件设计 9

3.1 主控制器电路 9

3.2 温度监测电路 10

3.3 433M无线收发电路 11

3.4 电参数采集电路 11

3.5 电源供应电路 13

3.6 报警电路 13

3.7 触摸显示屏电路 14

4 系统软件设计 15

4.1 下位机软件设计 15

4.1.1 温度监测程序设计 15

4.1.2 电参数监测程序设计 16

4.1.3 433M无线收发程序设计 17

4.2 上位机软件设计 17

4.2.1 蜂鸣报警程序设计 17

4.2.2 触摸显示屏程序设计 18

5 系统测试 18

5.1 硬件调试 18

5.2 软件调试 19

总 结 21

参 考 文 献 22

致 谢 23

附 录 24

1 引言

近年来，随着科技的飞速发展，人们的生活质量在不断提高，日常生活中对于水电的使用也在逐步加大。电力部门对电力机柜管理、电力合理使用以及充分使用、电力传输等方面也在不断的改进，但是由于我国地县级地区通信网络薄弱和经济发展不均等各类情况的影响，电力部门对电力机柜和电力通信的管理存在的差异。例如：传输设备故障导致通信业务的中断导致不能及时把信息传输出来或者工作人员未及时检修将会影响人们的正常生活，甚至影响经济。基于此种情况研究基于433M无线模块的电力机柜远程监测系统势在必行。这个设计运用的433M无线模块的低成本、穿透性强、可靠性高等优点建立数据收发模块，系统具有功耗小、无线监测距离远，且比较适合恶劣条件下使用的特点。

对于电力机柜的研究我们可以从机柜所处的环境温度情况以及机柜对电能的监测和传输等方面进行研究,虽然国内外对此的研究已是种类繁多，例如：基于GPRS的电力机柜管理系统的设计已初步试验成功^[1]，对于以433M无线模块进行的电力机柜监测国内目前的研究甚少。并且这个设计存在一点比较大的好处就是：接收到的数据直接通过触摸屏显示出来，不需要我们再去开发网络通信协议，更加方面且简单了我们的研究。

2 系统总体方案设计

2.1 总体结构框图

系统主要由主控制器、温度传感器、电参数监测系统、蜂鸣报警器以及触摸显示屏组成。其中温度传感器、电参数监测系统、主控制器以及433M无线收发模块构成下位机，如图1所示：

图 1 下位机框图

433M无线收发模块、主控制器、触摸显示屏和蜂鸣报警器构成上位机，如图2所示:

图 2 上位机框图

根据此次设计要求，我们侧重于对电参数的监测（如电压、电流、功率和电能的监测）和机柜环境的温度监测。

温度传感器我们采用DS18B20监测机柜环境的温度变化情况；机柜电参数监测系统采用以STM32C8T6微控制器为核心，以及运用了电能计量芯片ZM301SZ模块对机柜电参数变化情况监测构成一个简易的智能电能表；433M无线收发模块采用了AS32-TTL-1W无线收发模块对采集到的数据进行发射接收，最后传送到TPC7062TX触摸屏上。我们还设置了一个蜂鸣报警器，当出现温度或电参数发生变化时蜂鸣报警器则发出报警并自动对机柜断电，以此来保障机柜电能的安全传输。

2.2 STM32C8T6微控制器

主控制器芯片采用ARM 32位的CortexTM–M3内核的STM32C8T6微控制器^[2]，最高工作频率可达72MHz，具有睡眠、停机和待机模式，且VBAT为RTC和后备寄存器供电，功耗非常低，是一种高速、低功耗、超强抗干扰、存储器容量大的单片机，性能完全满足本项目需要。其引脚图如图3所示：

图 3 STM32C8T6引脚图

2.3 AS32-TTL-1W无线收发模块

本设计的433M无线收发模块采用AS32-TTL-1W模块，此模块以SX1278作为主芯片，具有LORA扩频调制技术^[3]，采用高效的循环纠错算法，编码效率高，纠错能力强，很大程度上提高了模块的抗干扰性和稳定性。因此模块内部自动扩频计算和硬件校验处理，我们只需要调试底层SPI通信就能轻松应用此模块。AS32-TTL-1W模块的特征为：

（1）接收灵敏度高：-130dBm；

（2）高效的循环交织纠错编码，最大纠错64bit；

（3）可读取模块RSSI和模块电压；

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