一種基于機(jī)智云平臺(tái)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳

傳統(tǒng)的工廠低壓配電間經(jīng)常發(fā)生過(guò)負(fù)荷和短路等現(xiàn)象，再加上巡檢強(qiáng)度大，存在的安全隱患較多，沒(méi)有現(xiàn)代化的功率檢測(cè)與數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳的功能，當(dāng)發(fā)生故障或功率超標(biāo)時(shí)，管理人員及時(shí)采取有效措施的難度較大，因此對(duì)配電間的遠(yuǎn)程監(jiān)控是十分重要的。

基于機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的工廠低壓配電間遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以STM32為控制核心，采用了WIFI無(wú)線傳輸技術(shù)，GPRS無(wú)線通信技術(shù)，傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工廠配電間的遠(yuǎn)程檢測(cè)和報(bào)警提醒，滿足了工廠工作人員可以通過(guò)手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看配電間狀態(tài)，極大程度上減少了工作人員的工作量，大大提高了安全性。

該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)變壓器的輸出電流進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)上，工作人員通過(guò)手機(jī)APP可隨時(shí)查看到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，當(dāng)實(shí)時(shí)電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)還會(huì)向相關(guān)人員發(fā)送報(bào)警短信，以便管理者及時(shí)采取有效的措施。

［ 1、系統(tǒng)總體簡(jiǎn)介 ］

機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)是致力于物聯(lián)網(wǎng)、智能硬件云服務(wù)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為開(kāi)發(fā)者提供了自助式智能硬件開(kāi)發(fā)工具和開(kāi)放的云端服務(wù) 。

本文提出了一種基于機(jī)智云平臺(tái)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，并且配電間遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是由傳感器模塊 、 控 制 器 與 處 理 器 模 塊 、 顯 示 模 塊 、GPRS模塊、WIFI無(wú)線傳輸模塊、繼電器模塊構(gòu)成。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以STM32F103ZET6單片機(jī)作為核心控制器，通過(guò)傳感器模塊對(duì)變 ［3］壓器的輸出電流進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后輸入到STM32單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和變換，再通過(guò)顯示模塊在現(xiàn)場(chǎng)顯示出來(lái)，讓現(xiàn)場(chǎng)工作人員更加直觀的觀察到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

同時(shí)將檢測(cè)的電流數(shù)據(jù)通過(guò)WIFI模塊上傳到機(jī)智云服務(wù)器，用戶可以打開(kāi)手機(jī)APP連上機(jī)智云服務(wù)器就可以查看到實(shí)時(shí)的電流數(shù)據(jù)，并且還可以在手機(jī)APP上手動(dòng)設(shè)置報(bào)警臨界值，當(dāng)實(shí)時(shí)電流超過(guò)報(bào)警臨界值時(shí)，STM32單片機(jī)會(huì)控制繼電器模塊導(dǎo)通報(bào)警燈，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，同時(shí)STM32單片機(jī)還會(huì)控制GPRS模塊給相關(guān)人員發(fā)送報(bào)警短信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警。以上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)配電間輸出電流的遠(yuǎn)程檢測(cè)與報(bào)警，能夠極大程度的釋放工作人員，大大提高設(shè)備運(yùn)行的安全性與可靠性。圖1為配電間遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體示意圖。

［ 2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ］

2.1 主控制器模塊

配電間遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主控制器采用的是ST公司生產(chǎn)的內(nèi)核為Cortex-M3系列STM32F103ZET6微 控 制 器 ， 具 有 最 高 72MHz的工作頻率，高達(dá)512 kB閃存，最大64kB的SRAM，工作電壓采用3.3 V，具有豐富的GPIO端口和并聯(lián)到兩條APB總線的外設(shè)，包括兩個(gè)12位的ADC，3個(gè)16位定時(shí)器和3個(gè)USART接口 。在該系統(tǒng)中主控制器 ［2］模塊主要用來(lái)控制采集信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)與機(jī)智云服務(wù)器進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸、GPRS模塊的短信發(fā)送、繼電器模塊的閉合等工作。

2.2 傳感器模塊

［1］ 對(duì)配電間變壓器的輸出電流采集采用的是交流電流互感器，該交流電流互感器的輸入范圍為0～700 A，能夠輸出4～20 mA/0～3.3 V的信號(hào)，其測(cè)量精度高，相應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，符合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境以及本設(shè)計(jì)的要求，如圖2所示。

2.3 WIFI無(wú)線傳輸模塊

無(wú)線傳輸模塊采用的是ATK-ESP8266無(wú)線WIFI模塊，它是alientek推出的一款高性能UART-WIFI（串口-無(wú)線）模塊。ATK-ESP8266模塊采用串口（LVTTL）與 MCU通信，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn) 串口與WIFI之間的轉(zhuǎn)換，其具有三種轉(zhuǎn)換 模式：串口轉(zhuǎn)WIFI SPA、串口轉(zhuǎn)WIFI AP和WIFI STA+WIFI AP的模式 。本系統(tǒng)通過(guò)主控制器模塊與ATK-ESP8266模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通過(guò)ATK-ESP8266模塊上傳到機(jī)智云服務(wù)器，如圖3所示。

2.4 GPRS無(wú)線通信模塊

由于當(dāng)配電間變壓器輸出電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，需要向相關(guān)人員發(fā)送報(bào)警短信，在本文中選擇SIM900A模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，該模塊板載SIMCOM公司的工業(yè)級(jí)雙頻GSM/GPRS模塊 ：SIM900 A， 工 作 頻 段 雙頻：900/1800 MHz，可以低功耗輸實(shí)現(xiàn)短信、彩信、數(shù)據(jù)信息的傳 。圖 4為 SIM900A芯片原理圖。

2.5 繼電器模塊繼電器模塊

采用的是光耦隔離的繼電器控制模塊，該模塊采用優(yōu)質(zhì)繼電器，常開(kāi)接口限大負(fù)載：50 V/30 A，直流：30 V/ 30 A;采用小型光耦，大功率高耐壓三極管，抗干擾能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定。在本設(shè)計(jì)中，設(shè)置繼電器模塊為高電平信號(hào)觸發(fā)， 當(dāng)配電間變壓器輸出電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，將繼電器控制接口連 接的STM32單片機(jī)的I/O口拉高，使其觸發(fā)，從而控制報(bào)警燈在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便工作人員及時(shí)采取措施。

［ 3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ］

該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)在Keil UVision5上進(jìn)行編程與調(diào)試，采用了C語(yǔ)言編寫(xiě)，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中選用ST公司提供的STM32F10X固件函數(shù)庫(kù)3.5.0版本，通過(guò)使用固件函數(shù)庫(kù)，無(wú)需深入掌握細(xì)節(jié)，也能夠輕松應(yīng)用每個(gè)外設(shè)，大大減少程序編寫(xiě)時(shí)間，進(jìn)而降低開(kāi)發(fā)成本。

在該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，軟件程序設(shè)計(jì)主要分為：①控制器對(duì)電流信號(hào)的采集和處理;②控制器對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)顯示;③WIFI無(wú)線傳輸模塊與機(jī)智云服務(wù)器進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸;④控制器控制GPRS無(wú)線通信模塊發(fā)送報(bào)警短信;⑤控制器控制繼電器模塊閉合。

配電間遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的程序流程圖如圖5所示。首先，對(duì)STM32單片機(jī)上各個(gè)外設(shè)進(jìn)行初始化，然后初始化機(jī)智云通信協(xié)議，判斷WIFI無(wú)線傳輸模塊是否連接機(jī)智云服務(wù)器， 若連接，則進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，再判斷處理過(guò)的數(shù)據(jù)是否大于報(bào)警值，若大于，則進(jìn)行繼電器觸發(fā)，控制報(bào)警燈實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，進(jìn)而GPRS模塊發(fā)送報(bào)警短信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警，接著將采集處理的數(shù)據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)顯示出來(lái);若小于，直接顯示出來(lái)，然后進(jìn)行機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的協(xié)議處理，將數(shù)據(jù)發(fā)送到機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的服務(wù)器上，最后在手機(jī)APP上顯示出來(lái)，手機(jī)APP上可以對(duì)報(bào)警值進(jìn)行調(diào)節(jié)，將手機(jī)APP上設(shè)定的報(bào)警值通過(guò)機(jī)智云協(xié)議處理，發(fā)送到機(jī)智云服務(wù)器，再通過(guò)WIFI模塊發(fā)送到STM32單片機(jī)上，進(jìn)而顯示出來(lái)。

［ 4、系統(tǒng)測(cè)試 ］

配電間遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示與設(shè)備控制是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的。將各個(gè)模塊通電，手機(jī)APP配置WIFI模塊入網(wǎng)，連接機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)服務(wù)器，就可以在手機(jī)APP上查看到檢測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)顯示屏也會(huì)顯示出當(dāng)前的數(shù)據(jù)。在手機(jī)APP上可以調(diào)節(jié)報(bào)警值，當(dāng)檢測(cè)的電流值超過(guò)報(bào)警值時(shí)，會(huì)收到報(bào)警短信，以及現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警燈會(huì)閃爍。圖6所示為測(cè)試時(shí)手機(jī)APP的應(yīng)用截圖;圖7所示，為測(cè)試時(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示圖;圖8所示，為測(cè)試時(shí)接受到的報(bào)警短信截圖。

［ 5、結(jié)語(yǔ) ］

本遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，能夠正常控制報(bào)警短信發(fā)送以及報(bào)警燈開(kāi)關(guān)，電流數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確，能實(shí)時(shí)在（基于機(jī)智云SDK的）手機(jī)APP上顯示，即使用戶身在異地，同時(shí)手機(jī)處在4G模式下，也能夠查看到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并且能夠遠(yuǎn)程設(shè)定報(bào)警 值。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅可以對(duì)配電間進(jìn)行有效的監(jiān)控，而且還可以大大減少人力，提高安全性。