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基于RN8302和Python的电能测控系统设计

更新时间：2019-12-20 16:29:39 大小：1M 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：python电能测控系统 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

针对传统电能测控系统存在准确度不足、通信方式单一等问题,设计了基于RN8302和Python的电能测控系统。该系统采用计量芯片RN8302实时采集电网电压、电流信号,经SPI接口将计量、报警等数据传输至MCU,再由Wi-Fi将数据上传至测控中心。测控中心采用Python设计人机交互界面,实现数据的存储、查看以及显示等功能。最后,采用该系统对某学校三栋楼电能使用情况进行监控,实验结果表明,系统工作稳定、可靠,有很强的实用价值。


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42  
4
期
电 子 器 件  
Vol. 42 No. 4  
Aug． 2019  
第
卷 第  
Chinese Journal of Electron Devices  
2019  
8
年
月
Design of Energy Measurement and Control System  
*
Based on RN8302 and Python  
*
ZHONG Yongyan ，WU Ya，CHEN Juan，QIU Aibin，CAO Liyong  
( School of Electric Engineering，Nantong University，Nantong Jiangsu 226019，China)  
Abstract: An energy measurement and control system based on RN8302 and Python was designed to solve the problems  
existing in traditional measurement systems，such as lack of precision and single communication method． The system  
collecs the grid voltage and current signals through RN8302 in real time，the metering and alarming data are trans-  
mitted to the MCU through the SPI interface，and the data are sent to the measurement and control center through  
Wi-Fi． The measurement and control center is designed based on Python to implement functions such as data  
storage，viewing and display． At last，using this system to monitor the power usage of three buildings in a school，the  
experimental results show that the system is stable，reliable，and has strong practical value．  
Key words: smart meter; measurement and control center; Python; RN8302  
－
doi: 10．3969 /j．issn．1005 9490．2019．04．013  
EEACC: 8390  
*
RN8302 Python  
和 的电能测控系统设计  
基于  
*
， ， ， ，  
钟永彦 吴 亚 陈 娟 邱爱兵 曹礼勇  
(
，
南通大学电气工程学院 江苏 南通  
226019)  
:
、
要 针对传统电能测控系统存在准确度不足 通信方式单一等问题 设计了基于  
，
RN8302  
Python  
。
的电能测控系统 该  
摘
和
RN8302 、 ， SPI  
实时采集电网电压 电流信号 经  
、
接口将计量 报警等数据传输至  
MCU， Wi-Fi  
再由 将数据上  
系统采用计量芯片  
。
Python  
， 、 。 ，  
设计人机交互界面 实现数据的存储 查看以及显示等功能 最后 采用该系统对某学  
传至测控中心 测控中心采用  
。
校三栋楼电能使用情况进行监控 实验结果表明 系统工作稳定 可靠 有很强的实用价值  
，
，
、
，
:
;
关键词 智能电能表 测控中心  
; Python; RN8302  
－ － －  
: 1005 9490( 2019) 04 0877 05  
文章编号  
: TP273  
: A  
中图分类号  
文献标识码  
，
随着科技的进步以及人们生活质量的提高 电  
ZigBee  
GPRS  
两种通信方式对电能进行远  
结合  
程监控 尽管如此 上述问题仍然存在 随着智慧城  
Wi-Fi  
和
，
能消耗日益增加 电能管理逐步受到社会各界的重  
，
，
。
， 。 ［1］  
视 电能测控也逐渐成为研究热点 文献 设计  
、
，
市 智慧校园以及智慧小区的推广 使得  
的覆  
［12］  
－
RS 485  
， Wi-Fi  
盖面更加广泛 且  
，
。
，
的用电信息采集终端 信息采集成  
通信开销低 稳定性高  
－
RS 485 Wi-Fi  
与
了基于  
，
100%，  
，
然而线路成本高 不适宜长距离传  
因此 本文结合  
工作模式之间切换的电能测控系统 该系统能实现  
CT 、 ;  
开路检测 谐波测量等功能 测  
设计一种可在多种  
功率高达  
－
［2 3］ ，  
文献 将红外通信技术应用到抄表领域  
。
。
输
、
， ，  
降低了人工成本 提高了抄表效率 但红外通信距离  
电能计量 实时  
，
控中心可监测电能表各项数据并显示 实现实时电  
， 。 ［4］ 3G  
短 导致推广受限 文献 采用 技术将各节点  
，
能数据获取 一方面电力部门可以有效地对电能质  
，
采集的信息发送至服务器 但是  
3G  
技术标准不统  
－
， 。 ［5 6］  
一 且容量受到限制 文献 采用计量芯片和  
、 ，  
量 用电情况进行管理 另一方面便于用户查看自家  
。
GPRS  
，
技术实现了电能的智能监控 然而  
GPRS  
用电量及电费使用情况  
通
－
［7 8］  
， 。  
信需向运营商缴纳费用 使用成本高 文献  
1
总体设计方案  
ZigBee  
，ZigBee  
采用  
技术实现了电能在线监测  
具有  
ZigBee  
－
［9］  
、 、 ，  
功耗低 组网灵活 性价比高 等优点 可是  
，
系统主要包括终端设备和测控中心两部分 系统  
。 ，  
通信传输速率低且穿透性差 因此 文献  
［10 11］  
1 。 ，  
方案如图 所示 终端设备即智能电能表 可工作在  
:
项目来源 国家自然科学基金项目  
( 61473159) ;  
( JC2018119)  
南通市应用研究计划项目  
－ －  
: 2018 07 11  
－ －  
: 2019 03 27  
收稿日期  
修改日期  
42  
卷
878  
电
子
器
件
第
。 ，  
有线和无线两种模式 有线工作模式下 智能电能表  
，
抖动 设计  
RC  
，
电路进行滤波 并采用  
6N137  
进行光  
－
RS 485  
，
组网 计量数据通过采集器上传至测控  
，
耦隔离 保证数据传输的可靠性  
。
通过  
; ，  
中心 无线工作模式下 智能电能表通过  
Wi-Fi  
3( a) ，  
与测  
电压采样电路如图  
所示 电网相电压经限  
R
转换为电流信号流入电流型电压互感器  
，
控中心进行通信 其一般布置在信号较强但不方便布  
流电阻  
24  
。 ，  
线的区域 测控中心位于云端 通过  
Web  
，
发布 访问  
( PT) ，  
采样电阻  
R 、R  
26  
PT  
将
输出的电流信号转换  
R 、C  
构成的低通滤波  
34  
27  
。
，
为电压信号 经  
R 、C  
28  
浏览器即可实现数据共享及远程测控  
及
33  
29  
VAP、VAN  
。
引脚 其中  
，
电路滤波后输入计量芯片  
PT  
除了具备测量的功能外 还能起到隔离的作用  
，
，
－
DL PT202G。  
2 mA: 2 mA  
电流采样电路如图  
( CT)  
选用  
电流型电压互感器  
3( b)  
，
所示 电网一次侧大电  
流经电流互感器  
转换成二次侧小电流流入采  
。
R 、R  
31  
，
为负载电阻 用于将互感器二  
样电路 其中  
次侧电流信号转换为电压信号 电压信号经  
R 、C RC  
低通滤波器滤波后输入到计量  
32  
，
R 、C  
33  
38  
和
构成的  
39  
34  
IAP、IAN  
。
引脚  
芯片  
1
图
系统方案图  
2
智能电能表设计  
，
智能电能表是测控系统的核心 主要由计量单  
、 、 、 、 、  
元 主控单元 通信单元 存储单元 显示单元 模式  
， 2  
单元等构成 结构框图如图 所示  
。
2
图
电能表结构框图  
。
计量单元主要用来获取电能参数 主控单元选  
3
图
采样电路  
STM8S207S8  
，
单片机 协调电能表各单元之间的  
用
2
。
工作 存储单元采用  
I C  
AT24C1024，  
A
以 相电路为例说明电压采样电路主要参数  
总线存储器  
。
DS1302  
。
及其设计过程 由于选用  
2 mA: 2 mA  
电流型电压  
保存电能表各项数据 时钟芯片  
为系统提  
供实时时钟 可由测控中心校时 显示单元从存储  
LCD  
，
。
， A  
互感器 当 相电压为  
220 V ，R  
时
:
最小取值为  
24  
。
单元读取数据并在  
屏显示 模式单元通过拨  
220 V  
=
=
110 k  
R
( 1)  
Ω
24 min  
2 mA  
，0  
码开关设置智能电能表工作模式 为有线模式  
、
，R  
120 k ，  
选用 Ω 此时  
考虑到设计余量  
1
。
为无线模式  
24  
220 V  
2．1  
计量单元设计  
计量单元以计量芯片  
、
=
=
=
1．83 mA  
I
I '  
a
( 2)  
a
120 k  
RN8302  
，
为核心 包括电  
RN8302  
而计量芯片  
正常工作时最大输入电压  
、
压采样电路 电流采样电路 计量芯片以及隔离电路  
V
800 mV，  
因此  
，R 、R  
26  
:
的最大取值为  
峰峰值  
为
4
。 ，  
个部分 该单元采用三相四线制接线方式 通过  
pp  
27  
800 mV  
、 、 。  
电压 电流采样电路采集电网电压 电流信号 计量  
=
=
=
77．3  
R
R
( 3)  
Ω
26max  
27max  
［13］  
×
2 2 2I '  
a
RN8302  
，
对采集的信号进行处理 计算电压  
芯片  
电流间相角 功率 频率 电压相序 谐波等电能信  
SPI  
槡
、
、
、
、
R 、R  
26  
51  
，
:
186．66 mV ( 4)  
。
选用  
27  
Ω 的电阻 此时二次侧压降为  
－
V
= ×  
×
2 1．83 mA 51  
=
Ω
，
。
V
息 存储在对应的寄存器中 该单元通过  
接口  
AP  
AN  
MCU ， SPI  
的通信 为防止  
，
实现与  
传输受干扰而出现  
由分析可知 电压采样电路满足设计要求  

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