智能电源管理系统的设计与实现

第35卷 第10期 福 建 电 脑 Vol. 35 No.10

2019年10月

Journal of Fujian Computer

Oct. 2019

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李贵蔚，男，1993年生，硕士，主要研究领域为嵌入式系统。E-mail: fzulgw@ 。

智能电源管理系统的设计与实现

李贵蔚

(福州大学电气工程与自动化学院 福州 350116)

摘 要 本文主要论述了一种基于ARM 平台的智能电源管理系统设计。该设计通过各种传感器采集环境的信息，并通过加密算法确保数据的安全性，使用LORA 自组网来进行数据的远程传输，最终将信息传输到服务器进行处理，并做出相应的反馈控制器对电源进行相应的操作，确保电源使用的安全性和节能性。 关键词 LORA ；配电柜；ARM ；电源管理；配电柜终端 中图法分类号 TP302.1 DOI:10.16707/ki.fjpc.2019.10.024

Design and Implementation of Intelligent Power Management System

LI Guiwei

(School of Electrical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou, China, 350116)

1引言

配电柜是当前建筑物非常重要的配电设施[1]。配电柜的安全、运行的稳定性直接关系到正常的生产和日常的生活[2]。特别是当户外设备面临着高温、高湿、温湿度变化范围大等恶劣环境时，该电源管理系统能够保证设备运行稳定、可靠，让客户实时了解设备运行情况[3]。

2系统总体设计

该系统主要包括配电柜终端、智能电源控制器、LORA 智能网关、云平台服务器以及应用服务。系统的网络框架如图1所示。

配电柜终端智能电源控制器

配电柜终端配电柜终端智能电源控制器

智能电源控制器

智能网关

配电柜终端配电柜终端配电柜终端配电柜终端配电柜终端配电柜终端

LORA 无线或LAN 有限通讯

485通讯

警告，报警配置485通讯

485通讯

GPRS 无线或WAN 有线通讯

电脑PC 微信公众号

手机APP 设备控制管理

定制功能（根据客户要求定制）

GIS 地图展示

用户权限管理云平台服务器

短信

邮件定制微信浏览方式

平台软件功能

图1 系统网络框架图

配电柜终端包括各种温度、湿度、烟雾、电压检测、电流检测等传感器。当它完成相应的数据采集后，通过RS485通讯将数据传送给智能电源控制器。智能电源控制器通过LORA 扩频技术或者LAN 有线网络的方式将数据传送给LORA 智能网关[4-6]。

3硬件设计

本系统的硬件部分主要包括2个部分：控制器终端节点和智能电源控制器节点。 3.1配电柜终端节点设计

配电柜终端节点由电源模块、指示灯、JTAG 接口、传感器模块、控制模块等外设组成。CPU 采用的是STM32F030C8T6模块，如图2所示。

STM32F030C8T6

RS232收发器

电源模块

指示灯

JTAG 接口

传感器模块

控制模块

图2 配电柜终端示意图

3.2智能电源控制器节点设计

智能电源控制器的CPU 采用的是STM32F103ZET6。外设包括显示模块、通信模块、

2019年 福 建 电 脑 73

电源模块和看门狗模块组成。如图3所示。

STM32F103ZET6

SX1278射频模

块

电源模块

看门狗模

块

JTAG 接口

网络接口

USB 接口

RS232收发器

LCD 模块LED 模块RJ45接口

图3 智能电源控制器示意图

4软件设计

为了保证各个模块之间的正常通信和数据传输的安全性和稳定性，本文在软件部分对智能电源控制器节点、智能网关进行介绍。 3.1智能电源控制器节点设计

智能电源控制节点的作用为接收智能网关的命令，将命令通过485协议传输给配电柜终端，并将配电柜终端中各类传感器采集的信息传输给智能网关。整个内部运行的程序流程如图4所示。

开始

系统初始化

使能串口接收函数

接收标志是否完成？

将数据发送给智能

网关接收数据

N

Y

判断数据帧类型?

将指令发送给配电

柜终端

来自智能网关

来自配电柜终端

图4 智能电源控制器程序流程图

3.1智能网关设计

开始启动LoRa 无线通讯

模块

结束字节是否完成？

N

Y

将数据发动给智能电源控制器将数据发送给云平

台服务器

来自云平台服务器

来自电源控制器

判断数据帧类型？

图5 智能网关程序流程图

智能网关的作用为接收云平台服务器上的命令，并通过LORA 的方式传送给智能电源控制器，同时接收来自智能电源控制器的数据。整个内部运

行的程序流程如图5所示。

5测试结果与分析

测试节点之间的传输距离，在居民小区进行测试。随机选取两个LORA 节点A 和B 配置为定向传输，发射功率为30dBm ，载波频率为433MHz ，工作模式为透传模式，数据帧间隔为20ms ，波特率为115200，匹配全向胶棒天线。利用串口调试调试助手进行数据传输测试，每组发送数据50次，间隔1s 。测试结果如表1所示。

表1 LORA 传输距离测试

测试距离/

千米 测试组数

A 发

B 收 丢包率1/%

B 发A 收 丢包率2/%

平均丢包率/

% 0.2 2 0 0 0 0.5 2 0 0 0 0.75 5 2 4 3 0.8 5 8 10 9 0.85 5 20 24 22 0.96

5

100

100

100

通过测试，LORA 数据传输的丢包率与距离有关。随着距离的增加，丢包率在不断增加。所以该模块在楼宇间的有效距离为0.75km 时能满足要求。

6结束语

该系统实现了配电柜相应数据的采集，并通过LORA 通讯方式将数据上传到了云平台服务器，实现了远程电源管理，具有一定的应用价值。

参 考 文 献

[1] 李时杰,何怡刚,罗旗舞,等.基于LoRa 的电气设备温湿度监测终端设

计.传感器与微系统, 2018, 37(4): 89-91

[2] 何诚刚.基于LoRa 的无线监测系统设计. 山东农业大学学报(自然科

学版), 2018, 49(03):161-163

[3] 霍振龙. LoRa 技术在矿井无线通信中的应用分析.工矿自动化, 2017,

43(10):34-37

[4] Y u F, Zhu Z, Zhong F. Study on the feasibility of LoRaWAN for smart

city applications//Proceedings of the 2017 IEEE 13th International Conference on Wireless & Mobile Computing, Networking and

Communications. Rome, Italy, 2017

[5] Zhijie H , Ruibing S . Intelligent Power Management System Based on

ARM//Proceedings of the International Conference on Robots & Intelligent System. IEEE, 2016

[6] 董慧,黄世震.基于LoRa 技术的智慧农业系统设计与实现.微型机与应

用, 2017(22):110-112