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基于STM32的电能表采集器的设计

李洪波;李国良

【摘要】传统电能表数据采集方式已经越来越不能适应现代社会的发展,必须对采

集过程进行智能化改造.基于STM32微处理器和无线传感网络的采集器设计,实现

了抄表的自动化,具有成本低、功耗小、准确性高、实时性强等优点.

【期刊名称】《兴义民族师范学院学报》

【年(卷),期】2016(000)001

【总页数】4页(P112-115)

【关键词】STM32;采集器;无线传感器

【作者】李洪波;李国良

【作者单位】兴义民族师范学院,贵州兴义562400;兴义民族师范学院,贵州兴义

562400

【正文语种】中文

【中图分类】TM933.4

在电能表的数据采集过程中，传统的采集方式为人工入户抄表，尽管现在的电能表

已经集中放置在室外了，还有一些通过手持设备进行电能表数据的采集，但还是需

要安排人员到电能表集中点去抄表，仍存在管理费用过高、采集数据不准确、有很

大的管理漏洞等问题。因此，利用现代电子技术，实现远程抄表的实时性、准确性、

智能化和快速反应能力，提高管理效率，降低运营成本，是智能化电能表采集设备

发展的必然趋势。

基于以上问题，提出了基于STM32的智能电能表采集器设计方案，不用专门安排

人员去抄表，在管理部门的监控中心就能实现自动采集和控制，从而实现了电能表

数据的智能化采集，具有实时采集、声光报警、液晶显示、无线传输和智能控制等

功能，既能为用户提供便捷、安全的服务，又能为电能管理部门节省运营成本，提

高管理效率。

基于STM32的电能表采集器设计方案如图1所示，以STM32为控制核心，包含

电源模块、EEPROM模块、声光报警模块、人机界面模块、控制模块、无线传感

器和GPRS模块。采集器通过微处理器STM32的I/O端口定时采集电能表数据，

然后通过无线网络发送出去，用户可以通过人机界面模块查询并显示用电信息。当

用户数据出现异常或用户欠费时，声光报警模块就会工作，电能管理部门可以通过

远程控制程序，利用GPRS无线网络，使微处理器通过控制模块控制电能表的通

断电。

STM32微处理器属于意法半导体公司，它是一种高性能、低成本、低功耗的

ARMCortex-M3内核，是为嵌入式应用领域专门设计的。该微处理器包含12位

的AD通道、GPIO接口和标准的通信接口，最多高达112个的快速I/O端口，根

据型号的不同，有26，37，51，80，和112的I/O端口，所有的端口都可以映

射到16个外部中断向量，有3种低功耗模式：休眠、停止、待机模式[1]。本设

计采用64管脚的STM32F103微处理器，外接晶振电路如图2所示，调试接口

JTAG的连接电路如图3所示。

在人机界面模块中，包含键盘和液晶显示部分，本设计采用了一块5V供电的液晶

模块SMC2004A。SMC2004A的主要技术参数是：显示容量是20×4个字符，

工作电压是4.8V-5.2V，工作电流是2.0mA，最佳工作电压是5.0V，故对其

+5.0V电压即可。

STM32F103微处理器与SMC2004A的连接电路图如图4所示。PB0、PB1、

PB2、PB3、PB4、PB5、PB6、PB7与SMC2004A的D0～D7引脚并行连接，

模拟数据总线，PB8与使能信号端E连接，PB9与读写控制信号R/W连接，

PB10连接数据\命令选择端RS，V0代表LCD的偏压输入，BLK是背光源负极，

BLA是背光源正极。

控制模块安装在电能表外，用户电能表的通断通过继电器TQ2-5V控制。TQ2-5V

为信号继电器，额定电压为DC5.0V，吸合电压为DC3.75V，释放电压为DC0.5V，

额定功率140mW。当采集器需要对用户实施断电操作时，由STM32F103微处

理器给GPIO管脚输出高电平，经驱动控制继电器动作，完成通断电操作。

无线传感器负责采集器之间的数据传输，采用了ZigBee模块设计。ZigBee