以無線模組供應(yīng)商遠距離WiFi模組為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)電能表，用移動設(shè)備來遠程查看電力的使用情況已經(jīng)成為當(dāng)今生活的迫切需要。20世紀70年代，國外對遠距離抄表技術(shù)的摸索與研究開始了，在較短時間內(nèi)取得了長足的發(fā)展。雖然在水、電、氣、熱等領(lǐng)域有較大的貢獻，但在實際生活中難以推廣。當(dāng)英國THORNEMI公司通過公用電話網(wǎng)絡(luò)等方式獨立開發(fā)SCTM技術(shù)的同時，英國THORNEMI/GYR也在開發(fā)利用公用電話網(wǎng)絡(luò)的遠程自動抄表技術(shù)。一九八五年，日本九州電力公司利用電力載波技術(shù)進行了遠程抄表試驗。從那時起，美國、德國、澳大利亞等國相繼開發(fā)了各種新型抄表技術(shù)，并大規(guī)模地應(yīng)用于實際工作。90年代以后，美國、加拿大等國家的大部分電表節(jié)點都裝有遠程自動抄表芯片。一九九八年，美國正式開始使用它所開發(fā)的大功率遠距離自動無線抄表系統(tǒng)。2006年，東歐通過一種由法國Coronis公司開發(fā)的Wavenis無線抄表技術(shù)，建立了世界上一個大型遠程自動抄表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。20世紀80年代以來，中國開展了遠程抄表系統(tǒng)的研究，但其研究成果在實際應(yīng)用中的效果并不理想。中國幅員遼闊，電力信息采集系統(tǒng)的覆蓋面比較小，許多地方還依賴人工采集的數(shù)據(jù)，不能反映整體的特點。近幾年抄表系統(tǒng)發(fā)展很快，抄表系統(tǒng)在我國的住宅小區(qū)逐步得到應(yīng)用，給居民帶來了很大的方便。設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的CV520單片機智能電表系統(tǒng)，具備實時監(jiān)控.遠距離通訊.通訊局部.顯示等功能，成本低.功耗低.效率高.穩(wěn)定，有利于供電部門對用戶用電進行實時監(jiān)控，促進社會智能化發(fā)展。

無線模組供應(yīng)商遠距離WiFi模組方案裝置主要包括電能數(shù)據(jù)采集模塊.數(shù)據(jù)通訊功能模塊，數(shù)據(jù)監(jiān)測功能模塊。由HMI屏幕.云服務(wù)器.BLEAPP構(gòu)成的數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊，觀察用戶的電力消耗。利用UART串行口.WiFi模塊.BLE藍牙模塊組成數(shù)據(jù)通信功能模塊，采用串口UART0進行數(shù)據(jù)下載與調(diào)試，UART2用UART2將數(shù)據(jù)傳送到HMI屏幕，WiFi模塊和BLE藍牙模塊都采用TCP/IP協(xié)議來傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)使用WiFi模塊時，CV520芯片作為與阿里云服務(wù)器連接的客戶端傳送數(shù)據(jù)，在使用BLE藍牙模塊時，無線模組供應(yīng)商遠距離WiFi模組CV520作為服務(wù)器端將數(shù)據(jù)發(fā)送到手機APP。Holer效應(yīng)傳感器ACS712采集電流數(shù)據(jù)，CV520模組通過ADC模擬通道進行濾波處理，得到電壓數(shù)據(jù)，用該公式計算出所需的電量。

該設(shè)計利用ACS712電流傳感器把獲得的AC電流轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號，用GPIO32端口發(fā)送到CV520芯片，在采集后，數(shù)據(jù)在UART2串口的GPIO16.GPIO17端發(fā)送到HMI串口屏上，藍牙與WiFi模塊同時實現(xiàn)無線通訊。

無線模組供應(yīng)商遠距離WiFi模組CV520是一款多功能模組，它的MCU模塊由WiFi模塊.BT模塊和BLE模塊組成，非常適合攜帶小型電子器件，如移動物聯(lián)網(wǎng)器材。該模塊的核心是CV520-D0WFQ6芯片。具有2組32bitLX6CPU的CV520采用7級流水結(jié)構(gòu)，主頻為240MHz。CV520完全符合WiFi802.11n和藍牙4.2標準，集成了WiFi.Bluetooth.BLERF.低功率基帶，以及豐富的模擬傳感器和數(shù)字接口。

無線模組供應(yīng)商遠距離WiFi模組支持802.11B/G/N/E/I協(xié)議的CV520內(nèi)建模塊，數(shù)據(jù)傳輸率高可達150Mb/s，大發(fā)射功率19.5dBm，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議，可以傳輸TCP數(shù)據(jù)，其WiFi信號靈敏度可以達到-98dBm,UDP傳輸速率達到135Mb/s。在CV520上，WiFi模塊有3種工作模式，分別是Station模式、AP模式和AP模式。

Bluetooth模塊也是內(nèi)建模塊，它使用了多設(shè)備通用的藍牙v4.2標準，支持傳統(tǒng)藍牙和低功耗藍牙(BLE)雙模式controller。Bluetooth模塊采用基于SDIO/SPI/UART接口的標準HCI，其高速UARTHCI數(shù)據(jù)傳輸速率達到4Mb/s。支持同步播放和掃描功能，便于用戶與設(shè)備連接芯片進行數(shù)據(jù)交互。

ACS712是一種基于霍爾效應(yīng)開環(huán)模式的芯片級線性電流傳感器，使用時通常串聯(lián)在電流回路中。根據(jù)不同的量程，輸入輸出的線性系數(shù)分別為185mV/A.100mV/A.66mV/A.66mV/A。ACS712的典型用途，要求監(jiān)視電流從1.2端口進入傳感器，從3.4端口流出，這時ACS712將基于所產(chǎn)生的磁場感應(yīng)產(chǎn)生一個線性電壓。通過感應(yīng)器中的放大電路.濾波電路和斬波電路后輸出模擬電壓，這個電壓與交流電流IP之間的關(guān)系：VIOUT=0.5×Vcc+IP×線性系數(shù)，用CF濾波電容提高輸出精度，數(shù)值越大，噪聲越小。

HMI智能串口屏幕具有GUI界面，用戶可以通過觸摸屏控制編輯界面，操作簡單，使用方便。串口屏幕通過USARTHMI軟件繪制界面，以無線模組供應(yīng)商遠距離WiFi模組CV520的UART串口和HMI屏實現(xiàn)人機交互，并通過TX.RX接口實現(xiàn)兩臺設(shè)備的數(shù)據(jù)收發(fā)。硬件連接顯示CV520屏幕和HMI屏幕。HMI在串口通信中一般采用RS232/422接口，也可以通過連接其它硬件設(shè)備來實現(xiàn)人機交互，而采用RS485接口來控制PLC設(shè)備的運行。

在Arduino開發(fā)平臺上，通過CV520開發(fā)板庫相應(yīng)API函數(shù)，在Arduino開發(fā)平臺上實現(xiàn)遠程通信和數(shù)據(jù)獲取。在系統(tǒng)上電復(fù)位后，借助setup初始化功能，啟動BLEBluetoop和WiFi通信模塊，然后在主程序loop函數(shù)中無限循環(huán)，同時ACS712采集的數(shù)據(jù)進行處理。當(dāng)系統(tǒng)停電或程序干擾停止時，才能跳出循環(huán)。

CV520與12位SARADC集成，ADC1有8個通道，ADC2有10個通道。但是由于ADC2和WiFi一起使用時會出現(xiàn)沖突，不能共存，因此本系統(tǒng)采用ADC1的GPIO32接口作為ADC采樣通道。當(dāng)進行ADC采樣時，首先通過readVref函數(shù)讀取模擬管腳的大電壓值Vref，然后調(diào)用analogRead函數(shù)獲得GPIO32接口輸入的電壓值，通過計算得到模擬電壓。

因為交流電流的周期性變化，本系統(tǒng)在使用ACS712時將其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電壓，計算出其有效值電壓。用CV520采集到的ADC電壓峰值與谷值相減，然后將PR值除以2，得出電壓有效值。由ACS712的線性系數(shù)得到電流值。如果沒有經(jīng)過過濾，則結(jié)果的誤差更大。軟件濾波中位平均濾波算法具有較好的數(shù)值穩(wěn)定性，能使計算結(jié)果更平滑。在ADC采集程序中，系統(tǒng)采集了18組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)的峰值和谷值都通過GPIO32引腳1000次讀入GPIO32引腳數(shù)據(jù)，然后用冒泡排序法對18組數(shù)據(jù)進行排序，然后用冒泡排序法對數(shù)據(jù)進行比較。

因為無線模組供應(yīng)商遠距離WiFi模組CV520WiFi模塊的驅(qū)動代碼是非開源的，因此本文將Arduino作為開發(fā)工具。此系統(tǒng)缺省選擇狀態(tài)模式，先連接路由器或手機熱點連接到公共網(wǎng)絡(luò)，再判定是否連入，在連接之后，將通過端口號8080作為TCPClient端向服務(wù)器發(fā)送一個連接請求，服務(wù)端偵聽8080端口的連接請求，若連接成功，則可以根據(jù)TCP/IP協(xié)議將TCP數(shù)據(jù)發(fā)送到公網(wǎng)的TCPServer端服務(wù)器。

GATT是藍牙連接的通用規(guī)范。當(dāng)Bluetooth通信時，通過稱為service和characteristic的兩個設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。一種服務(wù)是一種服務(wù)，characteristic實現(xiàn)BLE主機和從機之間的數(shù)據(jù)通訊。UUID是一般意義上的獨特識別碼，每一個service和characteristic都具有獨特的UUID。該系統(tǒng)使用CV520作為BLEBluetooth的服務(wù)器端，在創(chuàng)建服務(wù)器服務(wù)之后，創(chuàng)建服務(wù)中的characteristic，當(dāng)CV520廣播時，手機APP連接無線模組供應(yīng)商遠距離WiFi模組CV520以獲取數(shù)據(jù)。6UART程序設(shè)計CV520芯片，提供3個UART串口，分為UART0.UART1.UART2，分別占用GPIO1.GPIO3.GPIO9.GPIO17。采用UART0與UART2進行串行通訊，其中UART0通過USB-UART與計算機相連，進行燒寫程序并打印調(diào)試信息。UART2作為與HMI屏幕的主串口進行數(shù)據(jù)交互。當(dāng)在Arduino平臺上發(fā)送串口信息時，首先需要與UART2和HMI屏幕匹配，隨后CV520通過Serial庫中的print函數(shù)將并行數(shù)據(jù)傳入UART2，UART2通過杜邦線從TXD端口向HMI屏幕發(fā)送串行數(shù)據(jù)。當(dāng)收到串口信息時，UART2通過Serial庫中的read函數(shù)檢測到另一根線上的信號，串行收集后放置在緩沖區(qū)。CV520可以讀取read函數(shù)返回的值來獲得這個信息。

針對智能電表系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合無線模組供應(yīng)商遠距離WiFi模組和藍牙通訊技術(shù)，設(shè)計了基于CV520的物聯(lián)網(wǎng)智能電表。它可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和無線通訊，具有廣闊的應(yīng)用前景。