阅读说明：本技术 一种电能表现场运行环境仿真系统及其仿真方法 (Electric energy meter field operation environment simulation system and simulation method thereof ) 是由 陈锦胜 何俊锋 陈建钊 陈勤娟 于 2020-04-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电能表现场运行环境仿真系统及其仿真方法,仿真系统包括PCB板,在PCB板上设置有中央处理器和嵌入式单片机,中央处理器上还电性连接有温湿度传感器和pH值采集传感器,嵌入式单片机上设置有若干个用于连接外设装置的IO输出口,在每个IO输出口上均设置有IO引脚,且对应每个IO输出口在嵌入式单片机上设置有GND引脚,所述嵌入式单片机通过内置的监控电路读取各个IO输出口上IO引脚的实时状态；还包括一种仿真方法；本发明通过嵌入式单片机控制加热器、加湿器,从而使装置在预先设定的温度、湿度下运行,结合中央处理器控制分级开关使装置在不同负载下运行,达到真实模拟实际环境的温湿度和电表的负载。(The invention discloses an electric energy meter field operation environment simulation system and a simulation method thereof, wherein the simulation system comprises a PCB (printed Circuit Board), a central processing unit and an embedded single chip microcomputer are arranged on the PCB, a temperature and humidity sensor and a pH value acquisition sensor are also electrically connected to the central processing unit, a plurality of IO output ports for connecting peripheral devices are arranged on the embedded single chip microcomputer, an IO pin is arranged on each IO output port, a GND pin is arranged on the embedded single chip microcomputer corresponding to each IO output port, and the embedded single chip microcomputer reads the real-time state of the IO pin on each IO output port through a built-in monitoring circuit; also included is a simulation method; the invention controls the heater and the humidifier through the embedded single chip microcomputer, thereby enabling the device to operate under preset temperature and humidity, and controlling the grading switch by combining the central processing unit to enable the device to operate under different loads, thereby truly simulating the temperature and humidity of the actual environment and the load of the ammeter.)

一种电能表现场运行环境仿真系统及其仿真方法

技术领域

本发明实施例涉及模拟系统技术领域，具体涉及一种电能表现场运行环境仿真系统及其仿真方法。

背景技术

电能表损坏是现时配网运维人员和计量运维人员的生产难题，电表的损坏的因素有很多，其中有用电过负荷、接线点的安装方式缺陷等等。目前，需要通过研究明确电能表损坏的主要影响因素，方可进行针对性的维护，而要想明确其影响因素，就必须要通过大量的实验进行模拟，为了保证模拟的效果，需要对电能表的运行环境进行模拟。运行环境的模拟装置可以预设温度、湿度、负载等参数来模仿电表现场运行环境，目的是通过它来观察、分析电表烧坏的原因，从而实施不同的应对措施。

在现有电能表全性能的试验中，在实验室的稳态理想条件下进行试验，由于现场运行环境有时候极为恶劣，常常会遇到负载不断变化和持续高温、高湿度的动态过程，实验室的试验条件在现有技术条件下无法真实再现。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种电能表现场运行环境仿真系统及其仿真方法，以解决现有技术中实验室的试验条件无法真实再现现场运行环境的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种电能表现场运行环境仿真系统，包括PCB板，在所述PCB板上设置有中央处理器和与所述中央处理器电性连接的嵌入式单片机，所述中央处理器上还电性连接有温湿度传感器和pH值采集传感器，所述嵌入式单片机上设置有若干个用于连接外设装置的IO输出口，每个所述IO输出口具有相同的特性且相互独立，在每个所述IO输出口上均设置有用于连接外设装置电源正极的IO引脚，且对应每个所述IO输出口在嵌入式单片机上设置有用于连接外设装置电源负极的GND引脚，所述嵌入式单片机通过内置的监控电路读取各个IO输出口上IO引脚的实时状态，所述中央处理器通过拉高或拉低IO输出口上IO引脚的电平控制外设装置的电源开关和功率变化。

作为本发明的一种优选方案，所述温湿度传感器具体为DHT11传感器，所述DHT11传感器包括一个电阻式测湿元件和一个NTC测温元件，所述电阻式测湿元件和NTC测温元件通过封装后设置有VCC引脚、GND引脚和DATA引脚。

作为本发明的一种优选方案，所述VCC引脚为DHT11的正极，与PCB板上的任一可用VCC口连接，所述GND引脚为DHT11的负极，与PCB板上的任一可用GND引脚连接，所述DATA为数据输出口用于接收温湿度传感器的实时数据，与PCB板上的IO引脚连接。

作为本发明的一种优选方案，所述外设装置包括加热器、加湿器和若干个相互独立的负载，所述负载具体为仿真负荷模块。

作为本发明的一种优选方案，所述DATA引脚选择PG9，用于接收温湿度传感器的实时数据。

另外，在本发明中还提供了一种仿真系统的电能表现场运行环境仿真方法，包括如下步骤：

步骤100、对中央处理器、嵌入式单片机、温湿度传感器和pH值采集传感器进行初始化；

步骤200、在完成中央处理器、嵌入式单片机、温湿度传感器和pH值采集传感器的初始化后，通过中央处理器建立脚本进行试运行；

步骤300、在试运行的基础上通过数据采集的反馈调节中央处理器对运行环境进行仿真模拟。

作为本发明的一种优选方案，对中央处理器、嵌入式单片机、温湿度传感器和pH值采集传感器进行初始化的具体步骤为：

步骤1，调用RCC_AHB1PeriphClockCmd设置为RCC_AHB1Periph_GPIOE时钟，并处于可用状态；

步骤2，建立GPIO_InitStructure对象，其中，将所述IO输出口依次设置为GPIO_Pin_2至GPIO_Pin_7，另外设置GPIO_Mode_OUT为普通输出模式、GPIO_PuPd_UP为上拉模式；将电路频率设置为GPIO_Speed_50MHz，并对GPIOE分组，用GPIO_InitStructure对象进行初始化，从而完成GPIO_Pin_2至GPIO_Pin_7所对应IO引脚的初始化。

作为本发明的一种优选方案，在完成中央处理器、嵌入式单片机、温湿度传感器和pH值采集传感器的初始化后，通过中央处理器建立脚本进行试运行，具体的步骤包括：

步骤A，用GUI_CreateDialogBox创建对话框，并在对话框上面创建相应的开关按钮与显示文本的控制，将GPIO_Pin_2至GPIO_Pin_7所对应IO引脚的开关按钮的ID分别设置为ID_BUTTON_1至ID_BUTTON_6；

步骤B，通过GUI_CreateDialogBox指定回调函数，监听ID_BUTTON_1至ID_BUTTON_6中开关按钮的所有事件，并在开关按钮的WM_NOTIFICATION_RELEASED事件中进行编码，对开关进行控制；

步骤C，根据每组对应IO引脚的状态，分别用GPIO_SetBits或GPIO_ResetBits对相应的IO引脚进行拉高电平或是拉低电平操作，从而控制外设装置电源的接通或断开状态，并通过GPIO_ReadInputDataBit函数读取相应IO引脚的实时状态，以确保操作有效或是无效。

作为本发明的一种优选方案，所述中央处理器对运行环境进行仿真模拟的具体步骤为：

步骤100，调用RCC_AHB1PeriphClockCmd设置为RCC_AHB1Periph_GPIOG时钟，并处于可用状态；

步骤200，建立GPIO_InitStructure对象，其中，将所述IO输出口设置为GPIO_Pin_9，另外设置GPIO_Mode_OUT为普通输出模式；GPIO_PuPd_UP为上拉模式；将电路频率设置为GPIO_Speed_50MHz，并对GPIOE分组，用GPIO_InitStructure对象进行初始化，从而完成PG9所对应IO引脚的初始化；

步骤300、用WM_SetCallback对WM_HBKWIN设置回调函数；

步骤400、用WM_CreateTimer对WM_HBKWIN设置定时器，每1000ms执行一次；

步骤500、在WM_SetCallback设置的回调函数中，监听程序顶级窗口的所有窗口消息，并捕获到用WM_CreateTimer创建的消息后，对DHT11的数据进行读取，并进行展示。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明通过使用STM32系列嵌入式单片机控制加热器、加湿器，从而使装置在预先设定的温度、湿度下运行，并且嵌入式单片机的处理信号数据来自于中央控制器对温湿度传感器的传感数据的处理结果，结合中央处理器控制分级开关使装置在不同负载下运行，从而改变电表的运行环境，达到真实模拟实际环境的温湿度和电表的负载。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施方式中的系统结构框图；

图2为本发明实施方式中的仿真方法的流程示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种电能表现场运行环境仿真系统，包括PCB板，在所述PCB板上设置有中央处理器和与所述中央处理器电性连接的嵌入式单片机，所述中央处理器上还电性连接有温湿度传感器和pH值采集传感器，所述嵌入式单片机上设置有若干个用于连接外设装置的IO输出口，每个所述IO输出口具有相同的特性且相互独立，在每个所述IO输出口上均设置有用于连接外设装置电源正极的IO引脚，且对应每个所述IO输出口在嵌入式单片机上设置有用于连接外设装置电源负极的GND引脚，所述嵌入式单片机通过内置的监控电路读取各个IO输出口上IO引脚的实时状态，所述中央处理器通过拉高或拉低IO输出口上IO引脚的电平控制外设装置的电源开关和功率变化。

基于上述系统，本发明通过使用STM32系列嵌入式单片机控制加热器、加湿器，从而使装置在预先设定的温度、湿度下运行，并且嵌入式单片机的处理信号数据来自于中央控制器对温湿度传感器的传感数据的处理结果，结合中央处理器控制分级开关使装置在不同负载下运行，从而改变电表的运行环境，达到真实模拟实际环境的温湿度和电表的负载。

在整个模拟的过程中，通过中央处理器记录特定环境下的运行情况，使人员获得不同的运行参数。

在上述中，所述温湿度传感器具体为DHT11传感器，所述DHT11传感器包括一个电阻式测湿元件和一个NTC测温元件，所述电阻式测湿元件和NTC测温元件通过封装后设置有VCC引脚、GND引脚和DATA引脚。

所述VCC引脚为DHT11的正极，与PCB板上的任一可用VCC口连接，所述GND引脚为DHT11的负极，与PCB板上的任一可用GND引脚连接，所述DATA为数据输出口用于接收温湿度传感器的实时数据，与PCB板上的IO引脚连接。

在本实施方式中，所述外设装置包括加热器、加湿器和若干个相互独立的负载，所述负载具体为仿真负荷模块。

基于上述仿真系统，如图2所示，本发明还提供了包括如下步骤：

步骤100、对中央处理器、嵌入式单片机、温湿度传感器和pH值采集传感器进行初始化；

步骤200、在完成中央处理器、嵌入式单片机、温湿度传感器和pH值采集传感器的初始化后，通过中央处理器建立脚本进行试运行；

步骤300、在试运行的基础上通过数据采集的反馈调节中央处理器对运行环境进行仿真模拟。

在上述仿真方法中：

对中央处理器、嵌入式单片机、温湿度传感器和pH值采集传感器进行初始化的具体步骤为：

步骤1，调用RCC_AHB1PeriphClockCmd设置为RCC_AHB1Periph_GPIOE时钟，并处于可用状态；

步骤2，建立GPIO_InitStructure对象，其中，将所述IO输出口依次设置为GPIO_Pin_2至GPIO_Pin_7，另外设置GPIO_Mode_OUT为普通输出模式、GPIO_PuPd_UP为上拉模式；将电路频率设置为GPIO_Speed_50MHz，并对GPIOE分组，用GPIO_InitStructure对象进行初始化，从而完成GPIO_Pin_2至GPIO_Pin_7所对应IO引脚的初始化。

在完成中央处理器、嵌入式单片机、温湿度传感器和pH值采集传感器的初始化后，通过中央处理器建立脚本进行试运行，具体的步骤包括：

步骤A，用GUI_CreateDialogBox创建对话框，并在对话框上面创建相应的开关按钮与显示文本的控制，将GPIO_Pin_2至GPIO_Pin_7所对应IO引脚的开关按钮的ID分别设置为ID_BUTTON_1至ID_BUTTON_6；

步骤B，通过GUI_CreateDialogBox指定回调函数，监听ID_BUTTON_1至ID_BUTTON_6中开关按钮的所有事件，并在开关按钮的WM_NOTIFICATION_RELEASED事件中进行编码，对开关进行控制；

步骤C，根据每组对应IO引脚的状态，分别用GPIO_SetBits或GPIO_ResetBits对相应的IO引脚进行拉高电平或是拉低电平操作，从而控制外设装置电源的接通或断开状态，并通过GPIO_ReadInputDataBit函数读取相应IO引脚的实时状态，以确保操作有效或是无效。

所述DATA引脚选择PG9，用于接收温湿度传感器的实时数据。

所述中央处理器对运行环境进行仿真模拟的具体步骤为：

步骤100，调用RCC_AHB1PeriphClockCmd设置为RCC_AHB1Periph_GPIOG时钟，并处于可用状态；

步骤200，建立GPIO_InitStructure对象，其中，将所述IO输出口设置为GPIO_Pin_9，另外设置GPIO_Mode_OUT为普通输出模式；GPIO_PuPd_UP为上拉模式；将电路频率设置为GPIO_Speed_50MHz，并对GPIOE分组，用GPIO_InitStructure对象进行初始化，从而完成PG9所对应IO引脚的初始化；

步骤300、用WM_SetCallback对WM_HBKWIN设置回调函数；

步骤400、用WM_CreateTimer对WM_HBKWIN设置定时器，每1000ms执行一次；

步骤500、在WM_SetCallback设置的回调函数中，监听程序顶级窗口的所有窗口消息，并捕获到用WM_CreateTimer创建的消息后，对DHT11的数据进行读取，并进行展示。

读取传感器数据并进行转化的编程思路为：由于DHT11每次返回的数据，一共由40个bit组成，共5个字节，因此程序分5次读取，每次读取一个字节，每读取一个字节时，分8次读取，每次读取一个返回0或1的bit位。

在本发明中，需要说明的是，中央处理器要有控制、处理、记录等功能，项目计划使用单机控制加热器、加湿器、分级开关。另外还需要对输入量和输出量进行控制，其中，加热器、加湿器是非线性设备，要使其得到需求的指定数值，输入量和输出量需要严格按照计算结果进行调试，以避免出现模拟情况失真的情况，为日后电表改进措施提供模拟环境。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。