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基于STM32的电能质量检测技术研究

作者:瑞典赌场 发布时间:2021-02-26 18:40 点击:

  的方法, 介绍了一种基于ARM Co rtex- M3 内核的32 位处理器32 内置A/ D 以及ATT7022B 芯片对信号进行多通道采集, 对各参数进行检测和分析。运用处理器自带的SD 卡和U SB 接口对所测大量数据进行存储和传输, 并通过彩色液晶屏实时显示所测数据, 检测设备间通过2. 4 G 无线通信模块进行数据交换。实际运行表明该设备操作简单、技术指标完全符合国家相关标准, 具有较好的应用、推广价值。

  近些年来, 随着现代化工业设备和民用电器设备的普及, 电力用户对供电质量的要求越来越高。特别是大量非线性电力负荷用到日常生活和工业生产中, 使得公用电网中的电能质量问题愈显凸出, 已经严重影响了电能供应质量。因此, 根据国家电能质量检测标准, 有必要对电网供电的各项参数进行测试, 分析电网的电能质量。

  国内外已有不少方法对电能质量进行检测。但是传统的基于8、16 位的单片机的电能检测设备存在处理速度慢, 硬件结构不够完善等缺点。而当下比较流行的运用DSP 处理器的电能检测设备, 虽然其处理速度快、精度高,但是成本较高、功耗大, 不利于大规模的推广。本文提出一种基于STM32 芯片以内嵌入式智能仪器模式设计的方案。STM32 具有杰出的功耗控制及众多外设。设计时可充分利用其丰富的片上资源, 大大节省了硬件的投资。

  利用STM2 内置的A/ D 可对信号进行高速采集和处理,其自带的USB 接口可对数据进行快速传输, 以及通过电阻式彩色触摸屏T FT 对相关数据进行实时显示等。系统具有设计结构简单、携带方便、低成本、低功耗、可靠性高等优点, 适合实时现场操作, 具有较高的应用价值。

  本电能质量检测系统的主要设计思路是: 根据国家制定的电能质量相关标准对系统进行设计、开发, 系统框图如图1 所示。通过高精度的模拟信号采集电路对公用电网的电压、电流进行采集; 通过FFT 算法对谐波进行检测分析, 以及运用电能检测芯片对电压幅值、电流值、功率因素等一系列参数进行检测; 最后将测试结果显示在液晶屏幕上, 同时将数据存储在SD 卡上, 检测设备之间可以通过2. 4 G 无线通信模块进行数据交换, 还可运用U SB 通信接口传输实时的数据到上位机, 以便上位机对数据进行存储和分析。

  本系统采用的是由意法半导体公司推出的基于ARMCor tex??M3 内核的STM32F103RBT 6 增强型32 位处理器。其工作频率为72 MHz, 内置高速存储器( 高达128 K字节的闪存和20 K 字节的SRAM) , 丰富的增强型I/ O 端口和联接到2 条APB 总线 个PWM 定时器, 还包含标准和先进的通信接口: 多达2 个IIC 接口和SPI 接口、3 个USART 接口、一个USB 接口和一个CAN 接口。STM32较市场上同种类的单片机具有价格低、功能强、使用简单、开发方便等优势。

  对于前端电压电流的采集选用高精度的电压电流互感器。其体积小、精度高、全封闭、机械和耐环境性能好,电压隔离能力强, 安全可靠且工作频率范围在20 Hz ~20 kHz。运用互感器将大电压电流信号转换成小信号, 再通过分压将其转换成STM32 的A/D 输入通道的合理电压输入范围( 0~ 3. 3 V ) 。

  电能数据处理主要分为2 个模块, 即谐波采集、分析模块和AT T 7022B 高精度三相电能专用计量芯片模块。

  是通过STM32 处理器内置的A/ D 转换器对采集的信号运用FFT 算法进行谐波处理和分析。该模数转换器是12 位的逐次逼近型的, 多达18 个通道, 可测量16 个外部和2 个内部信号源。各通道的A /D 转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。A/D 的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16 位数据寄存器中。其模拟看门狗特性允许应用程序检测输入电压是否超出用户的高/ 低阀值。

  该设计是运用STM32 内置A/ D 的同步规则模式将所测得的数据通过DMA 传输, 以节省CPU 资源。

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