基于STM32的交直流電表設(shè)計

唐玉祥　吳剛　張建新

摘 要 文章介紹一種基于STM32的交直流電表的設(shè)計方案。在設(shè)計中采用了以STM32為開發(fā)平臺，實現(xiàn)了多路AD采樣，并結(jié)合了ADE7755的特點，實時采集ADE7755發(fā)送出來的脈沖，將其不斷疊加，從而實現(xiàn)了對交流的電量采集。還通過STM32的ADC進(jìn)行直流的電壓和電流采集，將直流電的功率對時間積分得到直流電量。

關(guān)鍵詞 STM32；AD采樣；ADE7755；電量；ADC

中圖分類號 TM93 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）11-0124-01

隨著社會的發(fā)展，電量的采集無論從民用用電還是從工業(yè)用電來看，都越來越重要。如今市場上急需一款A(yù)C、DC能夠同時測量、低功耗、便于安裝、測量精準(zhǔn)、小巧的電量表。

在單片機(jī)領(lǐng)域發(fā)展的也越來越迅速，STM32是一款性價比相當(dāng)高的一款單片機(jī)，它是基于ARM32位的Cortex-M3架構(gòu)，工作頻率高達(dá)72MHz，內(nèi)置高速儲存器，豐富的增強(qiáng)I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)，并且擁有2個12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，3個通用16位定時器和一個PWM定時器，還包含便準(zhǔn)的和先進(jìn)的通信接口，多達(dá)2個I^2C接口和SPI接口，3個USART接口1個USB接口和1個CAN接口，充分滿足此次項目的要求，并且擁有3個模式可以選擇，保證了低功耗的特點。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本結(jié)構(gòu)以STM32為主要MCU通過采集ADE7755發(fā)送過來的脈沖信號，來對交流的電量進(jìn)行采集，并且顯示在LCD顯示屏上，我們還調(diào)通了其他兩路ADC可以進(jìn)行對直流的電壓和電流的采集，并通過積分的算法將其得到負(fù)載消耗電量的多少。

當(dāng)程序跑飛，我們還有按鍵復(fù)位功能或者說當(dāng)我們電表員想要重置電量的時候就可以按復(fù)位按鍵來對其清零的設(shè)置。其數(shù)據(jù)可以自動的保存在單片機(jī)的本身ROM里面。

2 ADE7755脈沖發(fā)送

ADE7755是一種高準(zhǔn)確度電能測量集成電路，其技術(shù)指標(biāo)超過IEC1036規(guī)定的準(zhǔn)確度要求。ADE7755只在ADC和基準(zhǔn)源中使用模擬電路，所有其他信號處（如相乘和濾波）都使用數(shù)字電路，這使ADE7755在惡劣的環(huán)境條件下仍能保持極高的準(zhǔn)確度和長期穩(wěn)定性。ADE7755引腳F1和 F2以較低頻率形式輸出有功功率平均值，能直接驅(qū)動機(jī)電式計度器或與微控制器（MCU）接口。引腳CF以較高頻率形式輸出有功功率瞬時值，用于校驗或與MCU接口。ADE7755內(nèi)部包含一個對AVDD電源引腳的監(jiān)控電路。在AVDD上升到4V之前，ADE7755一直保持在復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)AVDD降到4V以下，ADE7755也被復(fù)位，此時F1，F(xiàn)2和CF都沒有輸出。內(nèi)部相位匹配電路使電壓和電流通道的相位始終是匹配的，無論通道1內(nèi)的高通濾波器（HPL）是接通的還是斷開的。內(nèi)部的空載閾值特性保證 ADE7755在空載時沒有潛動。

該芯片無論從性價比上來說還是從功能上來說都是一款值得推薦使用的一款芯片，我們在22引腳輸出脈沖時，額外添加了光耦，通過光耦隔離充分的保護(hù)了單片機(jī)，不會因為脈沖過大而燒毀單片機(jī)。

3 STM32數(shù)據(jù)采集

ADC（Analog-to-Digital Converter的縮寫）指模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換器，也就是說我們生活的模擬信號（壓力，溫度，濕度，聲音等），需要一個轉(zhuǎn)換成一個能夠容易儲存，傳播的一個數(shù)字形式，STM32的ADC就可以實現(xiàn)這個功能。在此次項目中，首先初始化系統(tǒng)，為系統(tǒng)分配時鐘，然后初始化ADC模塊，設(shè)定ADC采樣的相關(guān)方式，如但序列發(fā)生器、并發(fā)采樣、決定采樣通道的順序等。最后我們把最終得到的值利用USRAT（Universl Sybchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）技術(shù)，將數(shù)據(jù)通過全雙工操作顯示在LCD顯示屏上。

ADC是高達(dá)12位精度的，將調(diào)通3路ADC，1路對ADE7755發(fā)送的脈沖進(jìn)行采集，在顯示屏上得到交流電量的大小，剩余2路采集直流的電壓與電流通過得到電量的值，通過USART顯示在LCD顯示屏上。

4 結(jié)論

本文“基于STM32的智能電表設(shè)計”立足于ADC等技術(shù)，結(jié)合數(shù)字信號處理的特點，充分有效的能夠采集AD/DC的電量，從而完成了嶄新的多功能自能電表的研發(fā)。

雖然此項目的研究取得了一定成果但是還是有很多不足之處，我們也會在以后對軟件的優(yōu)化，硬件方面的改良，繼續(xù)努力完善。期待后續(xù)的研究人員能夠在本項目的基礎(chǔ)上，有更大的突破，為我國的智能電表設(shè)計拓展出一片更廣闊的新天地。

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