基于STM32F103ZET6的三相電能監(jiān)測(cè)裝置研究

摘 要：隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，生活和生產(chǎn)中對(duì)用電設(shè)備的正常使用和壽命要求日益提高，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電路的物理量尤為重要。文章設(shè)計(jì)一種三相電能監(jiān)測(cè)裝置，采用芯片STM32F103ZET6實(shí)現(xiàn)儀表的電力參數(shù)監(jiān)測(cè)，HT7038E采集電力系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)液晶顯示和功能擴(kuò)展、掉電保護(hù)、時(shí)間顯示、模式選擇等。

關(guān)鍵詞：STM32F103ZET6;電力監(jiān)測(cè);多功能

1 電子式智能儀表發(fā)展介紹

近年來(lái)，新能源推廣應(yīng)用和智能電網(wǎng)發(fā)展快速增長(zhǎng)。相比感應(yīng)式儀表和數(shù)字式儀表，電子式智能儀表通過(guò)高度集成芯片完成信息采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。智能儀表精度高，既能實(shí)時(shí)顯示，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，適應(yīng)當(dāng)今電力行業(yè)的快速發(fā)展[1]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

圖1是系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)由兩大模塊組成，模塊一是以計(jì)量芯片HT7038E為中心的電能計(jì)量模塊，將裝置要采集的電壓、電流信號(hào)通過(guò)電流互感器送入采樣電路，通過(guò)計(jì)量芯片內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)進(jìn)入電能寄存器;模塊二是單片機(jī)核心控制及顯示電路，單片機(jī)STM32F103ZET6通過(guò)SPI總線將計(jì)量芯片中的電能數(shù)據(jù)讀出來(lái)，采用C語(yǔ)言編程處理后，通過(guò)RS485總線輸出到液晶顯示屏，然后通過(guò)RS485將其信息傳遞到上位機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示及信息存儲(chǔ)[2]。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

STM32F103ZET6是大容量增強(qiáng)型單片機(jī)，閃存程序存儲(chǔ)器為256～512 K，核心是一個(gè)32位Cortex-M3，32位的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和寄存器以及存儲(chǔ)器接口。STM32F103ZET6包括一個(gè)串行接口，便于與外部MCU傳輸計(jì)量和校準(zhǔn)參數(shù)。STM32F103ZET6內(nèi)部有一電壓監(jiān)測(cè)電路，能保證通電和斷電時(shí)的正常工作。該芯片功能強(qiáng)大，處理速度快[3]。

圖2是HT7038管腳示意。專用計(jì)量芯片HT7038E功能齊全、測(cè)量精度高，適用于三相電路的電壓和電流等參數(shù)測(cè)量。HT7038E內(nèi)部有參考電壓電路、全數(shù)字信號(hào)處理電路和6路模數(shù)轉(zhuǎn)換器，適用于功率、電壓電流有效值、功率因數(shù)和頻率等測(cè)量，滿足電力系統(tǒng)智能電表的需要[4]。

圖2 HT7038E電路示意

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖3是軟件流程。包括系統(tǒng)初始化、按鍵功能、校對(duì)表初值、通信處理、電能計(jì)量、觸摸屏顯示等部分。該裝置使用keil編寫軟件程序，此處側(cè)重介紹初始化和數(shù)據(jù)采集處理模塊，初始化中包括系統(tǒng)時(shí)鐘、初始值、預(yù)警值等的初始化;在數(shù)據(jù)采集處理上，使用循環(huán)采集方式，對(duì)抄控器接收到的命令進(jìn)行區(qū)分，然后轉(zhuǎn)到相應(yīng)的命令處理子程序[5-6]。

圖3 軟件流程

部分程序如下：

EEPROM子程序

/**

* @brief I2C Configuration

* @param None

* @retval ： None

*/

/**

* @brief Initializes peripherals used by the I2C EEPROM driver.

* @param None

* @retval ： None

*/

void I2C_EE_Init（）

{

/* GPIO configuration */

//GPIO_Configuration（）;

/* I2C configuration */

I2C_Configuration（）;

/* depending on the EEPROM Address selected in the i2c_ee.h file */

/* Select the EEPROM Block0 to write on */

EEPROM_ADDRESS = EEPROM_Block_ADDRESS;

}

4 結(jié)語(yǔ)

本論文設(shè)計(jì)的三相電能監(jiān)測(cè)裝置控制對(duì)象是實(shí)驗(yàn)樓的教學(xué)用電，采用多個(gè)實(shí)驗(yàn)室共享一個(gè)功率芯片進(jìn)行電能計(jì)量。8個(gè)實(shí)驗(yàn)室分4組，接到不同的相線上。輸入電源為三相四線制，額定功率50 Hz，可實(shí)現(xiàn)多實(shí)驗(yàn)室電能同時(shí)計(jì)量。具有時(shí)間顯示和用電數(shù)據(jù)查詢功能，以及可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表功能的通信接口。

在硬件、軟件設(shè)計(jì)完成后對(duì)實(shí)驗(yàn)室用電進(jìn)行監(jiān)測(cè)，電壓、電流有效值精度高，有功功率測(cè)量滿足0.5S，無(wú)功功率測(cè)量滿足2.0級(jí)。該監(jiān)測(cè)裝置偶爾會(huì)出現(xiàn)延遲的現(xiàn)象，后續(xù)需要進(jìn)一步分析并改善。

作者簡(jiǎn)介：丁艷玲（1978— ），女，吉林榆樹人，講師，碩士;研究方向：智能控制。

[參考文獻(xiàn)]

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[2]余海濤，張丹平.基于RS-232/RS-485接口轉(zhuǎn)換器的半雙工通信[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2002（11）：53-54.

[3]裴林民.基于GPRS的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].貴州：貴州大學(xué)，2007.

[4]汪金積，孫自強(qiáng).基于RS-485總線的多機(jī)通信在智能化小區(qū)的應(yīng)用[J].自動(dòng)化儀表，2004（3）：57-60.

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Research on three-phase electric power monitoring device based on STM32F103ZET6

Ding Yanling

（Nanjing Institute of Mechatronic Technology， Nanjing 211135， China）

Abstract：With the development of electric power system， the requirement of normal use and service life of electric equipment in life and production is increasing day by day. It is very important to monitor the physical quantity of the circuit in real time. In this paper， a three-phase power monitoring device is designed. The chip stm32f103zet6 is used to monitor the power parameters of the instrument. Ht7038e collects the relevant parameters of the power system to realize the LCD display and function expansion， power failure protection， time display， mode selection， etc.

Key words：STM32F103ZET6; power monitoring; multy function