配電房故障檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鐘怡 余謙

摘要：通過(guò)電流測(cè)量模塊完成對(duì)配電房中多處節(jié)點(diǎn)的電流狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后通過(guò)載波通信模塊將所得數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)上，再通過(guò)程序編程結(jié)合STM32單片機(jī)完成對(duì)數(shù)據(jù)是否為正常的數(shù)據(jù)信息的判斷，通過(guò)判斷數(shù)據(jù)是否正常，來(lái)決定是否發(fā)出警告及進(jìn)行是否斷電處理。

關(guān)鍵詞：載波通信;單片機(jī);電路監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）23-0121-03

目前存在許多配電房中相關(guān)傳感器的檢測(cè)，但是對(duì)于配電房電路本身的電流狀況等相關(guān)檢測(cè)卻比較少。筆者希望通過(guò)STM32單片機(jī)控制載波通信模塊，電流測(cè)量模塊等來(lái)完成對(duì)配電房電路中的重要節(jié)點(diǎn)中電流情況進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)穩(wěn)壓模塊為系統(tǒng)的運(yùn)行提供穩(wěn)定的環(huán)境，通過(guò)WIFI模塊保障載波通信的質(zhì)量，最后通過(guò)語(yǔ)音播報(bào)模塊播報(bào)是哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)最開(kāi)始出現(xiàn)問(wèn)題，并通過(guò)顯示模塊顯示大概位置，這樣為后續(xù)的人工檢測(cè)及維修提供了便利。一個(gè)完善的檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于任何大的電路集中地，都是有必要的，因此這個(gè)設(shè)計(jì)是具有意義的。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)可以分為電流測(cè)量模塊，STM32主控芯片模塊，外部電源供電及系統(tǒng)供電穩(wěn)壓模塊，WIFI模塊，顯示模塊，外部時(shí)鐘晶振電路，載波通信模塊等。

1.1 電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體框圖：被測(cè)的節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)測(cè)量模塊的測(cè)量，通過(guò)載波通信模塊將 得到的數(shù)據(jù)傳遞主控芯片STM32，主控芯片根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)對(duì)比存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中的測(cè)量數(shù)據(jù)，分析判斷電流信息是否正常，出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)主控芯片控制語(yǔ)音播報(bào)模塊播報(bào)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)信息，并控制串口屏顯示對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)信息及異常數(shù)據(jù)。如圖1所示。

1.2 硬件設(shè)計(jì)

（1）控制器：采用STM32系列單片機(jī)STM32系列芯片具有高性能、低成本、低功耗、片內(nèi)資源豐富，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，并且有庫(kù)文件開(kāi)發(fā)，易上手，大大方便了編程過(guò)程，對(duì)單片機(jī)主頻進(jìn)行評(píng)估完全達(dá)到要求。

（2）載波通信[1]模塊：系統(tǒng)采用ES1642-C 載波模塊。由于電力線通信可以通過(guò)配電房中現(xiàn)有的電路進(jìn)行通信，可以不再另外搭建通信網(wǎng)絡(luò)，但是由于其受到外界噪聲的影響較大，所以還是決定配合WIFI模塊一起使用，用來(lái)保障通信質(zhì)量。ES1642 載波模塊所采用的載波芯片為 SSC1642，此芯片采用的是+3.3V 電源，直接與載波模塊的+3.3V 對(duì)接，因此，此電源上的噪聲會(huì)影響到載波通信的性能，對(duì)電源模塊的要求高了一點(diǎn)。圖2所示為模塊的接線圖。

（3）MLX90614紅外測(cè)溫模塊：采用MLX90614紅外測(cè)溫模塊[2-3]具有非接觸、體積小、精度高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。傳感器來(lái)代替模擬紅外溫度傳感器。由于MLX90614紅外溫度傳感器內(nèi)部已經(jīng)集成了運(yùn)放電路、AD轉(zhuǎn)換電路、濾波電路和數(shù)字信號(hào)處理器，所以只需通過(guò)傳感器的數(shù)據(jù)接口就可以把MLX90614傳感器測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)直接傳送給單片機(jī)模塊處理并由顯示模塊顯示。

（4）電流測(cè)量模塊： 霍爾傳感器對(duì)電路中多個(gè)節(jié)點(diǎn)的磁場(chǎng)信息進(jìn)行檢測(cè)。而不是采用反向器對(duì)電流的有無(wú)進(jìn)行測(cè)量，僅僅對(duì)電流的有無(wú)進(jìn)行判斷在實(shí)際配電房電路中用處不大，因?yàn)楫?dāng)部分節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)電流為零的情況就代表著配電房電路已經(jīng)出現(xiàn)了極大的問(wèn)題，并不能在出現(xiàn)異常的第一時(shí)間就發(fā)出警示，并不能減少損失，僅僅起到一個(gè)出事提醒的作用，顯然意義不大。

（5）屏幕顯示：采用串口屏可以做界面顯示，簡(jiǎn)化用戶做界面程序，可輕松操作軟件實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，屏幕大且成本較低，占用IO資源較少，僅需2根線可輕松實(shí)現(xiàn)與MCU之間通信。

（6）語(yǔ)音模塊：采用MP3語(yǔ)音播報(bào)模塊，該模塊是一款寬電壓8V-24V，高音質(zhì)，高性價(jià)，功能強(qiáng)大的多路放音板，支持TTL串口控制，該模塊最大的特點(diǎn)是可以通過(guò)4路IO口控制指定1-4段語(yǔ)音播放，外觀SPIFLASH，同時(shí)可以選擇TF卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)，10W數(shù)字功放可以輕松驅(qū)動(dòng)10W的喇叭播放聲音。

（7）其他：通過(guò)電源模塊（采用線性電源，因?yàn)殡娫吹脑肼晫?duì)載波通信的通信質(zhì)量影響大，而線性電源能降低這個(gè)影響）及系統(tǒng)供電穩(wěn)壓模塊完成供電并保證供電的穩(wěn)定性，通過(guò)WIFI模塊完成信號(hào)從載波通信模塊到主控芯片之間的傳輸，通過(guò)對(duì)各級(jí)電源引腳進(jìn)行濾波減少信息在載波傳遞中的誤差，通過(guò)空出的串口模塊，操作者可以接其他設(shè)備接受實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等。

1.3 載波通信

通過(guò)ES1642-C 載波模塊中的耦合功能對(duì)輸入電流進(jìn)行耦合，將所得信息通過(guò)電力線傳遞到接收端，再進(jìn)行一次耦合，通過(guò)WIFI模塊將信息傳遞給主控芯片（即STM32單片機(jī)）。由于傳輸數(shù)據(jù)是在較寬的頻帶上進(jìn)行的，這也就代表著傳輸?shù)臄?shù)據(jù)受到外界的噪聲影響較大，所以降低噪聲對(duì)通信的影響是重要的。另外，由于電流信息更新是頻繁的，那么模塊的通信也是頻繁的，所以模塊通信還是需要按照一定協(xié)議來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，以保證數(shù)據(jù)的傳輸效率及通信的穩(wěn)定。模塊ES1642-C采用79接口協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

1.4 測(cè)量方式

1）電流測(cè)量：

根據(jù)電流的變化會(huì)引起電線周圍的磁場(chǎng)變化，那么可以通過(guò)霍爾傳感器檢測(cè)磁場(chǎng)變化這樣就能將要測(cè)量的電流信息轉(zhuǎn)化為電壓數(shù)據(jù)（即模擬電壓），然后通過(guò)檢測(cè)模擬電壓的大小，最后通過(guò)公式完成電流數(shù)據(jù)的測(cè)量。具體可見(jiàn)文獻(xiàn)[4]。

2）溫度測(cè)量：

（1）工作原理：物體紅外輻射能量的大小和波長(zhǎng)的分布與其表面溫度關(guān)系密切。因此，通過(guò)對(duì)物體自身紅外輻射的測(cè)量，能準(zhǔn)確地確定其表面溫度，紅外測(cè)溫就是利用這一原理測(cè)量溫度的。紅外測(cè)溫器由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器和信號(hào)處理及輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場(chǎng)的大小由測(cè)溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測(cè)器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器和信號(hào)處理電路，并按照儀器內(nèi)的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值。