基于STM32的電能質(zhì)量檢測技術(shù)研究

AT T7022B 是一款三相電能計量專用芯片， 該芯片適用于三相三線和三相四線的應用。它集成了7 路二階sigma??deat lA/ D, 其中3 路用于三相電壓采樣， 3 路用于電流采樣， 還有1 路可用于零線電流或其他防竊電參數(shù)的采樣、輸出采樣數(shù)據(jù)有效值， 使用方便。它集成了參考電壓電路以及所有包括基波、諧波和全波的各項電參數(shù)測量的數(shù)字信號處理電路， 能夠測量各相及合相包括基波、諧波和全波的有功功率、無功功率、視在功率、有功能量以及無功能量， 同時還能測量頻率、各相電流及電壓有效值、功率因數(shù)、相角等參數(shù)[6??8] 。

AT T7022B 內(nèi)部集成了6 路16 位A /D 轉(zhuǎn)換器， 采用雙端差模信號輸入。電流通道有效值在2 mV ~ 1 V 的范圍內(nèi)線性誤差小于0. 1%; 電壓通道有效值在10 mV~1 V 的范圍內(nèi)線性誤差小于0. 1%。所以電壓取值在0. 2~ 0. 6 V , 電流通道取值在2 mV ~ 1 V 比較合適。最后通過芯片自帶的SPI 接口和STM32 處理器進行通信，控制相關(guān)參數(shù)以及存儲、發(fā)送數(shù)據(jù)。圖2 所示為電壓電流信號輸入典型連接電路。

圖2AT T7022B 電壓電流信號輸入典型連接電路

2. 4 電能數(shù)據(jù)儲存及通信、顯示模塊

為了實現(xiàn)電能檢測參數(shù)的的存儲， 該系統(tǒng)采用了SD卡來存儲數(shù)據(jù)。SD 卡是一種基于半導體記憶的新一代記憶設備， 被廣泛應用于便攜式裝置上。其體積小、質(zhì)量輕，但卻擁有高記憶容量、快速數(shù)據(jù)傳輸、極大的移動靈活性以及很好的安全性。利用STM32 自帶的SPI 接口， 最大通信速率可達18 kbps, 每秒可傳輸2 M 字節(jié)以上的數(shù)據(jù)，對于系統(tǒng)的設計要求已足夠了。

在數(shù)據(jù)通信上， 系統(tǒng)設計了兩種通信方式。一種是現(xiàn)今較為流行的基于USB 通信協(xié)議的U SB 通信方式， 實現(xiàn)處理器與上位機的快速通信。另外一種是額外的無線通信方式， 該通信方式也叫做2. 4 G 頻段無線通信， 應用全球開放的ISM 頻段可免費使用。本系統(tǒng)采用的是NRF24L01 無線模塊， 其最高工作速率為2 Mbps, 高效的GFSK 調(diào)制， 抗干擾能力強可以方便實現(xiàn)2 個電能檢測設備之間的數(shù)據(jù)交換、傳輸。

系統(tǒng)采用2. 8 寸T FT 彩色電阻式液晶屏， 其屏幕分辨率高( 320 240) 、體積小、功耗低、壽命長， 能夠清晰的顯示所需要的數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)軟件設計

3. 1 軟件設計平臺及構(gòu)成

系統(tǒng)設計采用RealView MDK3. 80A 為開發(fā)平臺， 用于編寫調(diào)試STM32 代碼。系統(tǒng)軟件設計包括主程序、數(shù)據(jù)采集存儲、數(shù)據(jù)通信、按鍵設置及液晶顯示等模塊。系統(tǒng)軟件總體設計流程圖如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)程序流程