基於stm32f103微控制器的電力監測系統的製作方法
2023-04-23 23:03:56 3
專利名稱:基於stm32f103微控制器的電力監測系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於STM32F103微控制器的電力監測系統，包括微控制器STM32F103和電能專用計量晶片ATT7022B，微控制器STM32F103與電能專用計量晶片ATT7022B通過SPI總線通信；微控制器STM32F103上分別連接有DGUS液晶觸控螢幕、DHT11溫溼度傳感器、火眼OV7725、SD卡、2.4g無線通信模塊、AT24C16掉電保護模塊、GSM通信模塊和看門狗與復位電路，其中，微控制器STM32F103與DGUS液晶觸控螢幕通過RS232通信，DGUS液晶觸控螢幕連接有上位機並通過RS485通信，微控制器STM32F103通過I2C總線與AT24C16掉電保護模塊連接；電能專用計量晶片ATT7022B分別連接有電壓互感器及其採樣電路、以及電流互感器及其採用電路。本系統不僅能準確的測量各種電能參數，而且還能實現片上溫度顯示，電壓電流溫度預警，時間顯示，溫溼度補償和實時監測等功能。
【專利說明】基於STM32F103微控制器的電力監測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基於STM32F103微控制器的電力監測系統。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著科技的進步、社會的不斷發展，電能已成為最重要的能源，在市場經濟下，人們對電能的計量要求準確度要高，使用壽命要求長，而對用電的管理要求實現智能化、自動化。感應式電能表由於(I)合格率低、超差嚴重；(2)偷竊電現象嚴重；(3)抄表方式單一落後的特點已經不能滿足要求。近一二十年來，由於微電子技術，計算機技術和通信技術的高速發展，出現的高準確度、長壽命且能實現遠程自動抄表等多種功能的全電子式電能表，取代傳統的感應式電能表已勢在必行。
[0003]智能電錶是智能電網的智能終端，它已經不是傳統意義上的電能表，智能電錶除了具備傳統電能表基本用電量的計量功能以外，為了適應智能電網和新能源的使用，其還具有雙向多種費率計量功能、用戶端控制功能、多種數據傳輸模式的雙向數據通信功能、防竊電功能等智能化的功能，智能電錶代表著未來節能型智能電網最終用戶智能化終端的發展方向。隨著智能電網的日益發展，世界各國對於智能化用戶終端的需求也日益增大，據統計，在未來5年，隨著智能電網在世界各國的建設，智能電錶在全球安裝的數量將高達2億隻。同樣，在中國，隨著國家堅強智能電網建設的進展，用戶端的智能電錶的需求也會大幅度地增長，保守的預計，市場將會有1.7億隻左右的需求。美國政府為升級本國電網的撥款中，就有一部分專門用於在未來3年致使13%的美國家庭(1800萬戶家庭)能裝上智能電錶。在歐洲，義大利及瑞典已經完成先進計量基礎設施的部署，將所有普通電錶更換為智能電錶。法國、西班牙、德國和英國預計在未來10年內完成也將完成智能電錶的全面推廣和應用。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在於提出一種基於STM32F103微控制器的電力監測系統，該系統不僅能準確的測量各種電能參數，而且還能實現片上溫度顯示，電壓電流溫度預警，時間顯示，溫溼度補償和實時監測等功能。
[0005]為了實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案:
[0006]基於STM32F103微控制器的電力監測系統，包括微控制器STM32F103和電能專用計量晶片ATT7022B，微控制器STM32F103與電能專用計量晶片ATT7022B通過SPI總線通信；微控制器STM32F103上分別連接有D⑶S液晶觸控螢幕、DHTll溫溼度傳感器、火眼OV7725、SD卡、2.4g無線通信模塊、AT24C16掉電保護模塊、GSM通信模塊和看門狗與復位電路，其中，微控制器STM32F103與D⑶S液晶觸控螢幕通過RS232通信，D⑶S液晶觸控螢幕連接有上位機並通過RS485通信，微控制器STM32F103通過I2C總線與AT24C16掉電保護模塊連接；電能專用計量晶片ATT7022B分別連接有電壓互感器及其採樣電路、以及電流互感器及其採用電路。
[0007]本實用新型具有如下優點:
[0008]本實用新型是一種基於電能專用計量晶片ATT7022B的三相多功能電能監測系統，該電能表用現在工控上比較流行的STM32F103ZET6高性能微處理器為控制核心，通過SPI總線用ATT7022B採集電能參數，通過RS232通信與高級彩色觸控螢幕D⑶S顯示；此外，本實用新型還採用DHTll溫溼度傳感器測量工作環境的溫度和溼度進行溫度溼度補償；採用火眼OV7725進行照相和攝像工作；採用基於SD卡文件存儲的多任務系統管理；採用2.4g無線通信模塊傳輸大量數據；通過I2C總線，使用AT24C16掉電保護模塊實現掉電保護工作已經ISL1208做備用時鐘；採用TC35GSM通信模塊以簡訊方式發送電能等數據而且接收指令進行相應的操作；還有各個接口的擴展模塊並且很多接口設計有開關，必要時可以切斷連接其他需要相應GP1接口的模塊或電路。該系統不僅能準確的測量各種電能參數，而且還能實現軟體自動校表，電能手動清零，模式選擇，片上溫度顯示，電壓電流溫度預警，屏幕亮度調整，時間顯示，溫溼度補償，防竊電和實時監測等功能。具有高精度，多功能，智能化，人性化等顯著特點，特別是採用與觸控螢幕互動的軟體自動校表方式極大的簡化了校表程序的編寫，縮短校表的時間，去掉人工校錶帶來的誤差，大大提高校表精度，並且溫溼度補償和防竊電和實時監測功能的加入，起到修正精度，提高安全性能的優點。
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型中基於STM32F103微控制器的電力監測系統的結構框圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖以及【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細說明:
[0011]結合圖1所示，基於STM32F103微控制器的電力監測系統，包括微控制器STM32F103和電能專用計量晶片ATT7022B。
[0012]微控制器STM32F103與電能專用計量晶片ATT7022B通過SPI總線通信。
[0013]微控制器STM32F103上分別連接有D⑶S液晶觸控螢幕、DHTll溫溼度傳感器、火眼OV7725、SD卡、2.4g無線通信模塊、AT24C16掉電保護模塊、GSM通信模塊和看門狗與復位電路。
[0014]微控制器STM32F103與D⑶S液晶觸控螢幕通過RS232通信，D⑶S液晶觸控螢幕連接有上位機並通過RS485通信，微控制器STM32F103通過I2C總線與AT24C16掉電保護模塊連接。
[0015]電能專用計量晶片ATT7022B功能強大，能夠實現對三相電流、電壓、功率以及其基波，諧波參數的測量與統計，並且可以脈衝或者直接傳輸測量的24位測量值給單片機來進行計算，更難能可貴的是，它自帶校表功能，使測量更精確更可靠。
[0016]微控制器STM32F103與上位機之間的通訊採用RS485通信，具有線路簡單，通信距離遠，速率高，抗幹擾好，一對多等特點。而STM32F103與D⑶S屏之間的通訊採用RS232通信。
[0017]而火眼OV7755照相和攝像的數據比較大，而且傳考慮傳輸距離不定等問題，設計考慮採用2.4g無線通信模塊傳輸數據。
[0018]本系統採用ARM內核的STM32F103ZET6高性能微處理器，是32位單片機，採用最新的Cortex-M3內核，指令周期短，速度快，具有優先級搶佔中斷控制器，IM採樣速率的AD模式，GP1刷新速率可設定等功能，適用於工業控制與一些對速度性能比較高的場合，STM32F103ZET6完全能一併承擔起眾多功能器件的驅動與操控工作。比如本次設計的電力監測系統。而且STM32F103ZET6也具備低功耗的特點，如果一些功能不使用可以關閉其時鐘信號，而且晶片價格遠低於430晶片，綜合考慮採用STM32F103ZET6控制器。
[0019]本系統採用北京迪文公司生產的D⑶S液晶觸控螢幕。D⑶S液晶觸控螢幕是迪文圖形應用服務軟體的簡稱。是基於K600+內核迪文屏所設計的具有完全自主智慧財產權的智慧型人機界面系統軟體。用DGUS來開發人機界面，主要藉助PC軟體來進行組態設計，把人機互動和控制過程完全分開，只需要寫點通過串口讀寫變量存儲器的代碼。其特點:
[0020](I)無作業系統，可靠、穩定；
[0021](2)藉助PC軟體進行組態設計，實現豐富功能；
[0022](3)簡化CPU代碼量，5條指令實現人機互動；
[0023](4)自定義圖形資料庫，可根據需要靈活設計界面。
[0024]本系統採用的DHTll溫溼度傳感器是一款含有已校準數位訊號輸出的溫溼度複合傳感器。它應用專用的數字模塊採集技術和溫溼度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電阻式感溼元件和一個NTC測溫元件，並與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗幹擾能力強、性價比極高等優點。每個DHTl I傳感器都在極為精確的溼度校驗室中進行校準。校準係數以程序的形式儲存在OTP內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準係數。單線制串行接口，使系統集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。產品為4針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據用戶需求而提供。
[0025]為了提供合理的修正係數，需要在標準表的協助下，在各種溫溼度情況下測量電能參數，並且用MATLAB擬合出溫溼度補償曲線，通過編程的查詢不斷修正的方式進行。
[0026]本系統採用火眼0V7725完成攝像和照相工作，其幀頻率高達150HZ，成像清晰，硬體二值化，採用電氣特性好，高度、高頻信號完整性好，抗熱應力，抗衝應力好的BGA封裝，並且其體積小，操作簡便，價格低廉的特點非常適合市場的需要，一般單片機很難負擔的起0V7725的驅動與處理速度工作。
[0027]本系統採用TC35GSM通信模塊，採用GSM的簡訊功能，可以使通信零距離，由於簡訊息費用低，可以取代傳統的無線遙控。
[0028]TC35是Siemeils公司推出的新一代無線通信GSM模塊，自帶LVTTL和RS232通訊接口，可以方便的與PC機和單片機通訊，，可以快速、安全、可靠的實現系統方案中的數據、語音傳輸、短消息服務和傳真。工作電壓為3.3-5.5V，可以工作在900Hz和1800Hz兩個頻段，功耗分別為2w和Iw。
[0029]模塊由AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息等模式，這裡用的是文本模式模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類透明模式。
[0030]此外，該模塊還具有電話簿功能、多方通話，漫遊檢測功能，常用工作模式有省電模式、IDLE、TALK等模式。
[0031]通過獨特的40引腳的ZIF連接器，實現電源連接、指令、數據、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。通過ZIF連接器及50 Ω天線連接器，可分別連接SIM卡支架和天線。
[0032]TC35模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、快閃記憶體、ZIF連接器、口六部分組成。作為TC35的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內的語音、數據信號，並涵蓋了蜂窩射頻設備中的所有的模擬和數字功能。在不需要額外硬體電路的前提下，可支持FR、HR和EFR語音信道編碼。
[0033]電能專用計量晶片ATT7022B，分別連接有電壓互感器及其採樣電路、以及電流互感器及其採用電路。其中，電壓互感器及其採樣電路，用於採集電壓信號；電流互感器及其採用電路，用於採集電流信號。
[0034]當然，以上說明僅僅為本實用新型的較佳實施例，本實用新型並不限於列舉上述實施例，應當說明的是，任何熟悉本領域的技術人員在本說明書的教導下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說明書的實質範圍之內，理應受到本實用新型的保護。
【權利要求】
1.基於STM32F103微控制器的電力監測系統，其特徵在於，包括微控制器STM32F103和電能專用計量晶片ATT7022B，微控制器STM32F103與電能專用計量晶片ATT7022B通過SPI總線通信；微控制器STM32F103上分別連接有D⑶S液晶觸控螢幕、DHTll溫溼度傳感器、火眼0V7725、SD卡、2.4g無線通信模塊、AT24C16掉電保護模塊、GSM通信模塊和看門狗與復位電路，其中，微控制器STM32F103與D⑶S液晶觸控螢幕通過RS232通信，D⑶S液晶觸控螢幕連接有上位機並通過RS485通信，微控制器STM32F103通過I2C總線與AT24C16掉電保護模塊連接；電能專用計量晶片ATT7022B分別連接有電壓互感器及其採樣電路、以及電流互感器及其採用電路。
【文檔編號】G01D21-02GK204287315SQ201420710645
【發明者】周立人, 王書源, 侯林源 [申請人]山東科技大學