引言

傳統(tǒng)的電力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)受限于有限的存儲(chǔ)空間和通信接口，存在精度不高、實(shí)時(shí)性差、采集信息量小等缺點(diǎn)，已無法滿足實(shí)際的電力系統(tǒng)調(diào)度與管理需要，本文提出的基于STM32的新型電力數(shù)據(jù)采集器充分利用了STM32豐富的片上資源，大大節(jié)約了硬件投資，利用STM32具有快速采樣的高性能ADC、先進(jìn)的電源及時(shí)鐘管理、雙看門狗等功能，從而大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與可靠性，精度顯著提高，同時(shí)功耗大為降低。

1、總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)由模擬量與開關(guān)量采集模塊、通訊模塊以及上位機(jī)人機(jī)交互模塊組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。首先電壓、電流等模擬信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路調(diào)理后，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由STM32進(jìn)行數(shù)據(jù)處理;開關(guān)量信號(hào)則通過I/O口輸入，STM32通過中斷或查詢方式進(jìn)行讀取。電力數(shù)據(jù)經(jīng)采集處理后，由液晶屏進(jìn)行顯示，同時(shí)進(jìn)行儲(chǔ)存以便對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。為了使數(shù)據(jù)顯示更加直觀以及遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過RS485與上位機(jī)通信。

圖1 ?系統(tǒng)原理

2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1、STM32片上資源

STM32F103ZE12位ADC為逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，各通道的轉(zhuǎn)換可以單次、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行，轉(zhuǎn)換結(jié)果以左對(duì)齊或右對(duì)齊方式存儲(chǔ)在16位數(shù)據(jù)寄存器中。通道采樣時(shí)間可編程，總轉(zhuǎn)化時(shí)間可縮減到1μs，此外，多種轉(zhuǎn)換模式供選擇，支持DMA數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)采用定時(shí)器觸發(fā)的同步注入模式，能夠?qū)Χ嗦沸盘?hào)進(jìn)行同步采樣。

STM32F103ZE具有5個(gè)USART串行通信接口，內(nèi)置分?jǐn)?shù)波特率發(fā)生器，發(fā)送與接收共用可編程波特率，最高達(dá)4.5Mbit/s，數(shù)據(jù)字的長(zhǎng)度、停止位均可設(shè)置。

此外，靈活的靜態(tài)存儲(chǔ)器控制器FSMC能夠通過同步或異步存儲(chǔ)器與16位PC卡接口相連，便于外擴(kuò)存儲(chǔ)器和液晶顯示屏。

2.2、數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集包括對(duì)于模擬量與開關(guān)量的采集兩部分。

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1）模擬量數(shù)據(jù)采集

由于電力數(shù)據(jù)采集信號(hào)為高電壓信號(hào)和大電流信號(hào)，因此，首先要將其調(diào)理為滿足STM32F103ZEADC輸入范圍的電壓信號(hào)，以便進(jìn)入ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。各相電流信號(hào)經(jīng)電流互感器和電流變送器，各相電壓信號(hào)則通過電壓互感器和電壓變送器變換為低電壓信號(hào)，輸入到STM32的ADC模擬輸入通道，其幅值范圍為0～3.3V