stm32芯片资料stm32芯片资料.docx

基于STM32的电能质量检测技术研究近些年来,随着现代化工业设备和民用电器设备的普及,电力用户对供电质量的要求越来越高。特别是大量非线性电力负荷用到日常生活和工业生产中,使得公用电网中的电能质量问题愈显凸出,已经严重影响了电能供应质量。因此,根据国家电能质量检测标准,有必要对电网供电的各项参数进行测试,分析电网的电能质量。国内外已有不少方法对电能质量进行检测。但是传统的基于8、16位的单片机的电能检测设备存在处理速度慢,硬件结构不够完善等缺点。而当下比较流行的运用DSP处理器的电能检测设备,虽然其处理速度快、精度高,但是成本较高、功耗大,不利于大规模的推广[1]。本文提出一种基于STM32芯片以内嵌入式智能仪器模式设计的方案。STM32具有杰出的功耗控制及众多外设。设计时可充分利用其丰富的片上资源,大大节省了硬件的投资。利用STM2内置的A/D可对信号进行高速采集和处理,其自带的USB接口可对数据进行快速传输,以及通过电阻式彩色触摸屏TFT对相关数据进行实时显示等。系统具有设计结构简单、携带方便、低成本、低功耗、可靠性高等优点,适合实时现场操作,具有较高的应用价值。1　电能质量检测设备总体设计方案本电能质量检测系统的主要设计思路是:根据国家制定的电能质量相关标准对系统进行设计、开发,系统框图如图1所示。通过高精度的模拟信号采集电路对公用电网的电压、电流进行采集;通过FFT算法对谐波进行检测分析,以及运用电能检测芯片对电压幅值、电流值、功率因素等一系列参数进行检测;最后将测试结果显示在液晶屏幕上,同时将数据存储在SD卡上,检测设备之间可以通过2.4 G无线通信模块进行数据交换,还可运用USB通信接口传输实时的数据到上位机,以便上位机对数据进行存储和分析[2-5]。2　硬件设计2.1　STM32处理器介绍本系统采用的是由意法半导体公司推出的基于ARMCortex-M3内核的STM32F103RBT6增强型32位处理器。其工作频率为72 MHz,内置高速存储器(高达128 K字节的闪存和20 K字节的SRAM),丰富的增强型I/O端口和联接到2条APB总线的外设。包含2个12位的A/D、3个通用16位定时器和1个PWM定时器,还包含标准和先进的通信接口:多达2个IIC接口和SPI接口、3个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。STM32较市场上同种类的单片机具有价格低、功能强、使用简单、开发方便等优势。2.2　电能数据采集模块设计对于前端电压电流的采集选用高精度的电压电流互感器。其体积小、精度高、全封闭、机械和耐环境性能好,电压隔离能力强,安全可靠且工作频率范围在20 Hz～20 kHz。运用互感器将大电压电流信号转换成小信号,再通过分压将其转换成STM32的A/D输入通道的合理电压输入范围(0～3.3 V)。2.3　电能数据处理模块电能数据处理主要分为2个模块,即谐波采集、分析模块和ATT7022B高精度三相电能专用计量芯片模块。是通过STM32处理器内置的A/D转换器对采集的信号运用FFT算法进行谐波处理和分析。该模数转换器是12位的逐次逼近型的,多达18个通道,可测量16个外部和2个内部信号源。各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。A/D的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中。其模拟看门狗特性允许应用程序检测输入电压是否超出用户的高/低阀值该设计是运用STM32内置A/D的同步规则模式将所测得的数据通过DMA传输,以节省CPU资源。ATT7022B是一款三相电能计量专用芯片,该芯片适用于三相三线和三相四线的应用。它集成了7路二阶sigma-deatlA/D,其中3路用于三相电压采样,3路用于电流采样,还有1路可用于零线电流或其他防窃电参数的采样、输出采样数据有效值,使用方便。它集成了参考电压电路以及所有包括基波、谐波和全波的各项电参数测量的数字信号处理电路,能够测量各相及合相包括基波、谐波和全波的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量,同时还能测量频率、各相电流及电压有效值、功率因数、相角等参数[6-8]。ATT7022B内部集成了6路16位A/D转换器,采用双端差模信号输入[4]。电流通道有效值在2 mV～1 V的范围内线性误差小于0.1%;电压通道有效值在10 mV～1 V的范围内线性误差小于0.1%。所以电压取值在0.2～0.6 V,电流通道取值在2 mV～1 V比较合适。最后通过芯片自带的SPI接口和STM32处理器进行通信,控制相关参数以及存储、发送数据。图2所示为电压电流信号输入典型连接电路。2.4　电能数据储存及通信、显示模块为了实现电能检测参数的的存储,该系统采用了SD卡来存储数据。SD卡是一种基于半导体记忆的新一代记忆设备,被广泛应用于便携式装置上。其体积小