基于STM32电压质量检测装置的研究.pdf

电子电路设计与方案 基于STM32电压质量检测装置的研究 李珂，唐基超，雒佳明 （重庆大学，重庆，400044） 摘要： 电力系统的平稳运行对于电能质量有着颇为严格的要求。针对目前的电能质量监控系统大多结构复杂、成本较高的问题，本文设计 了一套简易便捷、成本较低的检测装置，以220V照明电路为例，针对电网电压、频率及波形等因素进行检测。该装置以STM32F103VCT6 单片机、AD7606高精度16位同步采样模数数据采集系统和MATLAB软件为基础，成功将所得到的电能质量参数以UI界面的形式清晰直观地 呈现出来，实现了电能质量检测的智能化和检测结果的可视化。 关键词： 电能质量；AD采样；MATLAB；评估 0 引言 号范围在 ±10V 以内，因此我们首先选用 220/1.76V 电压 互感器对电压信号进行降压处理。 电能是现代社会中人类生产生活所不可或缺的重要能 AD7606 是一款 16 位同步采样模数数据采集系统，采 源。随着经济与技术的不断进步和人民生活水平的日益提 用 5V 单电源供电，支持 ±10V 以内的交流信号从输入，采 升，电力电子技术得到了广泛的应用，电能质量的问题也引 样频率高达 200kSPS，目前广泛应用于各类控制系统和数 起了越来越多的关注。当电力系统中的许多带有冲击性和非 据采集系统。其内部集成了性能优良的调理电路，具有输入 线性的用电设备投入使用时，电网中将产生大量高次谐波， 阻抗高，产生噪声小，采样吞吐速率高等种种优点 [2]。基于 可能会带来电压波动、闪变等种种电能质量问题，影响到电 这些特性，我们可以直接将电压互感器降压后的电压信号传 网的安全稳定运行，给国民经济带来损失 [1]。因此为了推进 输给 AD7606 模块，没有必要增加外设的滤波或驱动电路。 电网先进化、智能化发展，开发一种经济可靠的电能质量检 经过 AD7606 采样后，电压信号转化为离散数据由 STM32 测装置有重要的实际意义。 单片机进行进一步处理。 本文设计了一种基于 STM32 单片机的简易电压质量检 测装置，以工频照明电路为检测对象，将 220V 电压信号由 电压传感器降压后传至信号调理电路进行数字滤波处理， 通过 16 位精度 ADC 芯片 AD7606 进行信号采集后，再由 STM32 单片机进行初步处理，并通过串口传输给上位机， 最终在上位机上利用 MATLAB 的运算功能对电压质量进行 最终的分析。为了使上位机上的数据分析更加便利化，我们 还开发了基于 MATLAB 的 UI 界面，使分析结果一目了然。 1 设计思路 该电压检测装置主要由 AD 采样模块、STM32 单片机 系统和上位机系统三部分构成，其原理框图如图 1 所示。 图 2 AD7606 结构图 ■ 2.2 STM32 单片机系统 STM32F 系列是意法半导体公司出品的 32 位 ARM 微 处理器，其内核为 Cortex-M3，它具有集成度高、性能优良、 图 1 系统原理框图 功耗较低、价格低廉、便于调试开发等