变压器电参数采集控制系统的设计.pdf

2方案论证

作者：电子设计一点通

2.1系统设计方案

本课题是基于单片机的变压器电参数采集控制系统的设计，系统硬件设计框

图如图2.1所示，从图中可以看出本文所设计的系统包含主控模块用来对整个系

统的运行进行控制，温度传感器用来对系统的温度进行监测，对于电流和电压数

据的采集分别通过电流互感器和电压互感器来实现，为了让系统的参数更加直观，

系统添加了显示模块用来对系统测量出来的参数进行显示。

温度传感器

电压互感器单片机显示模块

电流互感器

图2.1系统硬件设计框图

2.2主控模块选型

主控模块作为电子类设计的核心，主控的选择不仅关乎着系统的稳定和运行

速度，更关乎着系统的二次开发和可扩展性。主控作为整个系统的大脑，其作用

用于接收各类传感器传输过来的数字信号，并对数字信号进行处理，然后通过分

析信号控制外部设备执行各类操作。在进行主控模块选型时，既要考虑到资源问

题又要考虑合理性问题，即在资源够用的前提下尽可能的节约成本。因此主控模

块在本设计中存在以下方案用来选择。

方案一：51单片机是理工科类接触的第一类单片机，这并非指代哪一种单

片机而是一类单片机的泛称。目前，广泛使用的有Intel公司的80C系列，Atmel

公司的89C系列以及国产的STC系列。即使当今芯片水平已经发展到较高的水

平，但51单片机仍有较大的市场份额。STC89C51单片机是一款采用8051作为

核心的系统可编程芯片，用来做系统设计时，其系统时钟频率最高可为80MHz，

片内的具有4K的可重复擦写上千次的程序存储器。在设计角度上，由于接触较

多，所以设计起来相对较为容易。

方案二：STM32是一类在保持性能较高的前提下依然具备低功耗且低成本

的单片机。该类单片机常被应用于各类嵌入式系统应用中，主流的产品有

STM32F0/F1/F3系列。目前我们常用的产品为STM32F103C8T6和

STM32F103RCT6两款。其中STM32F103C8T6是一款32为的处理器，其最大

处理速率可达72Mhz，该芯片引脚多达48个，在存储方面存在64~128kB闪存

和20kB的SRAM，除此之外，该芯片还具有2个12位的ADC通道用来确保

A/D转换精度，芯片支持多种通信协议，工作温度范围为-40℃~85℃。

通过对上述两种芯片在性能和设计难度上进行分析，结合本文所需要进行的

设计需要的资源，虽然STM32拥有丰富的接口和资源，并且在后期扩展上更具

有优势，而51单片机虽然在现阶段也能够满足系统要求，但对于长期来看不利

于升级和维护，所以本文选择STM32单片机来进行系统的设计。

2.3显示模块选型

作为现代电子系统设计，直观的显示方式必不可少，本文作为变压器电参数

采集控制系统的设计，必然需要对电参数进行显示，所以就需要显示模块来进行

数据的显示。目前，在电子设计中，普遍存在的几种显示方案如下：

方案一：LCD1602显示屏，该显示屏是目前设计中使用较为广泛的一种字

符型显示屏，该屏幕需要通过背光的方式来让显示的内容得以显示，在设计时通

过像素点的方式让所显示的内容呈现出来，该显示屏最大显示字符为32个，即

可显示两行，每行显示16个字符，在软件设计时，通过软件的方式控制不同的

引脚来实现对显示器的控制。

方案二：OLED液晶显示屏，该显示屏是一种利用自发光的有机电二极管设

计而成的。目前针对该显示屏的生产厂家主要以三星、索尼、pmoled和三菱电机

为龙头，国内最为成熟的企业以Visionox为代表。由于其采用自发光的设计原

理，所以无需进行背光源的设计，在进行实时显示时具有对比度高、产品厚度薄、

视角广和反映速度快等特点，除此之外，该显示屏在使用时对外部温度要求较低，

构造和制作过程较为简单等优点。

通过对上述两种显示方案进行分析，结合本文设计的实际需要显示的情