摘 要：隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，生活和生產(chǎn)中對用電設備的正常使用和壽命要求日益提高，實時監(jiān)測電路的物理量尤為重要。文章設計一種三相電能監(jiān)測裝置，采用芯片STM32F103ZET6實現(xiàn)儀表的電力參數(shù)監(jiān)測，HT7038E采集電力系統(tǒng)相關參數(shù)，實現(xiàn)液晶顯示和功能擴展、掉電保護、時間顯示、模式選擇等。

關鍵詞：STM32F103ZET6;電力監(jiān)測;多功能

1 電子式智能儀表發(fā)展介紹

近年來，新能源推廣應用和智能電網(wǎng)發(fā)展快速增長。相比感應式儀表和數(shù)字式儀表，電子式智能儀表通過高度集成芯片完成信息采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，對采集的數(shù)據(jù)進行運算處理，與上位機通信，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸。智能儀表精度高，既能實時顯示，還可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控，適應當今電力行業(yè)的快速發(fā)展[1]。

2 系統(tǒng)硬件設計

圖1是系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)由兩大模塊組成，模塊一是以計量芯片HT7038E為中心的電能計量模塊，將裝置要采集的電壓、電流信號通過電流互感器送入采樣電路，通過計量芯片內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號進入電能寄存器;模塊二是單片機核心控制及顯示電路，單片機STM32F103ZET6通過SPI總線將計量芯片中的電能數(shù)據(jù)讀出來，采用C語言編程處理后，通過RS485總線輸出到液晶顯示屏，然后通過RS485將其信息傳遞到上位機，進行數(shù)據(jù)顯示及信息存儲[2]。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

STM32F103ZET6是大容量增強型單片機，閃存程序存儲器為256～512 K，核心是一個32位Cortex-M3，32位的數(shù)據(jù)長度和寄存器以及存儲器接口。STM32F103ZET6包括一個串行接口，便于與外部MCU傳輸計量和校準參數(shù)。STM32F103ZET6內(nèi)部有一電壓監(jiān)測電路，能保證通電和斷電時的正常工作。該芯片功能強大，處理速度快[3]。

圖2是HT7038管腳示意。專用計量芯片HT7038E功能齊全、測量精度高，適用于三相電路的電壓和電流等參數(shù)測量。HT7038E內(nèi)部有參考電壓電路、全數(shù)字信號處理電路和6路模數(shù)轉(zhuǎn)換器，適用于功率、電壓電流有效值、功率因數(shù)和頻率等測量，滿足電力系統(tǒng)智能電表的需要[4]。

圖2 HT7038E電路示意

3 系統(tǒng)軟件設計

圖3是軟件流程。包括系統(tǒng)初始化、按鍵功能、校對表初值、通信處理、電能計量、觸摸屏顯示等部分。該裝置使用keil編寫軟件程序，此處側(cè)重介紹初始化和數(shù)據(jù)采集處理模塊，初始化中包括系統(tǒng)時鐘、初始值、預警值等的初始化;在數(shù)據(jù)采集處理上，使用循環(huán)采集方式，對抄控器接收到的命令進行區(qū)分，然后轉(zhuǎn)到相應的命令處理子程序[5-6]。

圖3 軟件流程

部分程序如下：

EEPROM子程序

/**

* @brief I2C Configuration

* @param None

* @retval ： None

*/

/**

* @brief Initializes peripherals used by the I2C EEPROM driver.

* @param None

* @retval ： None

*/

void I2C_EE_Init（）

{

/* GPIO configuration */

//GPIO_Configuration（）;

/* I2C configuration */

I2C_Configuration（）;

/* depending on the EEPROM Address selected in the i2c_ee.h file */

/* Select the EEPROM Block0 to write on */

EEPROM_ADDRESS = EEPROM_Block_ADDRESS;

}

4 結(jié)語

本論文設計的三相電能監(jiān)測裝置控制對象是實驗樓的教學用電，采用多個實驗室共享一個功率芯片進行電能計量。8個實驗室分4組，接到不同的相線上。輸入電源為三相四線制，額定功率50 Hz，可實現(xiàn)多實驗室電能同時計量。具有時間顯示和用電數(shù)據(jù)查詢功能，以及可實現(xiàn)自動抄表功能的通信接口。

在硬件、軟件設計完成后對實驗室用電進行監(jiān)測，電壓、電流有效值精度高，有功功率測量滿足0.5S，無功功率測量滿足2.0級。該監(jiān)測裝置偶爾會出現(xiàn)延遲的現(xiàn)象，后續(xù)需要進一步分析并改善。

作者簡介：丁艷玲（1978— ），女，吉林榆樹人，講師，碩士;研究方向：智能控制。

[參考文獻]

[1]王月志.電能計量[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2]余海濤，張丹平.基于RS-232/RS-485接口轉(zhuǎn)換器的半雙工通信[J].工業(yè)控制計算機，2002（11）：53-54.

[3]裴林民.基于GPRS的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].貴州：貴州大學，2007.

[4]汪金積，孫自強.基于RS-485總線的多機通信在智能化小區(qū)的應用[J].自動化儀表，2004（3）：57-60.

[5]肖湘寧.電能質(zhì)量分析與控制[M].北京：中國電力出版社，2004.

[6]周航慈.單片機應用程序設計技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002.

Research on three-phase electric power monitoring device based on STM32F103ZET6

Ding Yanling

（Nanjing Institute of Mechatronic Technology， Nanjing 211135， China）

Abstract：With the development of electric power system， the requirement of normal use and service life of electric equipment in life and production is increasing day by day. It is very important to monitor the physical quantity of the circuit in real time. In this paper， a three-phase power monitoring device is designed. The chip stm32f103zet6 is used to monitor the power parameters of the instrument. Ht7038e collects the relevant parameters of the power system to realize the LCD display and function expansion， power failure protection， time display， mode selection， etc.

Key words：STM32F103ZET6; power monitoring; multy function