王君怡，李 瑞，馮 碩

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 15100）

0 引言

當(dāng)前社會對電力的需求量逐漸增加，為了有效減少電能的消耗，將借助STM32智能節(jié)能控制開關(guān)的優(yōu)勢，在實(shí)際的應(yīng)用過程中已經(jīng)得到了社會的廣泛關(guān)注，將節(jié)能理念有效的融入其中，依托智能化信息技術(shù)的優(yōu)勢進(jìn)行設(shè)計，使之適應(yīng)當(dāng)前社會發(fā)展的實(shí)際需要。

1 STM32智能節(jié)能控制開關(guān)的重要性

STM32智能節(jié)能控制開關(guān)的出現(xiàn)一定程度上改善了傳統(tǒng)控制裝置的局限性，智能節(jié)能控制開關(guān)其主要控制方式具有多樣性，在實(shí)際的工作環(huán)節(jié)中，具有靈敏度較高的優(yōu)勢，系統(tǒng)分工明確，以其自身具有的網(wǎng)絡(luò)化優(yōu)勢可以進(jìn)行統(tǒng)一控制，有助于提升資源的利用率。當(dāng)前電力浪費(fèi)現(xiàn)象時有發(fā)生，人類不規(guī)范的生活方式造成了大量資源的浪費(fèi)，借助STM32智能節(jié)能控制開關(guān)的優(yōu)勢始終堅持節(jié)能環(huán)保的原則，逐步朝著智能化的方向發(fā)展。借助人機(jī)交互的媒介形式對相關(guān)的信號信息進(jìn)行收集與整合，可以同時進(jìn)行多重任務(wù)，實(shí)時對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，針對設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)中存在的問題糾正，準(zhǔn)確的對故障位置進(jìn)行定位，減輕后續(xù)維修人員的工作壓力，有助于推動智能電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益相統(tǒng)一。

2 STM32智能節(jié)能控制開關(guān)系統(tǒng)功能

STM32智能節(jié)能控制開關(guān)系統(tǒng)功能具有多樣性，由于部分地區(qū)受到經(jīng)濟(jì)的限制，設(shè)備通信在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中經(jīng)常出現(xiàn)故障，不利于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享。而此時將STM32智能節(jié)能控制開關(guān)有效的應(yīng)用其中，可以實(shí)時對設(shè)備通信狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，針對設(shè)備在通信過程中存在的問題進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，依托遠(yuǎn)程操控的優(yōu)勢將實(shí)現(xiàn)通信信息的共享，且在實(shí)際的運(yùn)行過程中，操作簡單，對電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測，主要是利用人機(jī)交互來實(shí)現(xiàn)的。電網(wǎng)線路問題時有發(fā)生，當(dāng)出現(xiàn)故障問題時可以自行對其進(jìn)行修復(fù)，減少人力資源的消耗，對線路中的電流情況進(jìn)行監(jiān)測，智能控制單元會自動識別，借助內(nèi)部程序的方式對其進(jìn)行處理，并將故障信號準(zhǔn)確的傳輸，隨即進(jìn)行分閘操作，將故障隔離。由專業(yè)的技術(shù)人員對傳輸?shù)降墓收闲畔⑦M(jìn)行分析與整合，根據(jù)參數(shù)信息的實(shí)際情況合理配置電網(wǎng)資源，并將關(guān)鍵的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行儲存，當(dāng)STM32智能節(jié)能控制開關(guān)處于運(yùn)行的狀態(tài)時，要保持電源的供應(yīng)，控制好三相母線的電壓情況，并借助變壓器對其控制，優(yōu)化電源模塊，有助于穩(wěn)定電路，保證電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行[1]。

3 STM32的智能節(jié)能控制開關(guān)硬件電路設(shè)計

3.1 STM32的智能節(jié)能控制開關(guān)硬件方案設(shè)計

STM32的智能節(jié)能控制開關(guān)硬件電路設(shè)計較為復(fù)雜，需要做好前期的準(zhǔn)備工作，完善方案的設(shè)計，將微處理器模塊、電能計量模塊、微機(jī)電保護(hù)，電源模塊、溫度傳感器以及通信傳感器模塊有效的結(jié)合在一起，充分發(fā)揮微處理器模塊作為系統(tǒng)中心的優(yōu)勢，將相關(guān)的電能信息進(jìn)行準(zhǔn)確的儲存。微機(jī)繼電保護(hù)裝置可以有效的實(shí)現(xiàn)計算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、保護(hù)以及通信一體化、智能化，借助現(xiàn)代化科學(xué)信息技術(shù)的優(yōu)勢對故障位置以及分布情況進(jìn)行準(zhǔn)確的掌握，保證微機(jī)保護(hù)裝置處于正常運(yùn)行的狀態(tài)。

3.2 STM32的智能節(jié)能控制開關(guān)硬件中微機(jī)繼電保護(hù)裝置設(shè)計

微機(jī)保護(hù)硬件的設(shè)計主要設(shè)計模擬量輸入系統(tǒng)、數(shù)字輸入以及輸出系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理單元等幾個方面，借助互感器對電路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行掌握，在輸入端輸出數(shù)字量，將數(shù)字量進(jìn)行采樣，并與數(shù)據(jù)單元有效的結(jié)合在一起，可以避免外界因素的干擾。最終實(shí)現(xiàn)控制功能。濾波電路將電壓互感器中的高次諧波濾除調(diào)，防治出現(xiàn)信號頻率增大的問題，控制好濾波電路信號的接入方式，避免出現(xiàn)進(jìn)入 AD的情況，此環(huán)節(jié)需要借助穩(wěn)壓管對輸出的電壓進(jìn)行控制，調(diào)整好穩(wěn)壓管的電壓，一般在5 V左右，并進(jìn)行多路模擬試驗(yàn)[2]。

3.3 STM32的智能節(jié)能控制開關(guān)硬件中電能計量模塊的設(shè)計

電能計量模塊中的電能紀(jì)檢芯片的選擇極為重要，對電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)測，根據(jù)三相電壓以及電流的實(shí)際情況對其進(jìn)行測量，將工作電壓控制在3.3 V左右，有助于降低電網(wǎng)中的高壓。三相電壓轉(zhuǎn)換電路借助互感器將三相電壓、電流進(jìn)行測量，通過構(gòu)成濾波電路將高頻信號濾除，其可以避免出現(xiàn)電壓突變的情況，減少電能的消耗。例如：互感器處于正常運(yùn)行的狀態(tài)，調(diào)整好信號的電流值，一般為2 mA，與放大器進(jìn)行連接，控制好輸入端的電壓，為 4 V，為了與電壓采樣輸入端口的電壓保持一致，需要適量的縮小信號，保證電壓信號的穩(wěn)定性。

3.4 STM32的智能節(jié)能控制開關(guān)硬件中電源模塊的設(shè)計

電源模塊是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，對電池的供電情況進(jìn)行實(shí)時的測量，在此環(huán)節(jié)中要將電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換成直流電壓，當(dāng)前的電網(wǎng)為50 HZ，根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元的實(shí)際情況，與交流電網(wǎng)進(jìn)行連接，必要時要將二者分離。電網(wǎng)缺相的現(xiàn)象時有發(fā)生，保證交流線路供電符合運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)。溫度傳感器是指當(dāng)母線電壓電流過大時，在密閉的空間下室內(nèi)的溫度逐漸提升，此時借助鉑熱電阻的優(yōu)勢可以在高溫的狀態(tài)下進(jìn)行警報，并將變壓器斷開，其測量精度較高、測量范圍較廣，可以在零下 200℃以及零上 850℃區(qū)間進(jìn)行測量。例如：在四線制的接線方式下，將測量的溫度控制在零下 200℃以及零上 850℃區(qū)間進(jìn)行測量，當(dāng)溫度在零下200℃-0℃之間時，對電阻的阻值進(jìn)行調(diào)整，防治對電流造成影響，此時測量的電阻值為 R=R0[1+At+Bt2+C（t-100）t3]，當(dāng)溫度在0℃-850℃之間時，對其電阻值進(jìn)行測量，此時的電阻值為Rt=R0[1+At+Bt2]，計算人員掌握好A、B、C 之間的數(shù)值，分別取 3.9083×13-3、-50775×10-7、-4.183×10-12，并對其在不同溫度下的電阻值進(jìn)行測量[3]。

4 STM32智能節(jié)能控制開關(guān)軟件系統(tǒng)設(shè)計

4.1 智能節(jié)能控制開關(guān)主程序的設(shè)計

STM32智能節(jié)能控制開關(guān)軟件系統(tǒng)是設(shè)計中的主程序設(shè)計涉及的方面較多，主要包括系統(tǒng)初始化、過流檢測、數(shù)據(jù)儲存以及上位機(jī)現(xiàn)實(shí)等幾個方面，詳細(xì)的對主程序的啟動狀態(tài)進(jìn)行掌握，并與分子程序進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。其中系統(tǒng)初始化對參數(shù)信息進(jìn)行整合，并進(jìn)行準(zhǔn)確的設(shè)置，對檢測端口的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行掌握，借助循環(huán)檢測的方式進(jìn)行操作，掌握好模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊以及能量計量模塊傳送帶之間的關(guān)系，對傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，對數(shù)據(jù)是否來自于ADC端口的實(shí)際情況進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)三相電流處于過流的狀態(tài)時，主程序需要及時發(fā)送指令，借助分閘回路的優(yōu)勢對其進(jìn)行控制，當(dāng)數(shù)據(jù)信息來源于能量計量模塊時，需要準(zhǔn)確的對儲存參數(shù)信息進(jìn)行收集，將儲存器與子函數(shù)以及上位機(jī)有效的連接在一起。將數(shù)據(jù)逐層傳遞，對其進(jìn)行初始化處理，構(gòu)建準(zhǔn)確的本機(jī)IP，并請求連接，直至到數(shù)據(jù)接收完畢，方可結(jié)束傳輸。

4.2 過電流保護(hù)軟件的設(shè)計

過電流保護(hù)軟件的設(shè)計需要對三相電源的安全值進(jìn)行監(jiān)測，借助電流互感器的優(yōu)勢將其轉(zhuǎn)換成低壓，關(guān)注電流的變化，一定程度上可以有效的避免外界因素的干擾，通過阻容濾波將高頻噪聲濾掉，根據(jù)放大器運(yùn)行的實(shí)際情況對電壓信號進(jìn)行調(diào)整，并與單機(jī)片進(jìn)行連接，針對電流值不符合安全值的情況進(jìn)行處理，當(dāng)出現(xiàn)警報信號時要將母線及時斷開[4]。

4.3 通信模塊軟件的設(shè)計

通信模塊軟件的設(shè)計主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。需要對端口的設(shè)置情況進(jìn)行詳細(xì)的掌握，借助無線通信的方式可以對數(shù)據(jù)起到保護(hù)的作用，防止外界因素的干擾，保證連接UDP的穩(wěn)定性。其中TCP傳輸方式具有自身的優(yōu)勢，安全性較高，可以同時發(fā)送不同的數(shù)據(jù)信息，有效的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，針對在數(shù)據(jù)傳輸過程中存在的異常情況可以對其進(jìn)行處理，防止出現(xiàn)文件丟失的問題。在連接建立的環(huán)節(jié)中，將服務(wù)器與客戶端有效的連接在一起，并在規(guī)定的時間內(nèi)接受連接請求，準(zhǔn)確的傳入到服務(wù)器地址中，實(shí)時對報文段的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測到的報文進(jìn)行標(biāo)記。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)中，可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向的傳輸，當(dāng)出現(xiàn)連接終止的指令時，此時的數(shù)據(jù)傳輸通道進(jìn)行關(guān)閉，控制好移動臺的類型，并對移動臺的連接方式進(jìn)行優(yōu)化，找準(zhǔn)設(shè)置連接點(diǎn)的文職設(shè)置附著GPRS業(yè)務(wù)，隨即進(jìn)行初始化處理，準(zhǔn)確的對本地參數(shù)進(jìn)行時設(shè)置，將上位機(jī) PC端與端口進(jìn)行對比，無誤后進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

4.4 電能計量模塊設(shè)計

STM32的智能節(jié)能控制開關(guān)將對三相電壓、電流以及相關(guān)的保護(hù)電壓的電參量進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，控制好主芯片的SPI口的位置，進(jìn)行讀寫操作。設(shè)計人員需要畫出時序圖，并根據(jù)時序圖的實(shí)際情況構(gòu)建通信模式，控制好寄存器的運(yùn)行狀態(tài)，并輸入相關(guān)的控制命令，當(dāng)字節(jié)傳輸完成之時方可進(jìn)行下一步的傳輸，一定程度上可以有效的防止出現(xiàn)字節(jié)丟失的問題，保證設(shè)備的穩(wěn)定性。

5 STM32的智能節(jié)能控制開關(guān)系統(tǒng)測試

5.1 STM32的智能節(jié)能控制開關(guān)系統(tǒng)測試工具

選好 STM32的智能節(jié)能控制開關(guān)系統(tǒng)測試工具，在實(shí)際的測試環(huán)節(jié)中，將本機(jī)測試與遠(yuǎn)程測試有效的結(jié)合在一起。在此環(huán)節(jié)中，需要借助下載電路的形式與儲存器進(jìn)行連接，對端口的實(shí)際情況進(jìn)行測量，有助于保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。STM32的智能節(jié)能控制開關(guān)系統(tǒng)測試將網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)有效的融入其中，并由專業(yè)的技術(shù)人員對測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與分析。

5.2 STM32的智能節(jié)能控制開關(guān)系統(tǒng)測試中的電源測試

電源測試是測試工作的重要組成部分，在實(shí)際的測試環(huán)節(jié)中，將開關(guān)電源與電源控制模板有效的連接在一起，對主路電源的實(shí)際控制情況進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)測，并針對在各個電路測試過程中存在故障進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，一定程度上有助于提升電位測試的準(zhǔn)確性。電源測試的關(guān)鍵是要保證電源引腳焊接處于完好的狀態(tài)下，對接地點(diǎn)VCC與GND電位進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)短接的問題要及時對其進(jìn)行糾正，及時處理好硬件故障問題。還應(yīng)該對電容的極性進(jìn)行測試，保證電阻值處于正常的狀態(tài)，為了提升電源測試的準(zhǔn)確性，要將電源保持在通電的狀態(tài)，并對電源的指示燈進(jìn)行監(jiān)測，解決好電源板塊出現(xiàn)發(fā)熱的問題。

5.3 國際標(biāo)準(zhǔn)JTAG下載電路

JTAG下載電路具有較強(qiáng)的準(zhǔn)確性，在測試的前期需要做好芯片內(nèi)部的測試，并對模式進(jìn)行選擇，順利的完成數(shù)據(jù)的傳入與傳出。JTAG下載電路主要是借助現(xiàn)代化科學(xué)信息技術(shù)的優(yōu)勢，將在線編程優(yōu)勢充分展示出來，對內(nèi)部狀態(tài)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行掌握，借助TAP的控制器完成數(shù)據(jù)的傳輸。其中寄存器對邊界的單元進(jìn)行掃描，在規(guī)定的時間內(nèi)對其進(jìn)行激活處理。做好在線編程的前期準(zhǔn)備工作，在此環(huán)節(jié)中需要充分考慮到四根測試線的實(shí)際情況，并與目標(biāo)單片機(jī)進(jìn)行有效的連接，準(zhǔn)確的對地址進(jìn)行輸入，當(dāng)接收到指令時借助數(shù)據(jù)線將信號進(jìn)行發(fā)送，在實(shí)際的操作環(huán)節(jié)中，要嚴(yán)格按照操作步驟執(zhí)行[5]。

5.4 STM32的智能節(jié)能控制開關(guān)系統(tǒng)的串口測試

STM32的智能節(jié)能控制開關(guān)系統(tǒng)的串口測試極為關(guān)鍵，其在實(shí)際的測試過程中，專業(yè)化程度較高，將串口監(jiān)視以及串口調(diào)試有機(jī)的結(jié)合在一起。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況對串口進(jìn)行訪問，在此環(huán)節(jié)中，需要發(fā)揮串口調(diào)試的優(yōu)勢根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)際情況對數(shù)據(jù)的波特率進(jìn)行設(shè)置，并對串口的調(diào)試界面進(jìn)行切換，將數(shù)據(jù)進(jìn)行整合后傳輸，此時會將全部的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，一定程度上有助于保證后續(xù)測試的順利進(jìn)行。STM32的智能節(jié)能控制開關(guān)系統(tǒng)的串口測試需要對主電路的串口位置進(jìn)行準(zhǔn)確的掌握，并與PC端進(jìn)行連接，實(shí)時對串口的變化進(jìn)行監(jiān)視。

5.5 STM32的智能節(jié)能控制開關(guān)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信測試

STM32的智能節(jié)能控制開關(guān)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信測試涉及的方面具有多樣性，其中主要包括創(chuàng)建TCP CLIENT窗口，并針對軟件的運(yùn)行情況對主程序的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行掌握，隨即發(fā)送請求，保證連接SOCKET的準(zhǔn)確性。在數(shù)據(jù)發(fā)送的過程中，需要實(shí)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的收發(fā)，對數(shù)據(jù)收發(fā)的窗口進(jìn)行監(jiān)測，針對輸入數(shù)據(jù)的實(shí)際情況與測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，針對在實(shí)際對比環(huán)節(jié)中存在不同之處進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，將調(diào)整好的數(shù)據(jù)在規(guī)定的時間內(nèi)進(jìn)行發(fā)送，隨即發(fā)送至上位機(jī)顯示界面，并對其進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)測，此時需要相關(guān)的技術(shù)人員計算出電流的有效值、無功功率，盡量將誤差控制在1%以內(nèi)。

6 結(jié)論

基于 STM32的智能節(jié)能控制開關(guān)的研究主要包括其系統(tǒng)設(shè)計與工作方式、硬件電路設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計等幾個方面，要求相關(guān)的設(shè)計人員充分掌握其控制開關(guān)的設(shè)計原理，將具體的理論知識應(yīng)用到實(shí)際的操作環(huán)節(jié)中，一定程度上有助于提升STM32智能節(jié)能控制開關(guān)的應(yīng)用水平。