基于STM32的交流剩余电流同步采样系统设计开题报告
2020-06-08 09:06
1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
文 献 综 述
一、 前言
当前，随着我国经济的飞速发展及人民生活水平的提高，越来越多的家电用品进入到人们的生活中，导致用电量急剧增加。与此同时，大量电气故障也随之增加，严重威胁着人民的人身安全及财产安全。当出现漏电或者过电流时一般情况较为复杂，尤其是长期的过负荷和漏电，极易引起配电线路过热，加速配电线路的绝缘层老化，导致电缆或导线的绝缘水平质量降低，从而引起电弧，甚至引发火灾，后果不堪设想。可见，对配电线路进行必要的剩余电流检测是极其必要的。交流剩余电流同步采样系统可以准确、有效地监控电气线路是否出现故障或存在异常状况，有利于人们及时发现电气线路隐患，尽早解决问题[1]。
2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
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1.基本内容： 交流剩余电流采样系统主要用于检测电气线路中剩余电流的状况，实时检测剩余电流的大小，以及超出设定值后报警；同时与上位机通过Modbus协议进行传输数据，对电气线路中的剩余电流实时检测，确保电气线路能够正常运行。 本系统中，根据数据采集器硬件方案，使用ARM芯片stm32f107，采用STM32系统芯片的库函数，采集现场信息，同时通过485总线与上位机通讯，获得交流信号值，对交流信号进行处理得到有效值。当剩余电流超出设定值时，会向上位机发出报警信号，现场工作人员及远程控制室就可以及时知道电气线路中发生故障，以便及时采取措施。 2.解决的主要问题： （1）、熟悉交流剩余电流同步采样系统数据采集器硬件系统的构成及工作原理。 （2）、根据硬件系统构成编写软件流程图。 （3）、使用一种编译软件,根据软件流程图完成软件系统的编写和调试。 （4）、熟悉交流信号采集方法，以及modbus通讯协议原理。 3、研究步骤、方法及措施： 在设计前期，我主要解决问题（1），对此我参考了上海零线电气有限公司的ACS-RT/3000剩余电流/测温式电气火灾监控探测器。通过对其部分功能的参考和简化，完成了我自己设计系统的大体构架，我把交流剩余电流采样系统内部分为诸如单片机（信号处理）模块、人机对话模块（包括按键输入电路、显示驱动电路、指示灯显示电路以及数码管显示电路）、多机通讯接口电路模块（用于与上级系统进行通信）。这就给我往后的硬件设计提供了一个清晰的思路，可以一模块一个模块的完成电路设计。
交流采样系统内部硬件组成 对于单片机的选型，我选用的是以前学过的STM32F107VCT6单片机。 STM32F107VCT6单片机：STM32F107是意法半导体推出全新STM32互连型（Connectivity）系列微控制器中的一款性能较强产品，此芯片集成了各种高性能工业标准接口，且STM32不同型号产品在引脚和软件上具有完美的兼容性，可以轻松适应更多的应用。 新STM32的标准外设包括10个定时器、两个12位1-Msample/s AD(模数转换器) (快速交替模式下2M sample/s)、两个12位DA(数模转换器)、两个I2C接口、五个USART接口和三个SPI端口和高质量数字音频接口IIS，另外STM32F107拥有全速USB（OTG）接口，两路CAN2.0B接口，以及以太网10/100 MAC模块。此芯片可以满足工业、医疗、楼宇自动化、家庭音响和家电市场多种产品需求。 至于剩余电流互感器初步确定为L-35规格的AKH-0.66 L 剩余电流互感器，AKH-0.66系列电流互感器,外壳采用阻燃,耐温140℃的聚碳酸脂压注成形，铁芯采用取向冷轧硅钢带卷绕而成，二次导线采用高强度电磁漆包线，产品结构新颖，造型美观，安装方便，体积小，容量大，质量轻。专用于剩余电流的采集，与电气测控装置配套使用。该产品二次可有两路输出，一路输出0-20mA或0-2mA，一路输出1V。 对于LCD模块计划采用12864通用型点阵图形液晶模块，外形尺寸：长93mm，宽70mm，黄绿背光，驱动IC：ST7920/ST7921,带中文字库,5V。这是单片机开发板最通用的型号，也适用于各种仪表和机械等的显示。 对于问题（2），只需要根据问题（1）所画的硬件结构图的每个组成部分分别写对应模块的子程序即可。 对于问题（3），由于学过keil软件的使用，所以选择keil软件来完成程序的编写和调试。 问题（4）是对问题（1）其中的信号处理模块和通讯接口电路模块问题的具体细化，由于之前接触的这两个方面的内容较少，需要查找相关内容来解决。 按照以上提出的几个问题，先完成交流采样系统硬件组成图，然后通过AD10绘图软件，合理完成电路板布局并绘制PCB图，然后编写各个模块的程序，全部完成后再通过软件测试即可。
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