３（１巷第１０期（下 赤峰学院学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｆｅｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖ０１．３０ ＮＯ．１０ ０ｃｔ．２０１４ ２０１４年１（）月 基于ＳＴＭ３２的电力采集与无线传输系统研究 黄 恒，许继瑞，丁 伟，曹吉花 （宿州学院 机械与电子工程学院，安徽 宿州 ２３４０００） 摘 要：本文设计了一种基于ＳＴＭ３２单片机为处理器的低功耗和高性能的电力数据采集系统．介绍 了其工作原理及相关软硬件的设计，阐述了电流和电压采样方法及采用过零比较的方法，利用单片机的定 时器来得出相位角‘ｐ的过程，同时采用ＳＴＭ３２上１２位的高精度的模数转换器进行模数转换并用ＴＦＴ对 输出结果进行显示．同时用ＮＲＦ２４Ｌ０１将输出结果进行发送．实验结果表明．该设计达到了较高的测量精 度，具有许多优点． 关键词：ＳＴＭ３２；电力数据采集；模数转换；ＴＦＴ显示；无线传输 中图分类号：ＴＰ２７３ １ 引言 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—２６０Ｘ（２０１４）１０—００５９—０２ 到数据后同时显示在接收端的ＴＦＴ彩屏上，以更 加直观的形式显示出来． 近年来，随着电子技术，计算机技术的飞速发 展，电力系统测量也发生了巨大的变革，电力数据 采集系统作为电力供需管理的基本环节，发挥着重 要作用，电力系统的发展对电力数据采集系统的精 噼 确性、实时性以及可靠性都提出了更高的要求…．传 统的电力数据采集系统受限于有限的存储空间和 通信接口，存在精度不高、实时性差、采集信息量小 等缺点，已无法满足实际的电力系统调度与管理需 要，本文提出的基于ＳＴＭ３２的新型电力数据采集器 充分利用了ＳＴＭ３２丰富的片上资源，大大节约了硬 件投资，利用ＳＴＭ３２具有快速采样的高性能ＡＤＣ、 Ｉ １系统原理 ３ 系统硬件构成及各部分功能 先进的电源及时钟管理、双看门狗等功能，极大地 增强了系统的实时性与可靠性，精度显著提高，同时 功耗明显降低． ２电力采集系统的整体设计方案 ３．１ ＳＴＭ３２单片机的概述 ＳＴＭ３２是基于ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３内核的３２位 处理器，具有杰出的低功耗控制以及众多的外设， 最重要的是其性价比．ＳＴＭ３２有非常强大的外设功 能：１２８ＫＦＬＡＳＨ，，ＵＳＢ，ＣＡＮ，１２位的ＡＤＣ，ＵＳＡＲＴ 本设计的整体原理框图如下图１所示．首先电 压和电流的模拟信号经电路调理后，通过ＳＴＭ３２ 单片机转换为数字信号，再由ＳＴＭ３２进行数据处 等等．同时ＳＴＭ３２支持ＪＴＡＧ／ＳＷＤ，非常方便调试， 而且依然支持串口下载，还有就是ＳＴＭ３２的中文 理；开关量则通过Ｉ／Ｏ口输入，ＳＴＭ３２通过中断进 行读取．电力数据采集和处理后，由ＴＦｒ彩屏进行 显示。同时用ＮＲＦ２４Ｌ０１进行发送．当接收端接收 支持，资料丰富，功耗低． ３．２电压电流采样电路 本设计选用型号为ＪＰＴ２０２４Ａ的电压互感器， 基金项目：大学生创新创业训练计划项目（２０１３１０３７９０１１） 当输入电压为０ ２２０Ｖ时，对应的输出电压为０— ３．３Ｖ；选用型号为ＪＣＴ５２６１Ｋ的电流互感器，当输入 电流为０～５Ａ时，对应的输出电压为０～３．３Ｖ，输 入和输出根据电压电流信号的周期（Ｔ＝２０ｍｓ）和 Ａ／Ｄ的转换时间均成线性变化（本设计选用ＳＴＭ３２ 内部Ａ／Ｄ转换芯片，其单次转换时间仅为６ ｓ），计 算出在信号的一个周期内Ａ／Ｄ采样次数Ｎ，然后对 输入信号进行采样，边采样边计算 ． ３－３相位角的获取 图５主程序框图 ５实验结果和分析 在相位的测取中设置单片机的定时器Ｔ０为定 时器计数．将电压Ｖ１、电流Ｉ１经过过零比较器后变 将Ａ，Ｂ，Ｃ三相分别接到市电２２０Ｖ利用 ２０Ｗ，２３Ｗ，４０Ｗ的灯泡作为三相的负载，本设计的 成方波信号Ｖ２、Ｉ２输人到单片机相应的中断口．当 单片机的ＩＮＴ０由０变成１ ｆ即电压波形产生正跳 变）时，打开定时器Ｔ０，开始计数；当ＩＮＴ１的波形由 电力数据如下表所示． ０变成１（电流波形产生正跳变）时，关闭定时器Ｔ０． 根据在定时器 中所保存的数值Ｔｘ，Ｔｘ为Ｔ０的 计数值，根据其值可计算出相位角【３１． ３－４ ＴＦＴｒ显示和无线发送模块 由于本设计采用数值采样法，对于被测信号的 （１）ＴＦＴ显示：为了更直观的监控电力采集数 据，系统采用２．８寸的彩色液晶显示器与本地实时 进行监控，并提供了良好的人机交互界面功能，利 频率变化非常敏感，为了获取较高的精度，本设计 对于电压和电流信号同时进行采样，并选用转换速 度较快的ＳＴＭ３２内部ＡＤ转换，结果表明，分别用 用ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６单片机 的ＦＳＭＣ模块控制液 晶显示器，即将液晶作为外部存储设备来使用，配 置好读写及控制信号的时序，指定指针即可实现对 液晶的读写访问，应用这种方式，既可以简化对液 ～ ２０Ｗ，２３Ｗ，４０Ｗ的灯泡作为三相的负载下，精度可 达１％，符合实际要求． 参考文献： 晶的操作，只需指定读写数据指针就可以完成操 ［１］张旭．基于ＳＴＭ３２电力数据采集系统的设计Ｕ】． 电子测量技术报，２０１０（１ １）：９０－９３． 作，而且提高了方位的速度． （２）无线通讯模块：本设计采用ＮＲＦ２４０１无线 模块，本设计中将采样电压和电流的那一端作为从 机不断的发送信息，另一端作为接收端主机通过串 口和ＰＣ机相连，不断的接收从从机发来的数据， 同时主机显示在ＴＦＴｒ液晶显示器上，主机通过和 ［２］尹元梅，温宗周．基于５１单片机的数字功率表 设计Ⅱ］．电子测量技术报，２０１２（１０）：２８—３０． ［３］林涛，邹黎华，耿勇男．多类型多通道的数据采 集系统的设计［Ｉ】．电子测量学与仪表报，２００９，２３ （Ｓ１）：２３６—２３９． 串口ＰＣ机相连，可以随时的观察从机采集的电力 ［４］季力．基于ＳＴＭ３２芯片的电参数测量与数据传 输 自动化与仪器仪表，２０１０（３）：１３７—１３９． 信息． ４整体的软件流程：如下图５所示
