基于小型断路器的电流监测系统_数学_自然科学_专业资料。基于小型断路器的电流监测系统* 周少杰, 鲍光海 【摘 要】采用基于小型断路器的电流监测系统由主控单元和电流采集单元组成。 采集单元将电流传感器集成在小型断路器进线端,并将采样结果通过 RS-485
基于小型断路器的电流监测系统* 周少杰, 鲍光海 【摘 要】采用基于小型断路器的电流监测系统由主控单元和电流采集单元组成。 采集单元将电流传感器集成在小型断路器进线端,并将采样结果通过 RS-485 送 至主控单元,主控单元收集采集单元的采样数据,采用触摸屏设置和显示电流参数 并将数据传至上位机。该系统可对用户用电回路电流进行实时监测，提高家居 或办公场所配电系统的用电可靠性及稳定性。 【期刊名称】电器与能效管理技术 【年(卷),期】2014(000)014 【总页数】4 【关键词】小型断路器; 电流监测; 触摸屏; 主控单元; 电流采集单元 0引言 近年来,人民的生活水平不断提高,用电量也是逐年递增,原供电网的设备和导线 更新相对滞后,很多地方的线路甚至超负荷运行,容易引起各种安全事故。此外, 当负荷较重的时候,用电回路的损耗大部分都落在线]。因此,对用 电回路的负荷进行监控,并对负荷进行规划管理可有效降低线损,保证供电稳定。 本文介绍了一种基于小型断路器的电流实时监测系统,该系统不仅可以精确跟踪 电能流向,分析各个回路功率损耗,实现能耗计量透明度最大化,确保电路可靠运 行,而且采集单元与小型断路器集成在一起,方便安装及布线 系统组成 电流监测系统由上位机、主控单元、采集单元组成。上位机可以下接多个主控 单元(最多 247 个),主控单元又可以下接多个采集单元(最多 64 个),由此可以形 成一个庞大的电流监测网络,如图 1 所示。 系统结构示意图如图 2 所示。在配电箱中,有多个小型断路器保护各个负载线路 正常运行。将采集单元直接集成在小型断路器进线端,线路穿过采集单元再到小 型断路器进线端,主控单元与采集单元之间采用四芯线连接,其中两根为采集单元 供电,另外两根为 RS-485 通信总线。主控单元同样通过 RS-485 通信总线将数 据上传至上位机。 2 主控单元 主控单元由主控芯片 STM32、电能计量和过压/欠压保护模块、RS-485 通信 模块和触摸屏系统组成,如图 3 所示。 本文采用 STM32 增强型 STM32F103ZET6 作为电流监测系统的核心芯片。该 芯片是基于 Cortex -M3 内核的 32 位微控制器,带 64 K 片内 SRAM,512 K 片 内 Flash,最高工作频率可达 72 MHz。芯片含有 144 个引脚,8 个定时器,2 个 12 位模数转换器,1 μs 转换时间(多达 16 个输入通道),还有灵活的静态存储控制 器(FSMC)。 2.1 电能计量和过压/欠压保护模块 电能损耗主要通过电能计量芯片直接计算得到。采样电路将高电压、大电流信 号变换成电能计量芯片可接受的电压、电流信号,电能计量芯片根据输入的电压、 电流信号计算出电能,并通过串行通信送至主控芯片进行处理。 此外,电能计量芯片还可以输出电压有效值给主控芯片,当电压超出过压阈值或欠 压阈值时,主控芯片可触发过压/欠压保护模块内的继电器动作以保护电路。 2.2 RS-485 通信模块 RS-485 的通信协议采用 Modbus 协议的 RTU 模式。在通信过程中,传送的每 个字节长度是 8 位,可以传送 0～255 之间的任何数。帧格式为“地址+功能码 +数据区+CRC16 校验码”,其中“地址”即采集单元的 ID 编号,“数据区”即 所采样的电流。在 RTU 模式下,帧与帧之间的时间间隔要求大于 3.5 个字符,而 每个帧本身内部的字节间隔要求小于 1.5 个字符。1 个字符时间等于每位时间 乘以 1 个字符的位数,本文通信默认波特率为 19 200 b/s,每个字符有 11 位,则 1 个字符时间约 572 μs。 2.3 触摸屏 本文采用具有价格低、稳定性高、透明度较好、响应速度快、抗强光干扰性好 等优点的四线]。电阻式触摸屏是一块透明的复合薄膜屏,有四层 结构,最下面是玻璃或有机玻璃构成的基层,最上面是一层外表面经过硬化处理从 而光滑防擦的塑料层,中间是两层金属导电层 ITO(Indium Tin Oxide,铟锡氧化 物,一种透明的导电材料),分别在基层和塑料层之内,两导电层之间有许多细小的 (25.4 μs)透明隔离点把它们隔开[4]。 当手指触摸屏幕时,两导电层在触摸点处接触。然后在 X 方向上施加一个确定的 电压,而 Y 方向不加电压,通过测量 Y+对地的电压大小,便可得知触点的 X 坐标值。 同理,可得知触点 Y 坐标值,根据 X 坐标和 Y 坐标可知触摸点在屏幕上的位置。 触摸屏中的最关键部件是传感器薄膜和触摸屏控制器。主控单元的工作过程为: 传感器薄膜检测到外界触摸,将感应信号发送触摸屏控制器,本文采用的触摸屏控 制芯片是 ADS7843,控制器通过信号计算出触摸点坐标,并将坐标上传给主控芯 片 STM32,若是坐标满足触摸中断要求,则 STM32 进入中断进行控制界面跳转 或 其 他 操 作 。 STM32F103ZET6 通 过 FSMC(Flexible Static Memory Controller,可变静态存储控制器)控制 LCD 显示。用 I/O 口直接控制 LCD 需要 在程序里分别设置片选线、读写信号线、数据线等,比较麻烦。而采用 STM32 微控制器特有的存储控制机制 FSMC(类似其他芯片的总线功能),只需要设置好 FSMC,它会自动控制 LCD 的控制线 主控单元程序流程 主控单元的程序流程图如图 4 所示。 其中定时器的作用是周期性轮询采样,周期为 1 s。触摸中断的作用即上文所述 的获取坐标位置并执行相关命令,如跳转界面、显示亮度调节等。串口中断即上 位机向主控单元索取数据,主控单元上传数据后,回到循环采样。 3 采集单元 3.1 采集单元硬件框图 采集单元部分由霍尔互感器、RS-485 通信模块以及主控芯片 PIC16F688 组成。 其供电电源采用 L
