基于STM32F103ZET6的三相电能监测装置研究

摘 要：随着电力系统的发展，生活和生产中对用电设备的正常使用和寿命要求日益提高，实时监测电路的物理量尤为重要。文章设计一种三相电能监测装置，采用芯片STM32F103ZET6实现仪表的电力参数监测，HT7038E采集电力系统相关参数，实现液晶显示和功能扩展、掉电保护、时间显示、模式选择等。

关键词：STM32F103ZET6;电力监测;多功能

1 电子式智能仪表发展介绍

近年来，新能源推广应用和智能电网发展快速增长。相比感应式仪表和数字式仪表，电子式智能仪表通过高度集成芯片完成信息采集和模数转换功能，对采集的数据进行运算处理，与上位机通信，实现实时数据传输。智能仪表精度高，既能实时显示，还可以实现远程监控，适应当今电力行业的快速发展[1]。

2 系统硬件设计

图1是系统硬件结构。系统由两大模块组成，模块一是以计量芯片HT7038E为中心的电能计量模块，将装置要采集的电压、电流信号通过电流互感器送入采样电路，通过计量芯片内部A/D转换后，转化为数字信号进入电能寄存器;模块二是单片机核心控制及显示电路，单片机STM32F103ZET6通过SPI总线将计量芯片中的电能数据读出来，采用C语言编程处理后，通过RS485总线输出到液晶显示屏，然后通过RS485将其信息传递到上位机，进行数据显示及信息存储[2]。

图1 系统硬件结构

STM32F103ZET6是大容量增强型单片机，闪存程序存储器为256～512 K，核心是一个32位Cortex-M3，32位的数据长度和寄存器以及存储器接口。STM32F103ZET6包括一个串行接口，便于与外部MCU传输计量和校准参数。STM32F103ZET6内部有一电压监测电路，能保证通电和断电时的正常工作。该芯片功能强大，处理速度快[3]。

图2是HT7038管脚示意。专用计量芯片HT7038E功能齐全、测量精度高，适用于三相电路的电压和电流等参数测量。HT7038E内部有参考电压电路、全数字信号处理电路和6路模数转换器，适用于功率、电压电流有效值、功率因数和频率等测量，满足电力系统智能电表的需要[4]。

图2 HT7038E电路示意

3 系统软件设计

图3是软件流程。包括系统初始化、按键功能、校对表初值、通信处理、电能计量、触摸屏显示等部分。该装置使用keil编写软件程序，此处侧重介绍初始化和数据采集处理模块，初始化中包括系统时钟、初始值、预警值等的初始化;在数据采集处理上，使用循环采集方式，对抄控器接收到的命令进行区分，然后转到相应的命令处理子程序[5-6]。

图3 软件流程

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 结语

本论文设计的三相电能监测装置控制对象是实验楼的教学用电，采用多个实验室共享一个功率芯片进行电能计量。8个实验室分4组，接到不同的相线上。输入电源为三相四线制，额定功率50 Hz，可实现多实验室电能同时计量。具有时间显示和用电数据查询功能，以及可实现自动抄表功能的通信接口。

在硬件、软件设计完成后对实验室用电进行监测，电压、电流有效值精度高，有功功率测量满足0.5S，无功功率测量满足2.0级。该监测装置偶尔会出现延迟的现象，后续需要进一步分析并改善。

作者简介：丁艳玲（1978— ），女，吉林榆树人，讲师，硕士;研究方向：智能控制。

[參考文献]

[1]王月志.电能计量[M].北京：中国电力出版社，2004.

[2]余海涛，张丹平.基于RS-232/RS-485接口转换器的半双工通信[J].工业控制计算机，2002（11）：53-54.

[3]裴林民.基于GPRS的数据采集系统的设计与实现[D].贵州：贵州大学，2007.

[4]汪金积，孙自强.基于RS-485总线的多机通信在智能化小区的应用[J].自动化仪表，2004（3）：57-60.

[5]肖湘宁.电能质量分析与控制[M].北京：中国电力出版社，2004.

[6]周航慈.单片机应用程序设计技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，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