基于STM32和STN点阵液晶的三相多功能电力仪表研制

发布时间：2017-08-17 21:33

  本文关键词：基于STM32和STN点阵液晶的三相多功能电力仪表研制

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【摘要】：随着经济社会的发展和电器设备的普及,电力需求快速增长,而一半以上的电力来源于石化能源,石化发电势必会给环境造成破坏。根据国家“十二五”节能减排规划,须减少对石化能源的依赖大力发展新能源,需要将近年来快速发展的分布式新能源发电设施并入电网系统：同时电网中各种电力电子器件的使用给电网增加了许多谐波,影响到系统稳定。因此,为了解决上述问题,需要开发出一套兼具统计用户用电发电数据,又能分析谐波分量的高效率电表终端系统。本论文所设计的电表系统,不仅能够根据实际需要测出基础的电能参数,还能检测出电力系统的谐波分量。本论文的主要工作如下：1、在算法方面,本系统的谐波分量分析,采用了先进行插值和加窗处理,再进行FFT运算的方法,以有效减少频谱的泄漏和栅栏效应,达到系统要求的精度。针对传统算法在插值计算时耗时多,不能满足实时性要求的缺点,本设计选择了计算量相对较少的线性插值,对应于目标个数对号入位,不足的点可用线性仿真求出。2、在硬件设计上,兼顾了经济和工程因素,所设计出的电表具有价格低、功能多和精度高等特点。选用ST公司的STM32F1XX系列单片机,具有丰富的片内资源和接口,可以胜任处理大量数据；选用电流互感器和输入电压串联大电阻替代电压互感器的方案,在满足系统要求的情况下,节省了仪表成本；选用轨对轨的运放芯片,具有速度快、信号失真小的特点,以适应STM32单片机AD模数转换的幅值及精度要求。采用PCA82C250芯片来代替普通的RS485转换芯片,提高了系统的抗干扰能力；选用STN点阵液晶屏显示,加入开路输入和继电器输出,温度测量和声音报警,提高了仪表的集成度,人机交互更加方便。3、在软件设计上,本论文编写了mod-bus标准总线协议的通信方案,以保证数据传输的准确性和仪表的通用性；编写了具体的谐波处理算法,快速的准确的得到需要的数据；设计液晶多层菜单显示,更好的查看数据和修改参数。在完成硬件设计和软件调试后,对电表进行了标准化检测,实验数据证明,本设计满足系统要求。
【关键词】：智能电表 谐波分析 FFT STM32
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM930
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-13
• 1.1 课题研究的背景10-11
• 1.2 本论文的研究意义11-12
• 1.3 本论文研究的主要内容12-13
• 第2章 电力仪表的硬件设计13-28
• 2.1 智能电表的技术指标13-15
• 2.2 电表的硬件总体设计15-16
• 2.3 微处理器单元16-17
• 2.4 信号采集单元17-20
• 2.5 漏电流模块的选择20-21
• 2.6 485通讯接口21-23
• 2.7 实时时钟单元23
• 2.8 数据存储单元23-24
• 2.9 温度感应单元24
• 2.10 输出单元24-27
• 2.11 本章小结27-28
• 第3章 谐波分析中的主要算法28-37
• 3.1 谐波分析算法的分析28-32
• 3.2 基于傅里叶变换的谐波检测32-36
• 3.2.1 傅里叶级数32-33
• 3.2.2 快速傅里叶变换(FFT)33-34
• 3.2.3 基2的快速傅里叶变换34-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第4章 基本电气量的算法37-42
• 4.1 电压电流的计算37-40
• 4.1.1 直流分量的去除37
• 4.1.2 实部虚部的计算37-40
• 4.1.3 有效值的计算40
• 4.2 功率参数的计算40-41
• 4.3 本章小结41-42
• 第5章 谐波检测仪表软件设计42-49
• 5.1 系统主程序42-44
• 5.2 采样子程序44
• 5.3 采样数据处理子程序44-47
• 5.4 Mod-bus通讯接受中断子程序47-48
• 5.5 本章小结48-49
• 第6章 仪表测试结果与分析49-53
• 6.1 基本电气量的测试结果49-51
• 6.2 谐波分量的的测试结果51
• 6.3 本章小结51-53
• 第7章 总结和展望53-55
• 7.1 实验总结53
• 7.2 产品展望53-55
• 参考文献55-58
• 致谢58-59
• 个人简历59-60
• 硕士期间已发表的论文60

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