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化工设备技术文献:基于STM32F103R8T6的数字式量度继电器设计与应用


发布时间:2015/12/2 16:00:51

二八杠赌博案件 www.tvzid.tw 摘 要:数字式量度继电器具有测量精确、设定简单、?;すδ芏?、速度快等优点,是传统的电磁、静态继电器理想的替代产品。本文详细介绍了基于STM32F103R8T6的数字式量度继电器的总体设计方案。该产品能针对不同的对象在实际使用中遇到的多种故障进行?;?,使被?;さ亩韵笤诠收献刺虏换岵鸹?,提高可靠性,减少损失。
关键字:数字式、量度继电器、?;?
1.1 主控CPU
  本量度继电器的CPU采用ST公司的基于ARM最新Cortex-M3架构内核的32位处理器STM32F103R8T6,时钟频率最高可达72MHz,内置64K的Flash、20K的RAM、12位AD、4个16位定时器、3路USART通讯口等多种资源,具有极高的性价比。
1.2 电源
  电源是一台设备能否正常、稳定、可靠工作的关键部分,该继电器采用本公司常用的通用开关电源???。该电源??槭淙氲缪刮狝C85V~265V,输入频率45Hz~60Hz,具有多路隔离电压输出,满足多种功能对不同供电电压的要求。输出电压稳定、故障率小,输出纹波 <1%。具有过压、过流?;?。该??榫导氏殖∈褂?,具有很高的稳定性、可靠性和抗干扰能力。
1.3 信号采集电路
  信号采集电路采用互感器隔离输入,将电流、电压等电量信号进行隔离,提高系统的安全性和可靠性。采样信号经放大电路放大后进行A/D转换。图2。

图2 信号采集电路
1.4 人机交互单元
  人机交互单元采用LED显示和按键输入,系统采用单排四位LED数码管显示各种信息。用户可根据实际需要进行设置。在编程状态下显示菜单及参数。数码管显示采用动态扫描方式,其驱动电路使用一片74HC595加三极管构成。
1.5 RS485通讯接口
  通讯接口??椴捎猛ㄓ玫腞S-485、Modbus RTU通讯规约,能实现遥测、???、遥信等功能,见图3。

图3 通讯电路原理图
1.6 继电器输出接口
  继电器输出接口(图4)是动作的执行机构,当出现故障时,继电器便会产生动作,发出报警或脱扣信号。

图4 继电器输出原理图
2  软件设计
  由于本量度继电器采用数字电路,核心元件采用的是32位单片机,运算速度快(时钟频率72MHz),?;に惴ǘ加扇砑迪?,因此,由同一电参量引申而出的?;すδ芸杉捎谝惶澹ㄈ绮饬咳嗟缌骺墒迪止?、欠载、不平衡、断相、相序等多种?;ぃ?,不像静态继电器那样,不同的?;すδ苄枰煌哪D獾缏防词迪?,导致单个静态继电器往往只有一种?;すδ?。
2.1 程序设计
  本继电器的软件设计主要包括计算、?;?、显示、按键、通讯等各种功能子程序。其中计算子程序主要用于进行信号的采集和运算,实时测量?;ざ韵蟮牡绮瘟?;?;ぷ映绦蛑饕捎懈髦直;に惴?,将测量得到的各种参数与预先设定的值来进行对比,来确定是否有故障出现,及时进行?;?;显示、按键子程序用于人机交互;通讯子程序则用于将各种参量通过通讯接口远传给后台控制系统。
  由于程序内容较多,现给出主程序流程(图5)和?;ぷ映绦蛄鞒掏迹ㄍ?)。

图5 主程序流程图

图6 ?;ぷ映绦蛄鞒掏?
2.2 过采样
  在本产品设计时,便定位于既可作为?;ぜ痰缙魇褂?,又可作为低压电测仪表使用,因此要求本产品的测量精度要高,但出于成本上的考虑,采用主控芯片STM32F103R8T6内部自带的12位AD,为实现高精度的测量,需要在采样上使用过采样的技术。根据奈奎斯特定理可得,每增加一位分辨率,信号必须被以4倍的速率过采样:fos=4w×fs 。其中,w是希望增加的分辨率位数,fs是初始采样频率要求,fos是过采样频率。根据此公式,在采样时将采样频率提高256倍,即将分辨率位数提高4位,达到了16位的分辨率。采用此方法后,本产品的测量精度达到0.5级,完全可以满足作为测量型仪表的要求。由于CPU的速度很快,因此不会因为采用过采样后,采样点和运算量的增加而导致?;に俣炔还?。
3  性能测试
3.1 测量精度的测试(电流型)

图7
  试验装置由图7所示,信号发生源采用深圳科陆公司的RTU检定装置CL301V2-R,精度等级0.05。由CL301V2-R输出三相交流电流来测试ASJ的测量精度,测试结果见表1。
表1
DK输出值

 

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