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化工設備技術文獻:基于STM32F103R8T6的數字式量度繼電器設計與應用


發布時間:2015/12/2 16:00:51

喜乐彩100期历史开奖结果 www.mgkbma.com.cn 摘 要:數字式量度繼電器具有測量精確、設定簡單、?;すδ芏?、速度快等優點,是傳統的電磁、靜態繼電器理想的替代產品。本文詳細介紹了基于STM32F103R8T6的數字式量度繼電器的總體設計方案。該產品能針對不同的對象在實際使用中遇到的多種故障進行?;?,使被?;さ畝韻笤詮收獻刺虜換岵鴰?,提高可靠性,減少損失。
關鍵字:數字式、量度繼電器、?;?
1.1 主控CPU
  本量度繼電器的CPU采用ST公司的基于ARM最新Cortex-M3架構內核的32位處理器STM32F103R8T6,時鐘頻率最高可達72MHz,內置64K的Flash、20K的RAM、12位AD、4個16位定時器、3路USART通訊口等多種資源,具有極高的性價比。
1.2 電源
  電源是一臺設備能否正常、穩定、可靠工作的關鍵部分,該繼電器采用本公司常用的通用開關電源???。該電源??槭淙氳繆刮狝C85V~265V,輸入頻率45Hz~60Hz,具有多路隔離電壓輸出,滿足多種功能對不同供電電壓的要求。輸出電壓穩定、故障率小,輸出紋波 <1%。具有過壓、過流?;?。該??榫導氏殖∈褂?,具有很高的穩定性、可靠性和抗干擾能力。
1.3 信號采集電路
  信號采集電路采用互感器隔離輸入,將電流、電壓等電量信號進行隔離,提高系統的安全性和可靠性。采樣信號經放大電路放大后進行A/D轉換。圖2。

圖2 信號采集電路
1.4 人機交互單元
  人機交互單元采用LED顯示和按鍵輸入,系統采用單排四位LED數碼管顯示各種信息。用戶可根據實際需要進行設置。在編程狀態下顯示菜單及參數。數碼管顯示采用動態掃描方式,其驅動電路使用一片74HC595加三極管構成。
1.5 RS485通訊接口
  通訊接口??椴捎猛ㄓ玫腞S-485、Modbus RTU通訊規約,能實現遙測、???、遙信等功能,見圖3。

圖3 通訊電路原理圖
1.6 繼電器輸出接口
  繼電器輸出接口(圖4)是動作的執行機構,當出現故障時,繼電器便會產生動作,發出報警或脫扣信號。

圖4 繼電器輸出原理圖
2  軟件設計
  由于本量度繼電器采用數字電路,核心元件采用的是32位單片機,運算速度快(時鐘頻率72MHz),?;に惴ǘ加扇砑迪?,因此,由同一電參量引申而出的?;すδ蕓杉捎諞惶澹ㄈ綺飭咳嗟緦骺墑迪止?、欠載、不平衡、斷相、相序等多種?;ぃ?,不像靜態繼電器那樣,不同的?;すδ芐枰煌哪D獾緶防詞迪?,導致單個靜態繼電器往往只有一種?;すδ?。
2.1 程序設計
  本繼電器的軟件設計主要包括計算、?;?、顯示、按鍵、通訊等各種功能子程序。其中計算子程序主要用于進行信號的采集和運算,實時測量?;ざ韻蟮牡綺瘟?;?;ぷ映絳蛑饕捎懈髦直;に惴?,將測量得到的各種參數與預先設定的值來進行對比,來確定是否有故障出現,及時進行?;?;顯示、按鍵子程序用于人機交互;通訊子程序則用于將各種參量通過通訊接口遠傳給后臺控制系統。
  由于程序內容較多,現給出主程序流程(圖5)和?;ぷ映絳蛄鞒掏跡ㄍ?)。

圖5 主程序流程圖

圖6 ?;ぷ映絳蛄鞒掏?
2.2 過采樣
  在本產品設計時,便定位于既可作為?;ぜ痰縉魘褂?,又可作為低壓電測儀表使用,因此要求本產品的測量精度要高,但出于成本上的考慮,采用主控芯片STM32F103R8T6內部自帶的12位AD,為實現高精度的測量,需要在采樣上使用過采樣的技術。根據奈奎斯特定理可得,每增加一位分辨率,信號必須被以4倍的速率過采樣:fos=4w×fs 。其中,w是希望增加的分辨率位數,fs是初始采樣頻率要求,fos是過采樣頻率。根據此公式,在采樣時將采樣頻率提高256倍,即將分辨率位數提高4位,達到了16位的分辨率。采用此方法后,本產品的測量精度達到0.5級,完全可以滿足作為測量型儀表的要求。由于CPU的速度很快,因此不會因為采用過采樣后,采樣點和運算量的增加而導致?;に俁炔還?。
3  性能測試
3.1 測量精度的測試(電流型)

圖7
  試驗裝置由圖7所示,信號發生源采用深圳科陸公司的RTU檢定裝置CL301V2-R,精度等級0.05。由CL301V2-R輸出三相交流電流來測試ASJ的測量精度,測試結果見表1。
表1
DK輸出值

 

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