基于STM32的电能质量检测技术研究

AT T7022B 是一款三相电能计量专用芯片， 该芯片适用于三相三线和三相四线的应用。它集成了7 路二阶sigma??deat lA/ D, 其中3 路用于三相电压采样， 3 路用于电流采样， 还有1 路可用于零线电流或其他防窃电参数的采样、输出采样数据有效值， 使用方便。它集成了参考电压电路以及所有包括基波、谐波和全波的各项电参数测量的数字信号处理电路， 能够测量各相及合相包括基波、谐波和全波的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量， 同时还能测量频率、各相电流及电压有效值、功率因数、相角等参数[6??8] 。

AT T7022B 内部集成了6 路16 位A /D 转换器， 采用双端差模信号输入。电流通道有效值在2 mV ~ 1 V 的范围内线性误差小于0. 1%; 电压通道有效值在10 mV~1 V 的范围内线性误差小于0. 1%。所以电压取值在0. 2~ 0. 6 V , 电流通道取值在2 mV ~ 1 V 比较合适。最后通过芯片自带的SPI 接口和STM32 处理器进行通信，控制相关参数以及存储、发送数据。图2 所示为电压电流信号输入典型连接电路。

图2AT T7022B 电压电流信号输入典型连接电路

2. 4 电能数据储存及通信、显示模块

为了实现电能检测参数的的存储， 该系统采用了SD卡来存储数据。SD 卡是一种基于半导体记忆的新一代记忆设备， 被广泛应用于便携式装置上。其体积小、质量轻，但却拥有高记忆容量、快速数据传输、极大的移动灵活性以及很好的安全性。利用STM32 自带的SPI 接口， 最大通信速率可达18 kbps, 每秒可传输2 M 字节以上的数据，对于系统的设计要求已足够了。

在数据通信上， 系统设计了两种通信方式。一种是现今较为流行的基于USB 通信协议的U SB 通信方式， 实现处理器与上位机的快速通信。另外一种是额外的无线通信方式， 该通信方式也叫做2. 4 G 频段无线通信， 应用全球开放的ISM 频段可免费使用。本系统采用的是NRF24L01 无线模块， 其最高工作速率为2 Mbps, 高效的GFSK 调制， 抗干扰能力强可以方便实现2 个电能检测设备之间的数据交换、传输。

系统采用2. 8 寸T FT 彩色电阻式液晶屏， 其屏幕分辨率高( 320 240) 、体积小、功耗低、寿命长， 能够清晰的显示所需要的数据。

3 系统软件设计

3. 1 软件设计平台及构成

系统设计采用RealView MDK3. 80A 为开发平台， 用于编写调试STM32 代码。系统软件设计包括主程序、数据采集存储、数据通信、按键设置及液晶显示等模块。系统软件总体设计流程图如图3 所示。

图3 系统程序流程