基于STM32的车载式漏电流数字传感器的研究

摘要：采用STM32平台，利用CAN总线通讯，研制了一款新型数字化漏电流传感器。相比于之前的模拟传感器，本次设计采用数字化设计，通讯利用CAN总线，显示实时清晰，具有独立处理和与其他多个同样的传感器进行配合综合处理的能力，经过软硬件设计和实验测试，本传感器检测精度高、检测快速，错误率低。具有较好的应用价值。

关键词：漏电流传感器；检测精度；数字化处理。

中图分类号：TP334 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）27-0245-03

Abstract： n this paper， a new type of digital leakage current sensor based on STM32 platform is developed. It is in a high precision simulation based on leakage current sensor by digitization and improvement， using CAN bus for data communication， real-time display clear， has the ability to meet the independent and comprehensive treatment of treatment with multiple other the same sensor， accurate detection， response fast， safe and reliable data communication lines. Is a kind of current advanced digital sensor for leakage current.

Key words： Leakage current sensor； detection accuracy； digital processing.

铁路电气化的普及，电气设备使用过程中的电气安全问题也越来越多，主要体现在电气设备的绝缘特性与漏电检测上。为了设备的安全使用，必须执行严格的绝缘和漏电的技术要求。从而避免因为绝缘不过关或者漏电而引起安全事故。本文采用STM32平台，利用CAN总线通讯，研制了一款新型数字化漏电流传感器。相比于之前的模拟传感器，本次设计采用数字化设计，通讯利用CAN总线，显示实时清晰，具有独立处理和与其他多个同样的传感器进行配合综合处理的能力，经过软硬件设计和实验测试，本传感器检测精度高、检测快速，错误率低。具有较好的应用价值。

嵌入式系统漏电流传感器在机车中为实现对漏电流的检测，最终实现自动控制。其最主要特征是能快速、准确检测和转换，传递出检测的数字信息，供计算机系统分析处理。国外嵌入式系统传感器应用较早，技术较为成熟，但由于传感器应用广，要求各异，市场需求旺盛。基于STM32平台的CAN总线车载式漏电流传感器的研制就是这样背景产生的。

1 系统原理

其系统的原理图图如图1所示。

由图可以看出多个基于STM32平台的CAN总线漏电流检测数字传感器通过CAN总线连接，通信线串接在一起，极大地减少线数；同时A/D转换在STM32处理器内部，减少传感器硬件内部的分块。

基于STM32平台的CAN总线漏电流检测数字传感器主要检测参数：检测漏电流的范围是 0～300mA ，检测精度为1% ，线性度为1%。其系统整体接线设计图如图2所示。

2 硬件系统设计

系统采用单片机进行系统设计，通过对STM32单片机芯片的使用，熟悉了CORTEX-M3内核的处理器， ARM Cortex-M3是一种基于ARM7v架构的最新ARM嵌入式内核，它采用哈佛结构，使用分离的指令和数据总线（冯诺伊曼结构下，数据和指令共用一条总线）。从本质上来说，哈佛结构在物理上更为复杂，但是处理速度明显加快。根据摩尔定理，复杂性并不是一件非常重要的事，而吞吐量的增加却极具价值。除了使用哈佛结构， Cortex-M3 还具有其他显著的优点：具有更小的基础内核，价格更低，速度更快。与内核集成在一起的是一些系统外设，如中断控制器、总线矩阵、调试功能模块，而这些外设通常都是由芯片制造商增加的。 Cortex-M3 还集成了睡眠模式和可选的完整的八区域存储器保护单元。它采用 THUMB-2指令集，最大限度降低了汇编器使用率。

系统采用CAN通讯的方式，CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

漏电流测试仪前期购买带CAN总线接口的STM32开发板，这样节约开发周期，和降低前期的开发风险。在开发板上调通CAN通讯之后，再根据模拟量传感器的实际大小，加装一个小的数据处理单元。完成模拟量采集和CAN通讯。

整个通讯框架由主机实时对各个子模块进行轮询。每个子模块有其单独的通讯地址，保证数据不冲突。采用CAN总线进行信息传递避免了导线过多而带来的故障。

3 系统软件设计

本项目后期测试软件，采用成熟稳定的软件开发平台开发，结合电力机车行业中的实际应用和实际使用过程中得到的反馈意见，不断完善功能，操作方便简单，功能完备。软件架构设想，如图2所示。

4 装置与实验

系统设计为一台装置主机、多个数字传感器及相关电缆组成。

装置主机：由DC110V电源电路 、液晶显示屏、主控制板、数据转存单元及人机界面等组成，如图4所示。

实验流程：

A、主从机和漏电流传感器都相应的接好电源接口和CAN通讯接口。

B、取一组待测漏电流的线，把正电流那根线按漏电流传感器指示的方向穿过，在串入电流表，接入负载（适当接地以模拟漏电实验）后再负线穿过漏电流传感器返回。

C、启动电源和模拟负载及电流表，查看电流表的数据和漏电流检测装置的显示屏数据，进行对比即可看出当前实际的漏电流值。至此实验完成。

如：测量实验记录如表1所示。

5 结论

本项目设计的数字漏电流传感器经过原理分析，硬件设计与软件设计，然后经过实际的漏电流检测，数据表明，检测准备，精度高，检测方便，该数字式漏电流传感器具有良好的应用推广价值。

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