基于STM32的智能节能控制开关的研究

2020-11-30王君怡

软件 2020年5期

关键词：串口环节状态

王君怡，李瑞，冯硕

（哈尔滨商业大学，黑龙江哈尔滨 15100）

0 引言

当前社会对电力的需求量逐渐增加，为了有效减少电能的消耗，将借助STM32智能节能控制开关的优势，在实际的应用过程中已经得到了社会的广泛关注，将节能理念有效的融入其中，依托智能化信息技术的优势进行设计，使之适应当前社会发展的实际需要。

1 STM32智能节能控制开关的重要性

STM32智能节能控制开关的出现一定程度上改善了传统控制装置的局限性，智能节能控制开关其主要控制方式具有多样性，在实际的工作环节中，具有灵敏度较高的优势，系统分工明确，以其自身具有的网络化优势可以进行统一控制，有助于提升资源的利用率。当前电力浪费现象时有发生，人类不规范的生活方式造成了大量资源的浪费，借助STM32智能节能控制开关的优势始终坚持节能环保的原则，逐步朝着智能化的方向发展。借助人机交互的媒介形式对相关的信号信息进行收集与整合，可以同时进行多重任务，实时对设备的运行状态进行监测，针对设备在实际运行环节中存在的问题纠正，准确的对故障位置进行定位，减轻后续维修人员的工作压力，有助于推动智能电网的可持续发展，实现经济效益与社会效益相统一。

2 STM32智能节能控制开关系统功能

STM32智能节能控制开关系统功能具有多样性，由于部分地区受到经济的限制，设备通信在数据传输的过程中经常出现故障，不利于实现数据信息的共享。而此时将STM32智能节能控制开关有效的应用其中，可以实时对设备通信状态进行监控，针对设备在通信过程中存在的问题进行准确的定位，依托远程操控的优势将实现通信信息的共享，且在实际的运行过程中，操作简单，对电网进行监测，主要是利用人机交互来实现的。电网线路问题时有发生，当出现故障问题时可以自行对其进行修复，减少人力资源的消耗，对线路中的电流情况进行监测，智能控制单元会自动识别，借助内部程序的方式对其进行处理，并将故障信号准确的传输，随即进行分闸操作，将故障隔离。由专业的技术人员对传输到的故障信息进行分析与整合，根据参数信息的实际情况合理配置电网资源，并将关键的数据信息进行储存，当STM32智能节能控制开关处于运行的状态时，要保持电源的供应，控制好三相母线的电压情况，并借助变压器对其控制，优化电源模块，有助于稳定电路，保证电网的平稳运行[1]。

3 STM32的智能节能控制开关硬件电路设计

3.1 STM32的智能节能控制开关硬件方案设计

STM32的智能节能控制开关硬件电路设计较为复杂，需要做好前期的准备工作，完善方案的设计，将微处理器模块、电能计量模块、微机电保护，电源模块、温度传感器以及通信传感器模块有效的结合在一起，充分发挥微处理器模块作为系统中心的优势，将相关的电能信息进行准确的储存。微机继电保护装置可以有效的实现计算机化、网络化、保护以及通信一体化、智能化，借助现代化科学信息技术的优势对故障位置以及分布情况进行准确的掌握，保证微机保护装置处于正常运行的状态。

3.2 STM32的智能节能控制开关硬件中微机继电保护装置设计

微机保护硬件的设计主要设计模拟量输入系统、数字输入以及输出系统、数据处理单元等几个方面，借助互感器对电路的运行状态进行掌握，在输入端输出数字量，将数字量进行采样，并与数据单元有效的结合在一起，可以避免外界因素的干扰。最终实现控制功能。滤波电路将电压互感器中的高次谐波滤除调，防治出现信号频率增大的问题，控制好滤波电路信号的接入方式，避免出现进入 AD的情况，此环节需要借助稳压管对输出的电压进行控制，调整好稳压管的电压，一般在5 V左右，并进行多路模拟试验[2]。

3.3 STM32的智能节能控制开关硬件中电能计量模块的设计

电能计量模块中的电能纪检芯片的选择极为重要，对电网的运行状态进行实时的监测，根据三相电压以及电流的实际情况对其进行测量，将工作电压控制在3.3 V左右，有助于降低电网中的高压。三相电压转换电路借助互感器将三相电压、电流进行测量，通过构成滤波电路将高频信号滤除，其可以避免出现电压突变的情况，减少电能的消耗。例如：互感器处于正常运行的状态，调整好信号的电流值，一般为2 mA，与放大器进行连接，控制好输入端的电压，为 4 V，为了与电压采样输入端口的电压保持一致，需要适量的缩小信号，保证电压信号的稳定性。

3.4 STM32的智能节能控制开关硬件中电源模块的设计

电源模块是保证系统正常运行的关键，对电池的供电情况进行实时的测量，在此环节中要将电网供电转换成直流电压，当前的电网为50 HZ，根据数据处理单元的实际情况，与交流电网进行连接，必要时要将二者分离。电网缺相的现象时有发生，保证交流线路供电符合运行的标准。温度传感器是指当母线电压电流过大时，在密闭的空间下室内的温度逐渐提升，此时借助铂热电阻的优势可以在高温的状态下进行警报，并将变压器断开，其测量精度较高、测量范围较广，可以在零下 200℃以及零上 850℃区间进行测量。例如：在四线制的接线方式下，将测量的温度控制在零下 200℃以及零上 850℃区间进行测量，当温度在零下200℃-0℃之间时，对电阻的阻值进行调整，防治对电流造成影响，此时测量的电阻值为 R=R0[1+At+Bt2+C（t-100）t3]，当温度在0℃-850℃之间时，对其电阻值进行测量，此时的电阻值为Rt=R0[1+At+Bt2]，计算人员掌握好A、B、C 之间的数值，分别取 3.9083×13-3、-50775×10-7、-4.183×10-12，并对其在不同温度下的电阻值进行测量[3]。

4 STM32智能节能控制开关软件系统设计

4.1 智能节能控制开关主程序的设计

STM32智能节能控制开关软件系统是设计中的主程序设计涉及的方面较多，主要包括系统初始化、过流检测、数据储存以及上位机现实等几个方面，详细的对主程序的启动状态进行掌握，并与分子程序进行有机的结合。其中系统初始化对参数信息进行整合，并进行准确的设置，对检测端口的运行状态进行掌握，借助循环检测的方式进行操作，掌握好模数转化模块以及能量计量模块传送带之间的关系，对传输过来的数据进行定位，对数据是否来自于ADC端口的实际情况进行检验，当三相电流处于过流的状态时，主程序需要及时发送指令，借助分闸回路的优势对其进行控制，当数据信息来源于能量计量模块时，需要准确的对储存参数信息进行收集，将储存器与子函数以及上位机有效的连接在一起。将数据逐层传递，对其进行初始化处理，构建准确的本机IP，并请求连接，直至到数据接收完毕，方可结束传输。

4.2 过电流保护软件的设计

过电流保护软件的设计需要对三相电源的安全值进行监测，借助电流互感器的优势将其转换成低压，关注电流的变化，一定程度上可以有效的避免外界因素的干扰，通过阻容滤波将高频噪声滤掉，根据放大器运行的实际情况对电压信号进行调整，并与单机片进行连接，针对电流值不符合安全值的情况进行处理，当出现警报信号时要将母线及时断开[4]。

4.3 通信模块软件的设计

通信模块软件的设计主要功能是实现数据之间的转换。需要对端口的设置情况进行详细的掌握，借助无线通信的方式可以对数据起到保护的作用，防止外界因素的干扰，保证连接UDP的稳定性。其中TCP传输方式具有自身的优势，安全性较高，可以同时发送不同的数据信息，有效的实现数据信息共享，针对在数据传输过程中存在的异常情况可以对其进行处理，防止出现文件丢失的问题。在连接建立的环节中，将服务器与客户端有效的连接在一起，并在规定的时间内接受连接请求，准确的传入到服务器地址中，实时对报文段的实际状态进行监测，并将监测到的报文进行标记。在数据传输的环节中，可以将数据进行双向的传输，当出现连接终止的指令时，此时的数据传输通道进行关闭，控制好移动台的类型，并对移动台的连接方式进行优化，找准设置连接点的文职设置附着GPRS业务，随即进行初始化处理，准确的对本地参数进行时设置，将上位机 PC端与端口进行对比，无误后进行数据的传输。

4.4 电能计量模块设计

STM32的智能节能控制开关将对三相电压、电流以及相关的保护电压的电参量进行准确的测量，控制好主芯片的SPI口的位置，进行读写操作。设计人员需要画出时序图，并根据时序图的实际情况构建通信模式，控制好寄存器的运行状态，并输入相关的控制命令，当字节传输完成之时方可进行下一步的传输，一定程度上可以有效的防止出现字节丢失的问题，保证设备的稳定性。

5 STM32的智能节能控制开关系统测试

5.1 STM32的智能节能控制开关系统测试工具

选好 STM32的智能节能控制开关系统测试工具，在实际的测试环节中，将本机测试与远程测试有效的结合在一起。在此环节中，需要借助下载电路的形式与储存器进行连接，对端口的实际情况进行测量，有助于保证系统的正常运行。STM32的智能节能控制开关系统测试将网络通信技术有效的融入其中，并由专业的技术人员对测试的数据进行整合与分析。

5.2 STM32的智能节能控制开关系统测试中的电源测试

电源测试是测试工作的重要组成部分，在实际的测试环节中，将开关电源与电源控制模板有效的连接在一起，对主路电源的实际控制情况进行实时的监测，并针对在各个电路测试过程中存在故障进行准确的定位，一定程度上有助于提升电位测试的准确性。电源测试的关键是要保证电源引脚焊接处于完好的状态下，对接地点VCC与GND电位进行测试，发现短接的问题要及时对其进行纠正，及时处理好硬件故障问题。还应该对电容的极性进行测试，保证电阻值处于正常的状态，为了提升电源测试的准确性，要将电源保持在通电的状态，并对电源的指示灯进行监测，解决好电源板块出现发热的问题。

5.3 国际标准JTAG下载电路

JTAG下载电路具有较强的准确性，在测试的前期需要做好芯片内部的测试，并对模式进行选择，顺利的完成数据的传入与传出。JTAG下载电路主要是借助现代化科学信息技术的优势，将在线编程优势充分展示出来，对内部状态机的运行状态进行掌握，借助TAP的控制器完成数据的传输。其中寄存器对边界的单元进行扫描，在规定的时间内对其进行激活处理。做好在线编程的前期准备工作，在此环节中需要充分考虑到四根测试线的实际情况，并与目标单片机进行有效的连接，准确的对地址进行输入，当接收到指令时借助数据线将信号进行发送，在实际的操作环节中，要严格按照操作步骤执行[5]。

5.4 STM32的智能节能控制开关系统的串口测试

STM32的智能节能控制开关系统的串口测试极为关键，其在实际的测试过程中，专业化程度较高，将串口监视以及串口调试有机的结合在一起。根据系统运行的实际情况对串口进行访问，在此环节中，需要发挥串口调试的优势根据数据传输的实际情况对数据的波特率进行设置，并对串口的调试界面进行切换，将数据进行整合后传输，此时会将全部的数据进行展示，一定程度上有助于保证后续测试的顺利进行。STM32的智能节能控制开关系统的串口测试需要对主电路的串口位置进行准确的掌握，并与PC端进行连接，实时对串口的变化进行监视。

5.5 STM32的智能节能控制开关系统的网络通信测试

STM32的智能节能控制开关系统的网络通信测试涉及的方面具有多样性，其中主要包括创建TCP CLIENT窗口，并针对软件的运行情况对主程序的运行状态进行掌握，随即发送请求，保证连接SOCKET的准确性。在数据发送的过程中，需要实现测试数据的收发，对数据收发的窗口进行监测，针对输入数据的实际情况与测试的数据进行对比，针对在实际对比环节中存在不同之处进行适当的调整，将调整好的数据在规定的时间内进行发送，随即发送至上位机显示界面，并对其进行实时的监测，此时需要相关的技术人员计算出电流的有效值、无功功率，尽量将误差控制在1%以内。