一种基于STM32F407的数据采集控制装置的制作方法

本实用新型涉及一种电力系统综合保护设备，具体涉及一种基于STM32F407的数据采集控制装置。

背景技术：

为了便于生产和后续产品的开发，电力系统综合保护设备的实现一般都是由模块化的功能电路板组装而成。大致分为：电源板，CPU板，开关量输入输出板，PT/CT板，其中CPU板是综合保护设备的核心。

目前大多数综合保护的CPU板采用的控制器为DSP，并且控制器的最小系统与外扩系统在一块电路板上。这样每次如果需要外扩功能时就需要重新更换整块电路板，造成资源浪费，再加之DSP开发成本本身较贵，很难提升产品的利润空间。

技术实现要素：

为了提高设备的性价比，本实用新型的目的在于提供一种基于STM32F407的数据采集控制装置，STM32F407具有丰富的外设，内部提供了一个DSP内核，开发成本与DSP控制器相比很低廉。该采集模块将CPU的最小系统与外扩系统分开在两块电路板上，分别为母板与核心板，中间通过连接器连接，如若整个CPU板的功能要发生改变，只需要更换母板即可，从而降低了成本，该系统的特点是：开发环境方便，成本低廉，使用更加灵活。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种基于STM32F407的数据采集控制装置，包括：

核心板，所述核心板内嵌控制器STM32F407；所述核心板上设置有若干插脚；

母板，所述母板为功能扩展板；所述母板上设置有与所述插脚相配合的插口；

所述插脚插入所述插口后，所述核心板和所述母板进行数据连通。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述功能扩展板至少包括PT/CT输入信号处理模块、ADC模块以及波形转换模块；

16路PT、CT输出的信号，一路经过PT/CT输入信号处理模块后，再由ADC模块进行采样，采样数据经过核心控制器1 STM32F407处理后，可以得采样信号的电流电压值；另一路通过经过PT/CT输入信号处理模块后经过波形转换模块连接STM32F407。

在本实用新型的一个优选实施例中，还包括温度采集模块，PT100温度传感器通过温度采集模块8连接有STM32F407。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述温度采集模块采用的LMP90100温度传感器前端数据处理芯片，并且PT100采用三线制的方式接入该芯片，该芯片与控制器STM32F407之间采用SPI通讯方式。

在本实用新型的一个优选实施例中，还连接有以太网通讯模块，通过以太网通讯模块与外界连通；所述以太网通讯模块采用W5300网络芯片。

本实用新型的有益效果是：

STM32F407片内资源比较丰富，开发环境比较灵活，从而降低产品的开发成本，同时也便于后续产品的开发与升级。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的装配示意图。

图2为本实用新型的内部示意图。

图3为本实用新型的PT、CT输出信号处理模块电路图。

图4为本实用新型的16路ADC模块的内部结构示意图。

图5为本实用新型的波形转换模块电路图

图6为本实用新型的温度采集模块电路图

图7为本实用新型的开关量输入模块电路图

图8为本实用新型的开关量输出模块电路图

图9为本实用新型的以太网模块内部结构示意图。

图10为本实用新型的工作流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参照图1，一种基于STM32F407的数据采集控制装置，包括：核心板100，所述核心板内嵌控制器STM32F407；所述核心板上设置有若干插脚110；母板200，所述母板为功能扩展板；所述母板上设置有与所述插脚相配合的插口210；所述插脚插入所述插口后，所述核心板和所述母板进行数据连通。具体地，所述插脚为连接器的插脚。

参照图2，为具体地控制器STM32F407与功能扩展板上设置的多个电路模块进行相互连通的结构示意图。

16路PT、CT输出的信号，一路经过PT/CT输入信号处理模块5后，再由ADC模块6进行采样，采样数据经过核心控制器1 STM32F407自带的DSP库中的FFT运算后，可以得采样信号的电流电压值；另一路通过经过PT/CT输入信号处理模块5后经过波形转换模块7连接STM32F407；

其中PT100温度传感器通过温度采集模块8连接有STM32F407；串口通讯模块11通过第一隔离模块10连接有STM32F407；PWM模块13通过第二隔离模块12连接有STM32F407；24路开关量输入信号通过第一信号处理模块14连接有STM32F407；8路开关量输出信号通过第二信号处理模块15连接有STM32F407。上述的STM32F407还分别连接有外接片外存储器2,3以及RTC电路4。

进一步地，STM32F407通过以太网通讯模块9与外界连通；还包括电源模块16，为整个装置供电。

参照图3，一种基于STM32的数据采集控制装置，包括：PT、CT输出信号处理模块原理图。

该模块主要由两部分电路组成，第一部分为R14与C25组成的滤波电路；第二部分为运算放大器电路，其作用是阻抗变换。

参照图4，16路ADC模块的内部结构示意图。两片AD7606与STM32F407的FSMC如下图结构连接，实现16路同步采样。

16路PT、CT输出的信号，经过信号处理模块5后，再由ADC模块6进行采样，采样数据经过核心控制器1 STM32F407自带的DSP库中的FFT运算后，可以得采样信号的电流电压值。核心控制器进而对采集数据进行存储或者判断，是否需要启动开关量输出继电器。

参照图5，一种基于STM32的数据采集控制装置，包括：波形转换模块原理图。在电力系统中信号的频率获取是最基本的计算之一。因为被测信号为周期信号，因此采用的方案是，将正弦信号转换为方波，再利用核心控制器1的ICAP功能获取频率。首先输入信号AIN_1经过去耦C136后，进入施密特反向触发器器74LVC14AD的输入端3A，74LVC14AD的输出端3Y变位输出同样频率的方波，74LVC14AD的输出端3Y与核心控制器1的ICAP引脚相连接，此时核心控制器1便可以计算出方波的频率。在该电路图中R184，R186为波形变换的阈值电压，即大于该阈值的为正，小于该阈值的为负。该实用新型中测量了两路信号的频率，两路测量方法相同。核心控制器进而对采集数据进行存储或者判断，是否需要启动开关量输出继电器。

参照图6，一种基于STM32的数据采集控制装置，包括：温度采集模块8。PT100通过三线制的接线方式接入到端子P1，而P1的三个引脚1、2连接至LMP90100的VI0，VI1，VI6和VI7。LMP90100内部提供电流源，可以将电阻的变换转换为电压变化，然后供其采集计算。当被测温度变化时，PT100的阻值也随之变化，LMP90100内部检测到的电压也在随着温度的变化而变化，并且其内部带有24为的高精度AD采样模块，将采集到的数字信号以SPI的通讯方式送给核心控制器1存储或者显示，同时核心控制器1进而对采集数据进行存储或者判断，是否需要启动开关量输出继电器。

参照图7，一种基于STM32的数据采集控制装置，包括：开关量输入信号处理电路。图中R28，R32、R36为限流电阻，C55为去耦电容。开入量以节点的形式接入回路中，当节点断开时候，光耦T1的4引脚为高电平，当节点闭合时，光耦导通，4引脚由高电平变位低电平，此时核心控制器通过检测GPIO引脚的电平便可以知道是否有开关量输入。对于24路开关量输入信号采集来说，每一路的开入节点的一端接DINx，另外一端接+24V，当有开入量输入的时候，节点闭合，光耦的4引脚变位高电平。核心控制器1通过软件定时查询与开关量输入回路连接的IO口的值并判断是否需要启动开关量输出继电器。

参照图8，一种基于STM32的数据采集控制装置，包括：开关量输出信号处理电路。当GPIOx为高电平时候，光耦导通，整个开出回路导通，继电器闭合，进而可以控制其它设备。在此电路中，三极管Q1工作在放大区，提供电流驱动继电器。该使用新型中设计了8路开关量输出回路。开关量输出也是以节点的形式接入回路中，继电器的一端接+24V，另一端接DOUTx。当系统需要控制其它外部设备或者电路时，可以改变连接至8路开关量输出电路的IO的值，设置为1时，外部电路或者设备驱动，为0时，外部电路或设备关闭。

参照图9，一种基于STM32的数据采集控制装置，包括：以太网模块W5300。W5300通过单片机外部总线FSMC与W5300相连，FSMC的其他控制信号与W5300的读写控制信号相连，实现以太网协议转换芯片的控制部分。W5300内部集成了TCP/IP的基本通讯协议，在工作时，除了一些必要的控制器外，对于以太网的处理部分并不需要主机的干预。大大减少了CPU因处理TCP/IP协议带来的负担，进而极大提升了主机的操作性能。

参照图10，一种基于STM32的数据采集控制装置，工作流程如下：

a)系统初始化

b)启动看门狗程序

c)开启中断，开启采样定时器

d)判断定时器是否溢出，如果定时时间到，定时器溢出，进入步骤e，否则进入步骤g

e)ADC对电流电压信号进行采集

f)判断采集是否完成，如果完成则调用DSP库中FFT运算，计算出电流电压值并显示，否则继续执行步骤e

g)根据采集到的电流电压值判断是否需要输出开关量，如果需要输出，则启动输出继电器，否则执行步骤h

h)对频率信号进行采集并显示

i)根据采集到的频率值判断是否需要输出开关量，如果需要输出，则启动输出继电器，否则执行步骤j

j)对开关输入量进行采集并显示

k)根据采集到的开关输入量判断是否需要输出开关量，如果需要输出，则启动输出继电器，否则执行步骤l

l)对温度进行采集并显示

m)根据采集到温度值判断是否需要输出开关量，如果需要输出，则启动输出继电器，否则这行步骤n。

n)判断是否有中断产生，如果中断标志位为1，则进入中断子程序，中断子程序为以太网通讯子程序，中断子程序执行后，清除中断标志位，程序返回至步骤d；若中断标志位为0，程序直接返回至步骤d。

本实用新型实现了基于STM32F407控制器的电力设备所需的基本变量测量、控制、通讯电路，并且成功取代了DSP，降低了开发成本，并且STM32F407丰富的接口资源为后续系统升级提供了便利。除此之外，该实用新型采用的母板和核心板的结构是一个非常灵活的设计，如需更改外设只需更改母板即可。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。