基于32位ARMMCU设计具备串行OLED显示屏的智能电容器的制作方法

本实用新型属于0.4KV低压电网无功补偿装置领域，具体涉及一种基于32位ARM MCU设计具备串行OLED显示屏的智能电容器。

背景技术：
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现有的智能电容器技术方案多为采用8位单片机作为控制核心，由于8位单片机运算能力弱，硬件资源相对有限，故电压、电流、相位的数据获取采用硬件+软件的方式来实现，运算速度低、精度差，使得目前智能电容器产品对负载无功变化响应速度慢，且常常导致误动作；且8位机运算能力很差，无法计算系统电压、电流谐波，从而无法实现电容器的谐波保护功能，导致电力电容器在大谐波环境下迅速失效、损坏；8位机低下的运算能力导致不可能采用复杂的投切策略算法，因此补偿电容器的投切只能按照功率因数的大小制定粗糙的控制策略，无法满足用户对智能电容器越来越高的技术要求。

LCD液晶屏幕是当下许多智能电容器技术方案中采用的显示模块，它是一种透射式显示技术，利用薄膜技术所做成的电晶体电极，采用扫描的方法主动地控制显示点的开和关，从而控制液晶分子的排列状态，进而改变遮光和透光状态以达到显示目的。虽然LCD显示技术目前已经比较成熟，但随着新技术的不断涌现也暴露出诸多技术层面的劣势，如：LCD本身不发光，需要背光源，其亮度及对比度主要取决于背光源的分布及亮度，因此其功耗较大，并造成电能的浪费；其输出光线的方向性导致其可视角度较小，从侧面观察会出现图像失真；体积大，显示内容少，无法实现装置的小型化；响应时间较长，大约几十毫秒，如超过40ms，就会造成拖影现象。以上这些弱点都使LCD显示屏在新形势下逐渐无法满足用户对显示技术日益增长的技术需求，同时，在工业应用领域，基于并行接口的显示装置虽然传输速度较快，但是在复杂的工业环境中很容易受到电磁干扰的影响，导致数据传输的错误，从而影响显示效果。

在串行接口中，RS232和SPI接口应用最为广泛，但由于RS232传输速度较慢，只有115200bps，很难在需要频繁刷新显示内容的场合进行应用，而且RS232连接没有同步时钟，很容易发生传输错误，其可靠性也因此受到质疑。

技术实现要素：
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本实用新型的设计目的是提供一种基于32位ARM MCU设计具备串行OLED显示屏的智能电容器应用方案，解决现有智能电容器因采用运算能力弱的低端8位单片机作为控制核心而 无法满足目前供电系统复杂无功需求的问题。同时，克服落后的LCD显示技术在人机交互层面上的不足，并采用SPI串行接口与MCU连接，提高数据传输速度，保证数据的准确性。

本实用新型所提供的一种基于32位ARM MCU设计具备串行OLED显示屏的智能电容器，其特征是：包括32位ARM MCU，32位ARM MCU连接信号调理电路、数模转换电路、复合开关、网络通信单元和人机交互单元。

所述人机交互单元包括OLED显示屏、按键及拨动开关，其中OLED显示屏包括MCU接口、图形显示数据RAM、显示控制单元、命令解码器、时序产生单元，所述MCU接口为SPI串行接口并连接MCU与OLED显示屏的数据、时钟和读写使能针脚。

所述OLED显示屏采用电源芯片单独供电，供电电路中增加共模、差模电感，并设有断电复位模块。

母线电压、电流信号经装置信号调理电路处理后，由32位ARM MCU直接进行A/D同步采样转换，每工频周波采样64点，采样数据经FIR软件滤波后以FFT算法计算出母线系统各相电压、电流、电压和电流间的相位差、电压电流的各次谐波分量，据此计算出母线系统的无功、有功、视在功率和功率因数，并以此作为补偿电容器的投切依据，投切动作的执行是通过32位ARM MCU控制双向晶闸管及磁保持继电器来完成。在人机交互层面，采用OLED显示屏作为装置显示模块，所述OLED显示模块包括MCU接口、图形显示数据RAM、显示控制单元、命令解码器、时序产生单元，其MCU接口为SPI串行接口并连接MCU与OLED显示模块的SDIN(数据)、SCLK(时钟)和D/C(读写使能)针脚，所述显示控制单元在时序的控制下通过SPI串行接口接收数据或指令，实现对应时序控制下对OLED显示屏的显示内容控制。同时，显示模块采用电源芯片单独供电，并在电路中增加共模、差模电感，消除电路共模、差模干扰，设有断电复位模块。软件方面OLED具有相应的可靠性控制策略，结合所述断电复位模块实现对OLED显示模块的保护功能，避免电路中的较大谐波或智能电容器投切对显示模块造成影响，在60s无操作的情况下OLED显示屏幕自动进入休眠状态。

本实用新型的有益效果是：

1、基于32位ARM MCU设计，较8位单片机其运算能力显著增强，因此可以对系统电压、电流进行精度更高的计算，所以能保证对负载的无功变化及时作出响应，避免因为运算能力弱带来的延迟所导致的电容器误动作；

2、基于32位ARM MCU设计，依托其强大的数据处理能力，快速实现对系统电压、电流的2-30次谐波分析运算，因此可以在智能电容器中实现谐波保护功能，消除高次谐波对电容器的影响，避免低压补偿电容器的损坏，延长其使用寿命，并可根据需要制作消除谐波型智能电容器，能有效的抑制高次谐波和涌流，保护电路及低压补偿电容器，避免过载。

3、基于32位ARM MCU设计，可以设计更加复杂高效的投切策略，实践证明低端8位单片机仅依据功率因数的大小所制定的控制策略无法满足当前供电系统日益复杂的无功需求，本实用新型采用高度优化投切策略，运行可靠性高，并提供全波或基波算法来调整系统无功功率的评估策略，支持“电压优先”和“无功功率优先”两种无功补偿控制策略进行电容器的投切，以满足供电现场不同的需求。

4、OLED显示模块通过SPI串行接口与MCU连接，占用端口少，电路结构简单，易于实现，并且具备SCLK同步时钟，可保证数据传输的准确性；

5、OLED显示模块采用电源芯片单独供电，并设有断电复位电路，结合系统可靠性控制策略实现对显示模块的保护和抗干扰功能；

6、OLED显示屏其核心层厚度很薄，可以小于1mm，为LCD屏幕的1/3，因此可以实现装置的小型化。

7、OLED屏幕只有需要点亮的单元才加电，较传统LCD加背光灯的方式功耗小、省电；

8、基于OLED屏幕设计，由于OLED会自行发光，发光转化效率高，所以较LCD屏要亮的多，对比度更大，且OLED没有视角范围的限制，视角可达到170°，从侧面观察也不会失真。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1为本实用新型方框原理图；

图2为本实用新型数据处理、控制流程；

图3为本实用新型OLED显示模块系统结构框图；

图4为OLED显示模块电源前置处理及电源管理芯片电路结构图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的一种以32位ARM MCU为核心的智能电容器，以32位ARM MCU为核心，同时辅以信号调理电路、数模转换电路、复合投切开关、网络通信单元、人机交互单元和低压补偿电容器构成无功补偿装置。

见图2，母线系统电压、电流经互感器转换为原始信号，经信号调理电路后，由32位ARM MCU直接进行A/D同步采样转换，每工频周波采样64点，采样数据经FIR软件滤波，然后以FFT算法计算出母线各相系统电压、电流、及电压和电流间的相位差、电压电流的各次谐波分量，据此计算出系统无功、有功、视在功率、功率因数，所计算出的无功功率即为系统无功缺额，并以此作为补偿电容器的投切依据，32位ARM MCU通过控制双向晶闸管及磁保持继电器来完成投切电容的动作执行，然后系统重新采集分析当前母线实时无功功率状态，以实现补偿 电容器的快速、实时、精确投切。

见图3，本实施例的一种串行接口OLED显示屏在智能电容器中的应用，包括MCU接口、图形显示数据RAM、显示控制单元、命令解码器、时序产生单元，通过SPI串行接口连接MCU与OLED显示模块的SDIN(数据)、SCLK(时钟)和D/C(读写使能)针脚，显示控制单元在时序的控制下通过SPI串行接口接收数据或指令，实现对应时序控制下针对OLED显示屏的显示内容控制。

见图4,显示了本实施例中的OLED显示模块的供电部分电路结构图，采用电源芯片单独供电，电路中增加共模、差模电感，消除电路共模、差模干扰，同时设有断电复位模块。

为实施中的OLED显示模块的软件可靠性控制策略流程图，结合电路中的断电复位模块在电容器的投切动作执行的同时切断OLED显示模块供电，动作执行完毕后恢复其供电，避免电容器投切对显示模块造成影响，在60s无操作的情况下OLED显示屏幕自动进入休眠状态，实现对OLED显示模块的保护功能。

上述实施案例仅是为清楚本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型实施方式的限定。对属于本实用新型的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围内。