专利名称:基于stm32f103微控制器的电力监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于STM32F103微控制器的电力监测系统，包括微控制器STM32F103和电能专用计量芯片ATT7022B，微控制器STM32F103与电能专用计量芯片ATT7022B通过SPI总线通信；微控制器STM32F103上分别连接有DGUS液晶触摸屏、DHT11温湿度传感器、火眼OV7725、SD卡、2.4g无线通信模块、AT24C16掉电保护模块、GSM通信模块和看门狗与复位电路，其中，微控制器STM32F103与DGUS液晶触摸屏通过RS232通信，DGUS液晶触摸屏连接有上位机并通过RS485通信，微控制器STM32F103通过I2C总线与AT24C16掉电保护模块连接；电能专用计量芯片ATT7022B分别连接有电压互感器及其采样电路、以及电流互感器及其采用电路。本系统不仅能准确的测量各种电能参数，而且还能实现片上温度显示，电压电流温度预警，时间显示，温湿度补偿和实时监测等功能。
【专利说明】基于STM32F103微控制器的电力监测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于STM32F103微控制器的电力监测系统。
【背景技术】
[0002]近年来，随着科技的进步、社会的不断发展，电能已成为最重要的能源，在市场经济下，人们对电能的计量要求准确度要高，使用寿命要求长，而对用电的管理要求实现智能化、自动化。感应式电能表由于(I)合格率低、超差严重；(2)偷窃电现象严重；(3)抄表方式单一落后的特点已经不能满足要求。近一二十年来，由于微电子技术，计算机技术和通信技术的高速发展，出现的高准确度、长寿命且能实现远程自动抄表等多种功能的全电子式电能表，取代传统的感应式电能表已势在必行。
[0003]智能电表是智能电网的智能终端，它已经不是传统意义上的电能表，智能电表除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用，其还具有双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等智能化的功能，智能电表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。随着智能电网的日益发展，世界各国对于智能化用户终端的需求也日益增大，据统计，在未来5年，随着智能电网在世界各国的建设，智能电表在全球安装的数量将高达2亿只。同样，在中国，随着国家坚强智能电网建设的进展，用户端的智能电表的需求也会大幅度地增长，保守的预计，市场将会有1.7亿只左右的需求。美国政府为升级本国电网的拨款中，就有一部分专门用于在未来3年致使13%的美国家庭(1800万户家庭)能装上智能电表。在欧洲，意大利及瑞典已经完成先进计量基础设施的部署，将所有普通电表更换为智能电表。法国、西班牙、德国和英国预计在未来10年内完成也将完成智能电表的全面推广和应用。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提出一种基于STM32F103微控制器的电力监测系统，该系统不仅能准确的测量各种电能参数，而且还能实现片上温度显示，电压电流温度预警，时间显示，温湿度补偿和实时监测等功能。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]基于STM32F103微控制器的电力监测系统，包括微控制器STM32F103和电能专用计量芯片ATT7022B，微控制器STM32F103与电能专用计量芯片ATT7022B通过SPI总线通信；微控制器STM32F103上分别连接有D⑶S液晶触摸屏、DHTll温湿度传感器、火眼OV7725、SD卡、2.4g无线通信模块、AT24C16掉电保护模块、GSM通信模块和看门狗与复位电路，其中，微控制器STM32F103与D⑶S液晶触摸屏通过RS232通信，D⑶S液晶触摸屏连接有上位机并通过RS485通信，微控制器STM32F103通过I2C总线与AT24C16掉电保护模块连接；电能专用计量芯片ATT7022B分别连接有电压互感器及其采样电路、以及电流互感器及其采用电路。
[0007]本实用新型具有如下优点:
[0008]本实用新型是一种基于电能专用计量芯片ATT7022B的三相多功能电能监测系统，该电能表用现在工控上比较流行的STM32F103ZET6高性能微处理器为控制核心，通过SPI总线用ATT7022B采集电能参数，通过RS232通信与高级彩色触摸屏D⑶S显示；此外，本实用新型还采用DHTll温湿度传感器测量工作环境的温度和湿度进行温度湿度补偿；采用火眼OV7725进行照相和摄像工作；采用基于SD卡文件存储的多任务系统管理；采用2.4g无线通信模块传输大量数据；通过I2C总线，使用AT24C16掉电保护模块实现掉电保护工作已经ISL1208做备用时钟；采用TC35GSM通信模块以短信方式发送电能等数据而且接收指令进行相应的操作；还有各个接口的扩展模块并且很多接口设计有开关，必要时可以切断连接其他需要相应GP1接口的模块或电路。该系统不仅能准确的测量各种电能参数，而且还能实现软件自动校表，电能手动清零，模式选择，片上温度显示，电压电流温度预警，屏幕亮度调整，时间显示，温湿度补偿，防窃电和实时监测等功能。具有高精度，多功能，智能化，人性化等显著特点，特别是采用与触摸屏互动的软件自动校表方式极大的简化了校表程序的编写，缩短校表的时间，去掉人工校表带来的误差，大大提高校表精度，并且温湿度补偿和防窃电和实时监测功能的加入，起到修正精度，提高安全性能的优点。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型中基于STM32F103微控制器的电力监测系统的结构框图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图以及【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细说明:
[0011]结合图1所示，基于STM32F103微控制器的电力监测系统，包括微控制器STM32F103和电能专用计量芯片ATT7022B。
[0012]微控制器STM32F103与电能专用计量芯片ATT7022B通过SPI总线通信。
[0013]微控制器STM32F103上分别连接有D⑶S液晶触摸屏、DHTll温湿度传感器、火眼OV7725、SD卡、2.4g无线通信模块、AT24C16掉电保护模块、GSM通信模块和看门狗与复位电路。
[0014]微控制器STM32F103与D⑶S液晶触摸屏通过RS232通信，D⑶S液晶触摸屏连接有上位机并通过RS485通信，微控制器STM32F103通过I2C总线与AT24C16掉电保护模块连接。
[0015]电能专用计量芯片ATT7022B功能强大，能够实现对三相电流、电压、功率以及其基波，谐波参数的测量与统计，并且可以脉冲或者直接传输测量的24位测量值给单片机来进行计算，更难能可贵的是，它自带校表功能，使测量更精确更可靠。
[0016]微控制器STM32F103与上位机之间的通讯采用RS485通信，具有线路简单，通信距离远，速率高，抗干扰好，一对多等特点。而STM32F103与D⑶S屏之间的通讯采用RS232通信。
[0017]而火眼OV7755照相和摄像的数据比较大，而且传考虑传输距离不定等问题，设计考虑采用2.4g无线通信模块传输数据。
[0018]本系统采用ARM内核的STM32F103ZET6高性能微处理器，是32位单片机，采用最新的Cortex-M3内核，指令周期短，速度快，具有优先级抢占中断控制器，IM采样速率的AD模式，GP1刷新速率可设定等功能，适用于工业控制与一些对速度性能比较高的场合，STM32F103ZET6完全能一并承担起众多功能器件的驱动与操控工作。比如本次设计的电力监测系统。而且STM32F103ZET6也具备低功耗的特点，如果一些功能不使用可以关闭其时钟信号，而且芯片价格远低于430芯片，综合考虑采用STM32F103ZET6控制器。
[0019]本系统采用北京迪文公司生产的D⑶S液晶触摸屏。D⑶S液晶触摸屏是迪文图形应用服务软件的简称。是基于K600+内核迪文屏所设计的具有完全自主知识产权的智慧型人机界面系统软件。用DGUS来开发人机界面，主要借助PC软件来进行组态设计，把人机交互和控制过程完全分开，只需要写点通过串口读写变量存储器的代码。其特点:
[0020](I)无操作系统，可靠、稳定；
[0021](2)借助PC软件进行组态设计，实现丰富功能；
[0022](3)简化CPU代码量，5条指令实现人机交互；
[0023](4)自定义图形数据库，可根据需要灵活设计界面。
[0024]本系统采用的DHTll温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHTl I传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。
[0025]为了提供合理的修正系数，需要在标准表的协助下，在各种温湿度情况下测量电能参数，并且用MATLAB拟合出温湿度补偿曲线，通过编程的查询不断修正的方式进行。
[0026]本系统采用火眼0V7725完成摄像和照相工作，其帧频率高达150HZ，成像清晰，硬件二值化，采用电气特性好，高度、高频信号完整性好，抗热应力，抗冲应力好的BGA封装，并且其体积小，操作简便，价格低廉的特点非常适合市场的需要，一般单片机很难负担的起0V7725的驱动与处理速度工作。
[0027]本系统采用TC35GSM通信模块，采用GSM的短信功能，可以使通信零距离，由于短信息费用低，可以取代传统的无线遥控。
[0028]TC35是Siemeils公司推出的新一代无线通信GSM模块，自带LVTTL和RS232通讯接口，可以方便的与PC机和单片机通讯，，可以快速、安全、可靠的实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务和传真。工作电压为3.3-5.5V，可以工作在900Hz和1800Hz两个频段，功耗分别为2w和Iw。
[0029]模块由AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息等模式，这里用的是文本模式模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类透明模式。
[0030]此外，该模块还具有电话簿功能、多方通话，漫游检测功能，常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。
[0031]通过独特的40引脚的ZIF连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50 Ω天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。
[0032]TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、口六部分组成。作为TC35的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR、HR和EFR语音信道编码。
[0033]电能专用计量芯片ATT7022B，分别连接有电压互感器及其采样电路、以及电流互感器及其采用电路。其中，电压互感器及其采样电路，用于采集电压信号；电流互感器及其采用电路，用于采集电流信号。
[0034]当然，以上说明仅仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本实用新型的保护。
【权利要求】
1.基于STM32F103微控制器的电力监测系统，其特征在于，包括微控制器STM32F103和电能专用计量芯片ATT7022B，微控制器STM32F103与电能专用计量芯片ATT7022B通过SPI总线通信；微控制器STM32F103上分别连接有D⑶S液晶触摸屏、DHTll温湿度传感器、火眼0V7725、SD卡、2.4g无线通信模块、AT24C16掉电保护模块、GSM通信模块和看门狗与复位电路，其中，微控制器STM32F103与D⑶S液晶触摸屏通过RS232通信，D⑶S液晶触摸屏连接有上位机并通过RS485通信，微控制器STM32F103通过I2C总线与AT24C16掉电保护模块连接；电能专用计量芯片ATT7022B分别连接有电压互感器及其采样电路、以及电流互感器及其采用电路。
【文档编号】G01D21-02GK204287315SQ201420710645
【发明者】周立人, 王书源, 侯林源 [申请人]山东科技大学