基于STM32的單相用電器分析監(jiān)測系統(tǒng)

張廣林，呂英俊，于佩伶，劉玉亮

（山東科技大學，山東濟南，250031）

0 引言

在電能使用更加普及、用電器更加多樣和對電參數(shù)要求越來越高的這樣一個大背景下，為了安全、節(jié)能地用電，我們急需要設(shè)計一種可以直接并入單向網(wǎng)絡(luò)的用電器分析監(jiān)測裝置。用以實時監(jiān)測用電器的用電參數(shù)，為更安全、節(jié)能地用電和二次開發(fā)打下基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)以STM32單片機作為核心處理芯片，采用CT103電流互感器、DL-PT202H1電壓互感器作為基本電參數(shù)采集模塊、由STM32內(nèi)部寄存器及擴展口功能，加上無線模塊、采集模塊、LCD液晶顯示模塊設(shè)計并制作用于分析檢測單相用電器的裝置，實現(xiàn)對用電器的類型、工作狀態(tài)識別的功能。系統(tǒng)方案設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)方案設(shè)計框圖

2 電量采集與檢測

2.1 檢測電路設(shè)計

電壓電流信號經(jīng)過取樣、濾波、AD轉(zhuǎn)換后獲得了處理器能夠處理的數(shù)字信號,本系統(tǒng)采用均方根算法計算單相電路的電壓U、電流I、功率P、功率因數(shù)cosφ。均方根算法：

其中：N為每周期等間隔采樣次數(shù)：Uk為第k次采樣值。同理，有功功率，視在功率，無功功率及功率因數(shù)分別為

其中：U(t)：t時刻電壓瞬時值；I(t)：t時刻電流瞬時值；φ：電壓與電流夾角(相位差)；ω:角頻率；Um：電壓最大值(峰值電壓)；Im：電流最大值(峰值電流)

系統(tǒng)的檢測電路框圖如下圖2所示，利用電壓采樣電路如圖3所示，電流采樣電路如圖4所示對各個單相用電器的電壓、電流進行采樣，再由濾波網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定信號，然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換將得到所需的數(shù)字量。……