基于STM32的智能節能控制開關的研究

王君怡，李 瑞，馮 碩

（哈爾濱商業大學，黑龍江 哈爾濱 15100）

0 引言

當前社會對電力的需求量逐漸增加，為了有效減少電能的消耗，將借助STM32智能節能控制開關的優勢，在實際的應用過程中已經得到了社會的廣泛關注，將節能理念有效的融入其中，依托智能化信息技術的優勢進行設計，使之適應當前社會發展的實際需要。

1 STM32智能節能控制開關的重要性

STM32智能節能控制開關的出現一定程度上改善了傳統控制裝置的局限性，智能節能控制開關其主要控制方式具有多樣性，在實際的工作環節中，具有靈敏度較高的優勢，系統分工明確，以其自身具有的網絡化優勢可以進行統一控制，有助于提升資源的利用率。當前電力浪費現象時有發生，人類不規范的生活方式造成了大量資源的浪費，借助STM32智能節能控制開關的優勢始終堅持節能環保的原則，逐步朝著智能化的方向發展。借助人機交互的媒介形式對相關的信號信息進行收集與整合，可以同時進行多重任務，實時對設備的運行狀態進行監測，針對設備在實際運行環節中存在的問題糾正，準確的對故障位置進行定位，減輕后續維修人員的工作壓力，有助于推動智能電網的可持續發展，實現經濟效益與社會效益相統一。

2 STM32智能節能控制開關系統功能

STM32智能節能控制開關系統功能具有多樣性，由于部分地區受到經濟的限制，設備通信在數據傳輸的過程中經常出現故障，不利于實現數據信息的共享。而此時將STM32智能節能控制開關有效的應用其中，可以實時對設備通信狀態進行監控，針對設備在通信過程中存在的問題進行準確的定位，依托遠程操控的優勢將實現通信信息的共享，且在實際的運行過程中，操作簡單，對電網進行監測，主要是利用人機交互來實現的。電網線路問題時有發生，當出現故障問題時可以自行對其進行修復，減少人力資源的消耗，對線路中的電流情況進行監測，智能控制單元會自動識別，借助內部程序的方式對其進行處理，并將故障信號準確的傳輸，隨即進行分閘操作，將故障隔離。由專業的技術人員對傳輸到的故障信息進行分析與整合，根據參數信息的實際情況合理配置電網資源，并將關鍵的數據信息進行儲存，當STM32智能節能控制開關處于運行的狀態時，要保持電源的供應，控制好三相母線的電壓情況，并借助變壓器對其控制，優化電源模塊，有助于穩定電路，保證電網的平穩運行[1]。

3 STM32的智能節能控制開關硬件電路設計

3.1 STM32的智能節能控制開關硬件方案設計

STM32的智能節能控制開關硬件電路設計較為復雜，需要做好前期的準備工作，完善方案的設計，將微處理器模塊、電能計量模塊、微機電保護，電源模塊、溫度傳感器以及通信傳感器模塊有效的結合在一起，充分發揮微處理器模塊作為系統中心的優勢，將相關的電能信息進行準確的儲存。微機繼電保護裝置可以有效的實現計算機化、網絡化、保護以及通信一體化、智能化，借助現代化科學信息技術的優勢對故障位置以及分布情況進行準確的掌握，保證微機保護裝置處于正常運行的狀態。

3.2 STM32的智能節能控制開關硬件中微機繼電保護裝置設計

微機保護硬件的設計主要設計模擬量輸入系統、數字輸入以及輸出系統、數據處理單元等幾個方面，借助互感器對電路的運行狀態進行掌握，在輸入端輸出數字量，將數字量進行采樣，并與數據單元有效的結合在一起，可以避免外界因素的干擾。最終實現控制功能。濾波電路將電壓互感器中的高次諧波濾除調，防治出現信號頻率增大的問題，控制好濾波電路信號的接入方式，避免出現進入 AD的情況，此環節需要借助穩壓管對輸出的電壓進行控制，調整好穩壓管的電壓，一般在5 V左右，并進行多路模擬試驗[2]。

3.3 STM32的智能節能控制開關硬件中電能計量模塊的設計

電能計量模塊中的電能紀檢芯片的選擇極為重要，對電網的運行狀態進行實時的監測，根據三相電壓以及電流的實際情況對其進行測量，將工作電壓控制在3.3 V左右，有助于降低電網中的高壓。三相電壓轉換電路借助互感器將三相電壓、電流進行測量，通過構成濾波電路將高頻信號濾除，其可以避免出現電壓突變的情況，減少電能的消耗。例如：互感器處于正常運行的狀態，調整好信號的電流值，一般為2 mA，與放大器進行連接，控制好輸入端的電壓，為 4 V，為了與電壓采樣輸入端口的電壓保持一致，需要適量的縮小信號，保證電壓信號的穩定性。

3.4 STM32的智能節能控制開關硬件中電源模塊的設計

電源模塊是保證系統正常運行的關鍵，對電池的供電情況進行實時的測量，在此環節中要將電網供電轉換成直流電壓，當前的電網為50 HZ，根據數據處理單元的實際情況，與交流電網進行連接，必要時要將二者分離。電網缺相的現象時有發生，保證交流線路供電符合運行的標準。溫度傳感器是指當母線電壓電流過大時，在密閉的空間下室內的溫度逐漸提升，此時借助鉑熱電阻的優勢可以在高溫的狀態下進行警報，并將變壓器斷開，其測量精度較高、測量范圍較廣，可以在零下 200℃以及零上 850℃區間進行測量。例如：在四線制的接線方式下，將測量的溫度控制在零下 200℃以及零上 850℃區間進行測量，當溫度在零下200℃-0℃之間時，對電阻的阻值進行調整，防治對電流造成影響，此時測量的電阻值為 R=R0[1+At+Bt2+C（t-100）t3]，當溫度在0℃-850℃之間時，對其電阻值進行測量，此時的電阻值為Rt=R0[1+At+Bt2]，計算人員掌握好A、B、C 之間的數值，分別取 3.9083×13-3、-50775×10-7、-4.183×10-12，并對其在不同溫度下的電阻值進行測量[3]。

4 STM32智能節能控制開關軟件系統設計

4.1 智能節能控制開關主程序的設計

STM32智能節能控制開關軟件系統是設計中的主程序設計涉及的方面較多，主要包括系統初始化、過流檢測、數據儲存以及上位機現實等幾個方面，詳細的對主程序的啟動狀態進行掌握，并與分子程序進行有機的結合。其中系統初始化對參數信息進行整合，并進行準確的設置，對檢測端口的運行狀態進行掌握，借助循環檢測的方式進行操作，掌握好模數轉化模塊以及能量計量模塊傳送帶之間的關系，對傳輸過來的數據進行定位，對數據是否來自于ADC端口的實際情況進行檢驗，當三相電流處于過流的狀態時，主程序需要及時發送指令，借助分閘回路的優勢對其進行控制，當數據信息來源于能量計量模塊時，需要準確的對儲存參數信息進行收集，將儲存器與子函數以及上位機有效的連接在一起。將數據逐層傳遞，對其進行初始化處理，構建準確的本機IP，并請求連接，直至到數據接收完畢，方可結束傳輸。

4.2 過電流保護軟件的設計

過電流保護軟件的設計需要對三相電源的安全值進行監測，借助電流互感器的優勢將其轉換成低壓，關注電流的變化，一定程度上可以有效的避免外界因素的干擾，通過阻容濾波將高頻噪聲濾掉，根據放大器運行的實際情況對電壓信號進行調整，并與單機片進行連接，針對電流值不符合安全值的情況進行處理，當出現警報信號時要將母線及時斷開[4]。

4.3 通信模塊軟件的設計

通信模塊軟件的設計主要功能是實現數據之間的轉換。需要對端口的設置情況進行詳細的掌握，借助無線通信的方式可以對數據起到保護的作用，防止外界因素的干擾，保證連接UDP的穩定性。其中TCP傳輸方式具有自身的優勢，安全性較高，可以同時發送不同的數據信息，有效的實現數據信息共享，針對在數據傳輸過程中存在的異常情況可以對其進行處理，防止出現文件丟失的問題。在連接建立的環節中，將服務器與客戶端有效的連接在一起，并在規定的時間內接受連接請求，準確的傳入到服務器地址中，實時對報文段的實際狀態進行監測，并將監測到的報文進行標記。在數據傳輸的環節中，可以將數據進行雙向的傳輸，當出現連接終止的指令時，此時的數據傳輸通道進行關閉，控制好移動臺的類型，并對移動臺的連接方式進行優化，找準設置連接點的文職設置附著GPRS業務，隨即進行初始化處理，準確的對本地參數進行時設置，將上位機 PC端與端口進行對比，無誤后進行數據的傳輸。

4.4 電能計量模塊設計

STM32的智能節能控制開關將對三相電壓、電流以及相關的保護電壓的電參量進行準確的測量，控制好主芯片的SPI口的位置，進行讀寫操作。設計人員需要畫出時序圖，并根據時序圖的實際情況構建通信模式，控制好寄存器的運行狀態，并輸入相關的控制命令，當字節傳輸完成之時方可進行下一步的傳輸，一定程度上可以有效的防止出現字節丟失的問題，保證設備的穩定性。

5 STM32的智能節能控制開關系統測試

5.1 STM32的智能節能控制開關系統測試工具

選好 STM32的智能節能控制開關系統測試工具，在實際的測試環節中，將本機測試與遠程測試有效的結合在一起。在此環節中，需要借助下載電路的形式與儲存器進行連接，對端口的實際情況進行測量，有助于保證系統的正常運行。STM32的智能節能控制開關系統測試將網絡通信技術有效的融入其中，并由專業的技術人員對測試的數據進行整合與分析。

5.2 STM32的智能節能控制開關系統測試中的電源測試

電源測試是測試工作的重要組成部分，在實際的測試環節中，將開關電源與電源控制模板有效的連接在一起，對主路電源的實際控制情況進行實時的監測，并針對在各個電路測試過程中存在故障進行準確的定位，一定程度上有助于提升電位測試的準確性。電源測試的關鍵是要保證電源引腳焊接處于完好的狀態下，對接地點VCC與GND電位進行測試，發現短接的問題要及時對其進行糾正，及時處理好硬件故障問題。還應該對電容的極性進行測試，保證電阻值處于正常的狀態，為了提升電源測試的準確性，要將電源保持在通電的狀態，并對電源的指示燈進行監測，解決好電源板塊出現發熱的問題。

5.3 國際標準JTAG下載電路

JTAG下載電路具有較強的準確性，在測試的前期需要做好芯片內部的測試，并對模式進行選擇，順利的完成數據的傳入與傳出。JTAG下載電路主要是借助現代化科學信息技術的優勢，將在線編程優勢充分展示出來，對內部狀態機的運行狀態進行掌握，借助TAP的控制器完成數據的傳輸。其中寄存器對邊界的單元進行掃描，在規定的時間內對其進行激活處理。做好在線編程的前期準備工作，在此環節中需要充分考慮到四根測試線的實際情況，并與目標單片機進行有效的連接，準確的對地址進行輸入，當接收到指令時借助數據線將信號進行發送，在實際的操作環節中，要嚴格按照操作步驟執行[5]。

5.4 STM32的智能節能控制開關系統的串口測試

STM32的智能節能控制開關系統的串口測試極為關鍵，其在實際的測試過程中，專業化程度較高，將串口監視以及串口調試有機的結合在一起。根據系統運行的實際情況對串口進行訪問，在此環節中，需要發揮串口調試的優勢根據數據傳輸的實際情況對數據的波特率進行設置，并對串口的調試界面進行切換，將數據進行整合后傳輸，此時會將全部的數據進行展示，一定程度上有助于保證后續測試的順利進行。STM32的智能節能控制開關系統的串口測試需要對主電路的串口位置進行準確的掌握，并與PC端進行連接，實時對串口的變化進行監視。

5.5 STM32的智能節能控制開關系統的網絡通信測試

STM32的智能節能控制開關系統的網絡通信測試涉及的方面具有多樣性，其中主要包括創建TCP CLIENT窗口，并針對軟件的運行情況對主程序的運行狀態進行掌握，隨即發送請求，保證連接SOCKET的準確性。在數據發送的過程中，需要實現測試數據的收發，對數據收發的窗口進行監測，針對輸入數據的實際情況與測試的數據進行對比，針對在實際對比環節中存在不同之處進行適當的調整，將調整好的數據在規定的時間內進行發送，隨即發送至上位機顯示界面，并對其進行實時的監測，此時需要相關的技術人員計算出電流的有效值、無功功率，盡量將誤差控制在1%以內。

6 結論

基于 STM32的智能節能控制開關的研究主要包括其系統設計與工作方式、硬件電路設計、軟件系統設計等幾個方面，要求相關的設計人員充分掌握其控制開關的設計原理，將具體的理論知識應用到實際的操作環節中，一定程度上有助于提升STM32智能節能控制開關的應用水平。