配電房故障檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鐘怡 余謙

摘要：通過電流測量模塊完成對配電房中多處節(jié)點(diǎn)的電流狀況進(jìn)行監(jiān)測，然后通過載波通信模塊將所得數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)上，再通過程序編程結(jié)合STM32單片機(jī)完成對數(shù)據(jù)是否為正常的數(shù)據(jù)信息的判斷，通過判斷數(shù)據(jù)是否正常，來決定是否發(fā)出警告及進(jìn)行是否斷電處理。

關(guān)鍵詞：載波通信;單片機(jī);電路監(jiān)測

中圖分類號：TP311? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）23-0121-03

目前存在許多配電房中相關(guān)傳感器的檢測，但是對于配電房電路本身的電流狀況等相關(guān)檢測卻比較少。筆者希望通過STM32單片機(jī)控制載波通信模塊，電流測量模塊等來完成對配電房電路中的重要節(jié)點(diǎn)中電流情況進(jìn)行檢測，通過穩(wěn)壓模塊為系統(tǒng)的運(yùn)行提供穩(wěn)定的環(huán)境，通過WIFI模塊保障載波通信的質(zhì)量，最后通過語音播報(bào)模塊播報(bào)是哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)最開始出現(xiàn)問題，并通過顯示模塊顯示大概位置，這樣為后續(xù)的人工檢測及維修提供了便利。一個(gè)完善的檢測系統(tǒng)對于任何大的電路集中地，都是有必要的，因此這個(gè)設(shè)計(jì)是具有意義的。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)可以分為電流測量模塊，STM32主控芯片模塊，外部電源供電及系統(tǒng)供電穩(wěn)壓模塊，WIFI模塊，顯示模塊，外部時(shí)鐘晶振電路，載波通信模塊等。

1.1 電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體框圖：被測的節(jié)點(diǎn)經(jīng)過測量模塊的測量，通過載波通信模塊將 得到的數(shù)據(jù)傳遞主控芯片STM32，主控芯片根據(jù)測量的數(shù)據(jù)對比存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的測量數(shù)據(jù)，分析判斷電流信息是否正常，出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)主控芯片控制語音播報(bào)模塊播報(bào)對應(yīng)節(jié)點(diǎn)信息，并控制串口屏顯示對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)信息及異常數(shù)據(jù)。如圖1所示。

1.2 硬件設(shè)計(jì)

（1）控制器：采用STM32系列單片機(jī)STM32系列芯片具有高性能、低成本、低功耗、片內(nèi)資源豐富，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，并且有庫文件開發(fā)，易上手，大大方便了編程過程，對單片機(jī)主頻進(jìn)行評估完全達(dá)到要求。

（2）載波通信[1]模塊：系統(tǒng)采用ES1642-C 載波模塊。由于電力線通信可以通過配電房中現(xiàn)有的電路進(jìn)行通信，可以不再另外搭建通信網(wǎng)絡(luò)，但是由于其受到外界噪聲的影響較大，所以還是決定配合WIFI模塊一起使用，用來保障通信質(zhì)量。ES1642 載波模塊所采用的載波芯片為 SSC1642，此芯片采用的是+3.3V 電源，直接與載波模塊的+3.3V 對接，因此，此電源上的噪聲會(huì)影響到載波通信的性能，對電源模塊的要求高了一點(diǎn)。圖2所示為模塊的接線圖。

（3）MLX90614紅外測溫模塊：采用MLX90614紅外測溫模塊[2-3]具有非接觸、體積小、精度高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。傳感器來代替模擬紅外溫度傳感器。由于MLX90614紅外溫度傳感器內(nèi)部已經(jīng)集成了運(yùn)放電路、AD轉(zhuǎn)換電路、濾波電路和數(shù)字信號處理器，所以只需通過傳感器的數(shù)據(jù)接口就可以把MLX90614傳感器測量的溫度數(shù)據(jù)直接傳送給單片機(jī)模塊處理并由顯示模塊顯示。

（4）電流測量模塊： 霍爾傳感器對電路中多個(gè)節(jié)點(diǎn)的磁場信息進(jìn)行檢測。而不是采用反向器對電流的有無進(jìn)行測量，僅僅對電流的有無進(jìn)行判斷在實(shí)際配電房電路中用處不大，因?yàn)楫?dāng)部分節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)電流為零的情況就代表著配電房電路已經(jīng)出現(xiàn)了極大的問題，并不能在出現(xiàn)異常的第一時(shí)間就發(fā)出警示，并不能減少損失，僅僅起到一個(gè)出事提醒的作用，顯然意義不大。

（5）屏幕顯示：采用串口屏可以做界面顯示，簡化用戶做界面程序，可輕松操作軟件實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，屏幕大且成本較低，占用IO資源較少，僅需2根線可輕松實(shí)現(xiàn)與MCU之間通信。

（6）語音模塊：采用MP3語音播報(bào)模塊，該模塊是一款寬電壓8V-24V，高音質(zhì)，高性價(jià)，功能強(qiáng)大的多路放音板，支持TTL串口控制，該模塊最大的特點(diǎn)是可以通過4路IO口控制指定1-4段語音播放，外觀SPIFLASH，同時(shí)可以選擇TF卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)，10W數(shù)字功放可以輕松驅(qū)動(dòng)10W的喇叭播放聲音。

（7）其他：通過電源模塊（采用線性電源，因?yàn)殡娫吹脑肼晫d波通信的通信質(zhì)量影響大，而線性電源能降低這個(gè)影響）及系統(tǒng)供電穩(wěn)壓模塊完成供電并保證供電的穩(wěn)定性，通過WIFI模塊完成信號從載波通信模塊到主控芯片之間的傳輸，通過對各級電源引腳進(jìn)行濾波減少信息在載波傳遞中的誤差，通過空出的串口模塊，操作者可以接其他設(shè)備接受實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等。

1.3 載波通信

通過ES1642-C 載波模塊中的耦合功能對輸入電流進(jìn)行耦合，將所得信息通過電力線傳遞到接收端，再進(jìn)行一次耦合，通過WIFI模塊將信息傳遞給主控芯片（即STM32單片機(jī)）。由于傳輸數(shù)據(jù)是在較寬的頻帶上進(jìn)行的，這也就代表著傳輸?shù)臄?shù)據(jù)受到外界的噪聲影響較大，所以降低噪聲對通信的影響是重要的。另外，由于電流信息更新是頻繁的，那么模塊的通信也是頻繁的，所以模塊通信還是需要按照一定協(xié)議來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，以保證數(shù)據(jù)的傳輸效率及通信的穩(wěn)定。模塊ES1642-C采用79接口協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

1.4 測量方式

1）電流測量：

根據(jù)電流的變化會(huì)引起電線周圍的磁場變化，那么可以通過霍爾傳感器檢測磁場變化這樣就能將要測量的電流信息轉(zhuǎn)化為電壓數(shù)據(jù)（即模擬電壓），然后通過檢測模擬電壓的大小，最后通過公式完成電流數(shù)據(jù)的測量。具體可見文獻(xiàn)[4]。

2）溫度測量：

（1）工作原理：物體紅外輻射能量的大小和波長的分布與其表面溫度關(guān)系密切。因此，通過對物體自身紅外輻射的測量，能準(zhǔn)確地確定其表面溫度，紅外測溫就是利用這一原理測量溫度的。紅外測溫器由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器和信號處理及輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號。該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路，并按照儀器內(nèi)的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。