本實(shí)用新型涉及一種電力系統(tǒng)綜合保護(hù)設(shè)備，具體涉及一種基于STM32F407的數(shù)據(jù)采集控制裝置。

背景技術(shù)：

為了便于生產(chǎn)和后續(xù)產(chǎn)品的開發(fā)，電力系統(tǒng)綜合保護(hù)設(shè)備的實(shí)現(xiàn)一般都是由模塊化的功能電路板組裝而成。大致分為：電源板，CPU板，開關(guān)量輸入輸出板，PT/CT板，其中CPU板是綜合保護(hù)設(shè)備的核心。

目前大多數(shù)綜合保護(hù)的CPU板采用的控制器為DSP，并且控制器的最小系統(tǒng)與外擴(kuò)系統(tǒng)在一塊電路板上。這樣每次如果需要外擴(kuò)功能時(shí)就需要重新更換整塊電路板，造成資源浪費(fèi)，再加之DSP開發(fā)成本本身較貴，很難提升產(chǎn)品的利潤空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了提高設(shè)備的性價(jià)比，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于STM32F407的數(shù)據(jù)采集控制裝置，STM32F407具有豐富的外設(shè)，內(nèi)部提供了一個(gè)DSP內(nèi)核，開發(fā)成本與DSP控制器相比很低廉。該采集模塊將CPU的最小系統(tǒng)與外擴(kuò)系統(tǒng)分開在兩塊電路板上，分別為母板與核心板，中間通過連接器連接，如若整個(gè)CPU板的功能要發(fā)生改變，只需要更換母板即可，從而降低了成本，該系統(tǒng)的特點(diǎn)是：開發(fā)環(huán)境方便，成本低廉，使用更加靈活。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種基于STM32F407的數(shù)據(jù)采集控制裝置，包括：

核心板，所述核心板內(nèi)嵌控制器STM32F407；所述核心板上設(shè)置有若干插腳；

母板，所述母板為功能擴(kuò)展板；所述母板上設(shè)置有與所述插腳相配合的插口；

所述插腳插入所述插口后，所述核心板和所述母板進(jìn)行數(shù)據(jù)連通。

在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述功能擴(kuò)展板至少包括PT/CT輸入信號處理模塊、ADC模塊以及波形轉(zhuǎn)換模塊；

16路PT、CT輸出的信號，一路經(jīng)過PT/CT輸入信號處理模塊后，再由ADC模塊進(jìn)行采樣，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過核心控制器1 STM32F407處理后，可以得采樣信號的電流電壓值；另一路通過經(jīng)過PT/CT輸入信號處理模塊后經(jīng)過波形轉(zhuǎn)換模塊連接STM32F407。

在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，還包括溫度采集模塊，PT100溫度傳感器通過溫度采集模塊8連接有STM32F407。

在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述溫度采集模塊采用的LMP90100溫度傳感器前端數(shù)據(jù)處理芯片，并且PT100采用三線制的方式接入該芯片，該芯片與控制器STM32F407之間采用SPI通訊方式。

在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，還連接有以太網(wǎng)通訊模塊，通過以太網(wǎng)通訊模塊與外界連通；所述以太網(wǎng)通訊模塊采用W5300網(wǎng)絡(luò)芯片。

本實(shí)用新型的有益效果是：

STM32F407片內(nèi)資源比較豐富，開發(fā)環(huán)境比較靈活，從而降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，同時(shí)也便于后續(xù)產(chǎn)品的開發(fā)與升級。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型的裝配示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的內(nèi)部示意圖。

圖3為本實(shí)用新型的PT、CT輸出信號處理模塊電路圖。

圖4為本實(shí)用新型的16路ADC模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本實(shí)用新型的波形轉(zhuǎn)換模塊電路圖

圖6為本實(shí)用新型的溫度采集模塊電路圖

圖7為本實(shí)用新型的開關(guān)量輸入模塊電路圖

圖8為本實(shí)用新型的開關(guān)量輸出模塊電路圖

圖9為本實(shí)用新型的以太網(wǎng)模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為本實(shí)用新型的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。

參照圖1，一種基于STM32F407的數(shù)據(jù)采集控制裝置，包括：核心板100，所述核心板內(nèi)嵌控制器STM32F407；所述核心板上設(shè)置有若干插腳110；母板200，所述母板為功能擴(kuò)展板；所述母板上設(shè)置有與所述插腳相配合的插口210；所述插腳插入所述插口后，所述核心板和所述母板進(jìn)行數(shù)據(jù)連通。具體地，所述插腳為連接器的插腳。

參照圖2，為具體地控制器STM32F407與功能擴(kuò)展板上設(shè)置的多個(gè)電路模塊進(jìn)行相互連通的結(jié)構(gòu)示意圖。

16路PT、CT輸出的信號，一路經(jīng)過PT/CT輸入信號處理模塊5后，再由ADC模塊6進(jìn)行采樣，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過核心控制器1 STM32F407自帶的DSP庫中的FFT運(yùn)算后，可以得采樣信號的電流電壓值；另一路通過經(jīng)過PT/CT輸入信號處理模塊5后經(jīng)過波形轉(zhuǎn)換模塊7連接STM32F407；

其中PT100溫度傳感器通過溫度采集模塊8連接有STM32F407；串口通訊模塊11通過第一隔離模塊10連接有STM32F407；PWM模塊13通過第二隔離模塊12連接有STM32F407；24路開關(guān)量輸入信號通過第一信號處理模塊14連接有STM32F407；8路開關(guān)量輸出信號通過第二信號處理模塊15連接有STM32F407。上述的STM32F407還分別連接有外接片外存儲器2,3以及RTC電路4。

進(jìn)一步地，STM32F407通過以太網(wǎng)通訊模塊9與外界連通；還包括電源模塊16，為整個(gè)裝置供電。

參照圖3，一種基于STM32的數(shù)據(jù)采集控制裝置，包括：PT、CT輸出信號處理模塊原理圖。

該模塊主要由兩部分電路組成，第一部分為R14與C25組成的濾波電路；第二部分為運(yùn)算放大器電路，其作用是阻抗變換。

參照圖4，16路ADC模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。兩片AD7606與STM32F407的FSMC如下圖結(jié)構(gòu)連接，實(shí)現(xiàn)16路同步采樣。

16路PT、CT輸出的信號，經(jīng)過信號處理模塊5后，再由ADC模塊6進(jìn)行采樣，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過核心控制器1 STM32F407自帶的DSP庫中的FFT運(yùn)算后，可以得采樣信號的電流電壓值。核心控制器進(jìn)而對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲或者判斷，是否需要啟動開關(guān)量輸出繼電器。

參照圖5，一種基于STM32的數(shù)據(jù)采集控制裝置，包括：波形轉(zhuǎn)換模塊原理圖。在電力系統(tǒng)中信號的頻率獲取是最基本的計(jì)算之一。因?yàn)楸粶y信號為周期信號，因此采用的方案是，將正弦信號轉(zhuǎn)換為方波，再利用核心控制器1的ICAP功能獲取頻率。首先輸入信號AIN_1經(jīng)過去耦C136后，進(jìn)入施密特反向觸發(fā)器器74LVC14AD的輸入端3A，74LVC14AD的輸出端3Y變位輸出同樣頻率的方波，74LVC14AD的輸出端3Y與核心控制器1的ICAP引腳相連接，此時(shí)核心控制器1便可以計(jì)算出方波的頻率。在該電路圖中R184，R186為波形變換的閾值電壓，即大于該閾值的為正，小于該閾值的為負(fù)。該實(shí)用新型中測量了兩路信號的頻率，兩路測量方法相同。核心控制器進(jìn)而對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲或者判斷，是否需要啟動開關(guān)量輸出繼電器。

參照圖6，一種基于STM32的數(shù)據(jù)采集控制裝置，包括：溫度采集模塊8。PT100通過三線制的接線方式接入到端子P1，而P1的三個(gè)引腳1、2連接至LMP90100的VI0，VI1，VI6和VI7。LMP90100內(nèi)部提供電流源，可以將電阻的變換轉(zhuǎn)換為電壓變化，然后供其采集計(jì)算。當(dāng)被測溫度變化時(shí)，PT100的阻值也隨之變化，LMP90100內(nèi)部檢測到的電壓也在隨著溫度的變化而變化，并且其內(nèi)部帶有24為的高精度AD采樣模塊，將采集到的數(shù)字信號以SPI的通訊方式送給核心控制器1存儲或者顯示，同時(shí)核心控制器1進(jìn)而對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲或者判斷，是否需要啟動開關(guān)量輸出繼電器。

參照圖7，一種基于STM32的數(shù)據(jù)采集控制裝置，包括：開關(guān)量輸入信號處理電路。圖中R28，R32、R36為限流電阻，C55為去耦電容。開入量以節(jié)點(diǎn)的形式接入回路中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)斷開時(shí)候，光耦T1的4引腳為高電平，當(dāng)節(jié)點(diǎn)閉合時(shí)，光耦導(dǎo)通，4引腳由高電平變位低電平，此時(shí)核心控制器通過檢測GPIO引腳的電平便可以知道是否有開關(guān)量輸入。對于24路開關(guān)量輸入信號采集來說，每一路的開入節(jié)點(diǎn)的一端接DINx，另外一端接+24V，當(dāng)有開入量輸入的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)閉合，光耦的4引腳變位高電平。核心控制器1通過軟件定時(shí)查詢與開關(guān)量輸入回路連接的IO口的值并判斷是否需要啟動開關(guān)量輸出繼電器。

參照圖8，一種基于STM32的數(shù)據(jù)采集控制裝置，包括：開關(guān)量輸出信號處理電路。當(dāng)GPIOx為高電平時(shí)候，光耦導(dǎo)通，整個(gè)開出回路導(dǎo)通，繼電器閉合，進(jìn)而可以控制其它設(shè)備。在此電路中，三極管Q1工作在放大區(qū)，提供電流驅(qū)動繼電器。該使用新型中設(shè)計(jì)了8路開關(guān)量輸出回路。開關(guān)量輸出也是以節(jié)點(diǎn)的形式接入回路中，繼電器的一端接+24V，另一端接DOUTx。當(dāng)系統(tǒng)需要控制其它外部設(shè)備或者電路時(shí)，可以改變連接至8路開關(guān)量輸出電路的IO的值，設(shè)置為1時(shí)，外部電路或者設(shè)備驅(qū)動，為0時(shí)，外部電路或設(shè)備關(guān)閉。

參照圖9，一種基于STM32的數(shù)據(jù)采集控制裝置，包括：以太網(wǎng)模塊W5300。W5300通過單片機(jī)外部總線FSMC與W5300相連，F(xiàn)SMC的其他控制信號與W5300的讀寫控制信號相連，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片的控制部分。W5300內(nèi)部集成了TCP/IP的基本通訊協(xié)議，在工作時(shí)，除了一些必要的控制器外，對于以太網(wǎng)的處理部分并不需要主機(jī)的干預(yù)。大大減少了CPU因處理TCP/IP協(xié)議帶來的負(fù)擔(dān)，進(jìn)而極大提升了主機(jī)的操作性能。

參照圖10，一種基于STM32的數(shù)據(jù)采集控制裝置，工作流程如下：

a)系統(tǒng)初始化

b)啟動看門狗程序

c)開啟中斷，開啟采樣定時(shí)器

d)判斷定時(shí)器是否溢出，如果定時(shí)時(shí)間到，定時(shí)器溢出，進(jìn)入步驟e，否則進(jìn)入步驟g

e)ADC對電流電壓信號進(jìn)行采集

f)判斷采集是否完成，如果完成則調(diào)用DSP庫中FFT運(yùn)算，計(jì)算出電流電壓值并顯示，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟e

g)根據(jù)采集到的電流電壓值判斷是否需要輸出開關(guān)量，如果需要輸出，則啟動輸出繼電器，否則執(zhí)行步驟h

h)對頻率信號進(jìn)行采集并顯示

i)根據(jù)采集到的頻率值判斷是否需要輸出開關(guān)量，如果需要輸出，則啟動輸出繼電器，否則執(zhí)行步驟j

j)對開關(guān)輸入量進(jìn)行采集并顯示

k)根據(jù)采集到的開關(guān)輸入量判斷是否需要輸出開關(guān)量，如果需要輸出，則啟動輸出繼電器，否則執(zhí)行步驟l

l)對溫度進(jìn)行采集并顯示

m)根據(jù)采集到溫度值判斷是否需要輸出開關(guān)量，如果需要輸出，則啟動輸出繼電器，否則這行步驟n。

n)判斷是否有中斷產(chǎn)生，如果中斷標(biāo)志位為1，則進(jìn)入中斷子程序，中斷子程序?yàn)橐蕴W(wǎng)通訊子程序，中斷子程序執(zhí)行后，清除中斷標(biāo)志位，程序返回至步驟d；若中斷標(biāo)志位為0，程序直接返回至步驟d。

本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了基于STM32F407控制器的電力設(shè)備所需的基本變量測量、控制、通訊電路，并且成功取代了DSP，降低了開發(fā)成本，并且STM32F407豐富的接口資源為后續(xù)系統(tǒng)升級提供了便利。除此之外，該實(shí)用新型采用的母板和核心板的結(jié)構(gòu)是一個(gè)非常靈活的設(shè)計(jì)，如需更改外設(shè)只需更改母板即可。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。