设备监测系统(基于MAXQ3180电能质量监测系统的研究)

随着智能电网技术的不断成熟和科学技术的发展。进入电力系统的仪表已经走过了智能化和自动化的时代，智能化和自动化的特点不仅要求这些仪表具有传统仪表那样的计量功能，而且还具有测量、控制、保护、通信等功能。用于反映电气元件的控制、调整和运行状态。本文借鉴国内外成熟的研究成果，开发了一套适合中国国情、具有测量、监控和通信功能的高性能价格比电能质量监测系统。根据电能质量测试装置的多功能测试要求，提出了基于MAXQ3180的电能质量监测装置的设计方案，阐述了电能质量监测系统的硬件和软件设计、各种电能质量参数的测量以及通信方式的选择。本设计中的单片机为STM32，对max q 3180检测到的电能质量经STM32处理后显示、传输、存储和分析。它是一个非常精确、低功耗、多功能的电能质量监测系统。

1系统结构和功能

本设计采用ST公司Cortex-M3核心的STM32作为主控制器，对对电网的参数进行检测和监控。并将数据存储在SD卡中。通过CAN接口发送到控制主机，当前状态由112*64液晶显示器实时显示。如果系统运行正常，正常信息将存储在SD卡中，以备将来查询。该系统采用220伏商用电源，便于工程应用。该装置采用数字信号处理器单片机技术，计量芯片为MAXQ3180，单片机为STM32的总体设计方案。MAXQ3180不仅包含AFE，还集成了数字信号处理器精密脉冲发生器和串行接口。实现的功能见如图1，硬件设计框图见如图2。

2硬件设计

2.1电能质量数据采集模块

MAXQ3180的输入包括三个电压通道和四个电流通道，其中一个通道实际上用于温度传感器。三个电压通道由电阻分压，四个电流通道(三个三相电流和一个零线电流)由电流互感器输入。

在这种设计中，电阻分压被用作测量电压的电压通道。为了设备的实际方便，我们使用5401的分压比，电压通道上的并联电容用作抗混叠滤波器，如如图3所示。

在电流通道的设计中，使用了0.05-1.5级(6)电流互感器[2]。在实际使用中，为了避免计量芯片内部的模数转换器饱和，实际值不超过该计算值。当然，如如图，所示，肖特二极管并联在电流输入通道上。二极管有保护作用，所以过载到一定程度不会对对探测芯片造成毁灭性的后果。为了防止混叠，当前输入通道还有一个抗混叠滤波器。当前频道由如图4播出。

2.2微处理器模块

本设计采用的单片机为STM32处理器，采用三级流水线哈弗结构，3.3 V电源，Cortex-M3内核，最高工作频率为72兆赫，处理能力为1.25兆位/兆赫，功耗为0.19毫瓦/兆赫。软件采用了ST公司提供的函数库，降低了开发难度。内部集成了12位高速模数转换器，转换时间仅为1 us，并内置了CAN 总线控制器，因此可以通过CAN收发器实现CAN网络通信，通信距离可达10 km，通信速率可达1 Mbps。不同的外设可以以不同的速度配置，以充分发挥中央处理器的性能。

STM32和MAXQ3180之间的连接

STM32和MAXQ3180的SPI协议之间的通信连接如如图5所示。一般来说，出于安全原因，MAXQ3180需要通过光耦合器与微控制器分离[3]。MAXQ3180与单片机之间的通信有时可达1兆位/秒。本设计中使用的光电耦合隔离芯片是6N137光耦[4]，它是一个单通道光耦，集成检测器和波长为850纳米的砷化镓发光二极管。集成检波器由三部分组成：高增益线性运算放大器、光电二极管和三极管。具有电压、电流补偿和温度补偿功能，高输入输出隔离，高传输速度。

2.3通信电路模块

在对，为整个配电系统选择一种合适的通信模式是极其重要的，在这个系统中，将选择总线的CAN作为这个系统的通信模式，其中通信介质是双绞线[5]，采用的是CAN2.0B协议。由于传统馈线终端设备的通信方式大多采用RS485，本系统增加了RS485接口，并增加RS232接口作为本地通信接口，方便现场调试。当采用分布式多点监控时，我们设计了一种采用CAN 总线的通信方式；当采用单点监控时，我们设计了RS232通信和RS485通信，因此该系统得到了广泛的应用。(节选)