配電房故障檢測系統設計

鐘怡 余謙

摘要：通過電流測量模塊完成對配電房中多處節點的電流狀況進行監測，然后通過載波通信模塊將所得數據發送到單片機上，再通過程序編程結合STM32單片機完成對數據是否為正常的數據信息的判斷，通過判斷數據是否正常，來決定是否發出警告及進行是否斷電處理。

關鍵詞：載波通信;單片機;電路監測

中圖分類號：TP311? ? ? ?文獻標識碼：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檢測卻比較少。筆者希望通過STM32單片機控制載波通信模塊，電流測量模塊等來完成對配電房電路中的重要節點中電流情況進行檢測，通過穩壓模塊為系統的運行提供穩定的環境，通過WIFI模塊保障載波通信的質量，最后通過語音播報模塊播報是哪一個節點最開始出現問題，并通過顯示模塊顯示大概位置，這樣為后續的人工檢測及維修提供了便利。一個完善的檢測系統對于任何大的電路集中地，都是有必要的，因此這個設計是具有意義的。

1 系統總體設計

系統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供電穩壓模塊，WIFI模塊，顯示模塊，外部時鐘晶振電路，載波通信模塊等。

1.1 電路設計

系統的總體框圖：被測的節點經過測量模塊的測量，通過載波通信模塊將 得到的數據傳遞主控芯片STM32，主控芯片根據測量的數據對比存儲數據庫中的測量數據，分析判斷電流信息是否正常，出現異常數據時主控芯片控制語音播報模塊播報對應節點信息，并控制串口屏顯示對應的節點信息及異常數據。如圖1所示。

1.2 硬件設計

（1）控制器：采用STM32系列單片機STM32系列芯片具有高性能、低成本、低功耗、片內資源豐富，數據處理能力強，并且有庫文件開發，易上手，大大方便了編程過程，對單片機主頻進行評估完全達到要求。

（2）載波通信[1]模塊：系統采用ES1642-C 載波模塊。由于電力線通信可以通過配電房中現有的電路進行通信，可以不再另外搭建通信網絡，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，此電源上的噪聲會影響到載波通信的性能，對電源模塊的要求高了一點。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，成本低等優點。傳感器來代替模擬紅外溫度傳感器。由于MLX90614紅外溫度傳感器內部已經集成了運放電路、AD轉換電路、濾波電路和數字信號處理器，所以只需通過傳感器的數據接口就可以把MLX90614傳感器測量的溫度數據直接傳送給單片機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節點的磁場信息進行檢測。而不是采用反向器對電流的有無進行測量，僅僅對電流的有無進行判斷在實際配電房電路中用處不大，因為當部分節點出現電流為零的情況就代表著配電房電路已經出現了極大的問題，并不能在出現異常的第一時間就發出警示，并不能減少損失，僅僅起到一個出事提醒的作用，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，可輕松操作軟件實現人機交互界面，屏幕大且成本較低，占用IO資源較少，僅需2根線可輕松實現與MCU之間通信。

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

（7）其他：通過電源模塊（采用線性電源，因為電源的噪聲對載波通信的通信質量影響大，而線性電源能降低這個影響）及系統供電穩壓模塊完成供電并保證供電的穩定性，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備接受實時數據等。

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行耦合，將所得信息通過電力線傳遞到接收端，再進行一次耦合，通過WIFI模塊將信息傳遞給主控芯片（即STM32單片機）。由于傳輸數據是在較寬的頻帶上進行的，這也就代表著傳輸的數據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議來進行數據的傳輸，以保證數據的傳輸效率及通信的穩定。模塊ES1642-C采用79接口協議進行數據傳輸。

1.4 測量方式

1）電流測量：

根據電流的變化會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化為電壓數據（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據的測量。具體可見文獻[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系密切。因此，通過對物體自身紅外輻射的測量，能準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。紅外測溫器由光學系統、光電探測器、信號放大器和信號處理及輸出等部分組成。光學系統匯聚其視場內的目標紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉變為相應的電信號。該信號經過放大器和信號處理電路，并按照儀器內的算法和目標發射率校正后轉變為被測目標的溫度值。