基于stm32的智能漏电检测装置研制

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1、基于STM32的智能漏电检测装置研制　　摘要：本文设计并实现了一种智能的漏电流检测装置，包括设备供电的设计、剩余电流/负荷电流互感器的设计、测量电路的设计、显示及操作部分的设计和无线通信的设计，并给出详细的软硬件设计方案。该设备控制单元以STM32F103RCT6为核心，实现主机与从机之间的无线通信，及指令信息的输入和显示。经实测验证，该装置能够快速准确地检测并定位漏电故障点，实现主从机之间的可靠通信，解决了故障检测中定位难且耗时长等突出问题，具有良好的应用价值。　　关键词：漏电；检测；微处理器；无线通信　　DOI：10.16640/j.cnki.37-122

2、2/t.2017.06.128　　0引言　　目前各地在运行的剩余电流保护器及电网智能监控系统[1]-[3]，大多涉及台区配电柜内的漏电总保护器，部分扩大到分级保护箱。用户端和分支线路尤其是分支线路上短时间、瞬间漏电流则无法准确并及时地被检测和定位[4]。本文基于STM32微处理器研制了一种漏电流检测装置，给出详细的软硬件设计方法。测试证明该设备实现了方便、快速和准确的故障定位。　　1智能漏电检测装置的硬件设计　　智能漏电检测装置可分为主机和从机两部分，主要功能包括漏电流检测、数据存储、界面操作、LCD显示、主从机间通信等。检测和定位漏电故障时，主机由检测人员手

3、持操作，从机则作为信号采集和处理端被置于各疑似故障电缆处，并与主机无线通信，检测装置的设计原理如图1所示。作为检测装置中用于控制整个系统的核心部件――微控制单元，选用增强型32位RISC内核，型号为STM32F103RCT6。主频72MHz，具有10位高精度A/D。其包含2个12位的ADC，3个通用16位定时器，1个PWM定时器。　　1.1供电单元设计　　该检测设备的主从机均采用高容量可充电的锂电池，且续航能力强。其充电电路分别如图2所示，选用TP4056作为锂离子电池的充电控制器，实现恒定电流/恒定电压线性控制。　　充电电压固定为4.2V，充电电流可通过外部

4、电阻器进行设置。当充电电流达到最终浮充电压后降至设定值的1/10时，TP4056将自动终止充电过程。当输入电压被移除时，该集成电路自动进入低电流状态，使得锂电池的漏电流在2μA以下。　　其中R2位分压电阻，在大电流充电时可减轻TP4056的功耗，充电电流的大小则通过R9进行调节。R4和R8为电池电量采样分压电阻，经C4滤波后进入MCU的A/D端口，进行采样并计算电池电压。若电池电压低于3.4V，MCU将执行关机操作，以免耗尽电池进而影响使用寿命。　　1.2电流测量单元设计　　电流测量单元属于检测装置中的从机部分，针对传输电缆中剩余电流及负荷电流均能进行测量，并

5、且可根据需要手动切换。采用直径6cm的开口式钳形表头互感器，在导磁片外围套有特殊合金屏蔽罩，有效避免外界磁场干扰的同时，保证测量数据的高精度和稳定度。　　当电缆中产生剩余电流时，穿过磁环的相线和中性线的电流不再相等，进而在磁环中产生交变磁场，二次线圈中感应出电动势。采集到该输出信号，经处理后输入MCU。　　剩余电流的量程为0-999mA，负荷电流的量程则为0-800A。HGQ为交流互感器的信号输入，D3为双向齐纳二极管，防止输入信号幅值过大损坏运放。S1为漏电流/电流检测模式切换，在电流检测模式下S1的3脚接地，输入信号的负载为R19、R20、R21三个电阻并

6、联，以避免信号幅值过大而超出MCU的采样范围。而在漏电流检测模式下，输入信号的负载为R19和R20，以获得适当的信号幅值，同时S1的1脚接地，MCU检测Itype脚为低电平，执行漏电流测量程序，否则执行电流测量程序。R23和R24用于调节漏电流和电流测量模式下的运放放大倍数。　　R14和R15决定交流输出信号中心点的电压，取值需确保表头能正常归零。　　1.3无线通信单元设计　　主机能收发30-50m远距离的1-99个悬挂在架空线上从机的信息数据和指令。主机和从机均采用外置天线，通信方式为FSK双向半双工，发射功率小于等于10dBm，通信频率为433MHz。　　

7、采用IIC总线进行数据传送，当时钟信号为高电平时数据线上的数据保持稳定，只在时钟信号为低电平时，数据线上的高低电平才可以变化。其中主机MCUSTM32F103RCT6的PC11-PC12脚分别为IIC的外置EEPROM数据和时钟，PA2_U2_TX和PA3_U2_RX脚分别为无线模块串口的RX和TX（波特率为9600）。从机中STM32F103RCT6的PA9-PA10脚为串口数据通信，PB8-PB9脚为EEPROMIIC通信，PB12-PB15?_接外部RTC模块。　　1.4图显及操作单元设计　　主机采用128×128的3寸LCD液晶显示屏，从机则选用128

8、×64的0.96寸OLCD。主机中ST