基于STM32的新型电力数据采集系统的设计与实现

引言

传统的电力数据采集系统受限于有限的存储空间和通信接口，存在精度不高、实时性差、采集信息量小等缺点，已无法满足实际的电力系统调度与管理需要，本文提出的基于STM32的新型电力数据采集器充分利用了STM32丰富的片上资源，大大节约了硬件投资，利用STM32具有快速采样的高性能ADC、先进的电源及时钟管理、双看门狗等功能，从而大大增强了系统的实时性与可靠性，精度显著提高，同时功耗大为降低。

1、总体设计方案

图1  系统原理

2、系统硬件设计 2.1、STM32片上资源

STM32F103ZE12位ADC为逐次逼近型模数转换器，各通道的转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行，转换结果以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中。通道采样时间可编程，总转化时间可缩减到1μs，此外，多种转换模式供选择，支持DMA数据传输。本系统采用定时器触发的同步注入模式，能够对多路信号进行同步采样。

STM32F103ZE具有5个USART串行通信接口，内置分数波特率发生器，发送与接收共用可编程波特率，最高达4.5Mbit/s，数据字的长度、停止位均可设置。

此外，灵活的静态存储器控制器FSMC能够通过同步或异步存储器与16位PC卡接口相连，便于外扩存储器和液晶显示屏。

2.2、数据采集模块设计

数据采集包括对于模拟量与开关量的采集两部分。

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1）模拟量数据采集

由于电力数据采集信号为高电压信号和大电流信号，因此，首先要将其调理为满足STM32F103ZEADC输入范围的电压信号，以便进入ADC转换为数字量。各相电流信号经电流互感器和电流变送器，各相电压信号则通过电压互感器和电压变送器变换为低电压信号，输入到STM32的ADC模拟输入通道，其幅值范围为0～3.3V