配电房故障检测系统设计

钟怡 余谦

摘要：通过电流测量模块完成对配电房中多处节点的电流状况进行监测，然后通过载波通信模块将所得数据发送到单片机上，再通过程序编程结合STM32单片机完成对数据是否为正常的数据信息的判断，通过判断数据是否正常，来决定是否发出警告及进行是否断电处理。

关键词：载波通信;单片机;电路监测

中图分类号：TP311       文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）23-0121-03

目前存在许多配电房中相关传感器的检测，但是对于配电房电路本身的电流状况等相关检测却比较少。笔者希望通过STM32单片机控制载波通信模块，电流测量模块等来完成对配电房电路中的重要节点中电流情况进行检测，通过稳压模块为系统的运行提供稳定的环境，通过WIFI模块保障载波通信的质量，最后通过语音播报模块播报是哪一个节点最开始出现问题，并通过显示模块显示大概位置，这样为后续的人工检测及维修提供了便利。一个完善的检测系统对于任何大的电路集中地，都是有必要的，因此这个设计是具有意义的。

1 系统总体设计

系统可以分为电流测量模块，STM32主控芯片模块，外部电源供电及系统供电稳压模块，WIFI模块，显示模块，外部时钟晶振电路，载波通信模块等。

1.1 电路设计

系统的总体框图：被测的节点经过测量模块的测量，通过载波通信模块将 得到的数据传递主控芯片STM32，主控芯片根据测量的数据对比存储数据库中的测量数据，分析判断电流信息是否正常，出现异常数据时主控芯片控制语音播报模块播报对应节点信息，并控制串口屏显示对应的节点信息及异常数据。如图1所示。

1.2 硬件设计

（1）控制器：采用STM32系列单片机STM32系列芯片具有高性能、低成本、低功耗、片内资源丰富，数据处理能力强，并且有库文件开发，易上手，大大方便了编程过程，对单片机主频进行评估完全达到要求。

（2）载波通信[1]模块：系统采用ES1642-C 载波模块。由于电力线通信可以通过配电房中现有的电路进行通信，可以不再另外搭建通信网络，但是由于其受到外界噪声的影响较大，所以还是决定配合WIFI模块一起使用，用来保障通信质量。ES1642 载波模块所采用的载波芯片为 SSC1642，此芯片采用的是+3.3V 电源，直接与载波模块的+3.3V 对接，因此，此电源上的噪声会影响到载波通信的性能，对电源模块的要求高了一点。图2所示为模块的接线图。

（3）MLX90614红外测温模块：采用MLX90614红外测温模块[2-3]具有非接触、体积小、精度高，成本低等优点。传感器来代替模拟红外温度传感器。由于MLX90614红外温度传感器内部已经集成了运放电路、AD转换电路、滤波电路和数字信号处理器，所以只需通过传感器的数据接口就可以把MLX90614传感器测量的温度数据直接传送给单片机模块处理并由显示模块显示。

（4）电流测量模块： 霍尔传感器对电路中多个节点的磁场信息进行检测。而不是采用反向器对电流的有无进行测量，仅仅对电流的有无进行判断在实际配电房电路中用处不大，因为当部分节点出现电流为零的情况就代表着配电房电路已经出现了极大的问题，并不能在出现异常的第一时间就发出警示，并不能减少损失，仅仅起到一个出事提醒的作用，显然意义不大。

（5）屏幕显示：采用串口屏可以做界面显示，简化用户做界面程序，可轻松操作软件实现人机交互界面，屏幕大且成本较低，占用IO资源较少，仅需2根线可轻松实现与MCU之间通信。

（6）语音模块：采用MP3语音播报模块，该模块是一款宽电压8V-24V，高音质，高性价，功能强大的多路放音板，支持TTL串口控制，该模块最大的特点是可以通过4路IO口控制指定1-4段语音播放，外观SPIFLASH，同时可以选择TF卡作为存储介质，10W数字功放可以轻松驱动10W的喇叭播放声音。

（7）其他：通过电源模块（采用线性电源，因为电源的噪声对载波通信的通信质量影响大，而线性电源能降低这个影响）及系统供电稳压模块完成供电并保证供电的稳定性，通过WIFI模块完成信号从载波通信模块到主控芯片之间的传输，通过对各级电源引脚进行滤波减少信息在载波传递中的误差，通过空出的串口模块，操作者可以接其他设备接受实时数据等。

1.3 载波通信

通过ES1642-C 载波模块中的耦合功能对输入电流进行耦合，将所得信息通过电力线传递到接收端，再进行一次耦合，通过WIFI模块将信息传递给主控芯片（即STM32单片机）。由于传输数据是在较宽的频带上进行的，这也就代表着传输的数据受到外界的噪声影响较大，所以降低噪声对通信的影响是重要的。另外，由于电流信息更新是频繁的，那么模块的通信也是频繁的，所以模块通信还是需要按照一定協议来进行数据的传输，以保证数据的传输效率及通信的稳定。模块ES1642-C采用79接口协议进行数据传输。

1.4 测量方式

1）电流测量：

根据电流的变化会引起电线周围的磁场变化，那么可以通过霍尔传感器检测磁场变化这样就能将要测量的电流信息转化为电压数据（即模拟电压），然后通过检测模拟电压的大小，最后通过公式完成电流数据的测量。具体可见文献[4]。

2）温度测量：

（1）工作原理：物体红外辐射能量的大小和波长的分布与其表面温度关系密切。因此，通过对物体自身红外辐射的测量，能准确地确定其表面温度，红外测温就是利用这一原理测量温度的。红外测温器由光学系统、光电探测器、信号放大器和信号处理及输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。