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基于CORTEX的STM32的三相电能表方案

作者:时间:2011-09-09来源:网络收藏

背景

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/150243.htm

  是用来测量电能的仪表,又称电度表,火表,,千瓦小时表,指测量各种电学量的仪表。ARM的已经出现,但是适合应用的ARM7 TDMI在性能上不尽人意,同时外设资源不足;而更高端的ARM9系统的复杂程度很高,成本也较高。所以要研究一种廉价的,满足客户需求的,来填补这个空缺。

  一、关于-M3与

  最新一代ARM v7内核,命名为Cortex,同ARM7/9/10/11相比在架构上有了革命性突破。它采用高效的哈佛结构三级流水线,达到1.25DMIPS/MHz,在功耗上更是达到0.06mW/MHz。Cortex-M3使用Thumb-2指令集,自动16/32位混合排列。单周期的32位乘法以及硬件除法器,保证Cortex-M3的运算能力有大幅提高,Cortex-M3包含嵌套向量中断控制器NVIC,中断响应速度最快仅6周期,内部集成总线矩阵,支持DMA操作及位映射。

  系统按性能分成两个不同的系列:F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到72MHz,是同类产品中性能最高的产品;基本型时钟频率为36MHz,以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能。

  二、STM32的电能表

  根据电能表的功能和误差精度的需求,我们选用了STM32F103xx,最高工作频率为72MHz。

  

基于STM32的电能表框图

  (一)采集数据处理与计算

  在实际应用中,电力信号通过互感器采集到电能表中,通过一个6通道16位模拟前端处理器(AD73360)进行A/D转换,转换成数字信号并传输到STM32中。AD73360是6通道同步采样的Σ-ΔADC器件,它内置了基本型电压基准及通道内置独立的PGA,通过调整通道PGA可以获得合适的动态范围从而保证微弱信号的计量精度。

  

电能表数据采集框图

  电压电流输入信号首先需要RC滤波网络滤波和数据采样,然后进行A/D转换。AD73360有独立的时钟源,可配置为自动数据采集与发送模式,通过SPI总线不断的将数据传向STM32。STM32内的Cortex-M3内核对输入的数字信号进行处理,完成数字滤波,过零点检测,得到基本的电流电压数据,经过时间积分计算和转换得到相应的电能计量。

  (二)采样电路和滤波网络

  由于被采样信号为高电压信号和大电流信号,我们需要对被采样信号做高保真转换为双极性的电压信号以便用AD电路离散化处理,我们需要令输入信号位于AD73360的动态范围的正中。采用的方法是:定义ADC工作电压为5伏,选择参考电压2.5伏,将AD差分输入的负端直接接到参考电压输入,差分输入的正端接被测信号。电路分析可以参照图三:

  

采样电路和滤波网络

电度表相关文章:电度表原理



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