一种基于stm32的智能电源安全监测管理装置

专利摘要:
本实用新型公开了一种基于STM32的智能电源安全监测管理装置，包括依次连接的信号输入单元、测量单元和主控单元，其中，所述信号输入单元包括继电器、指示灯、电压互感器和电流互感器；所述测量单元包括信号调理电路和测量芯片；所述主控单元包括STM32芯片；通过信号输入单元采集电参数，电参数包括电压、电流、功率、功率因数和温度，主控单元进行数据处理、存储和控制，通过继电器控制用电线的通断，指示灯进行不同状况的表示。本实用新型以专用电能计量芯片CS5463为核心，结合电流互感器、电压互感器，电压输入通道两端输入经过比例缩小的电压信号波，经过一定倍数的增益放大器放大，然后经ADC转换器量化，保证了数据的精确度，避免继电器的误操作。
公开号:CN214337651U
申请号:CN202120392683.5U
申请日:2021-02-22
公开日:2021-10-01
发明作者:姚健宇；郭栋；袁嘉宇；何凯伦；方可沁；罗婷婷；姚雨辰
申请人:Zhejiang University of Water Resources and Electric Power；
IPC主号:H02J13-00

专利说明:
[n0001] 本实用新型属于电源安全监测技术领域，涉及一种基于STM32的智能电源安全监测管理装置。
[n0002] 用电安全始终是一个不可忽视的问题，尤其是在工业生产领域，由于工业生产使用的设备较多为大功率电器，极大可能会造成主线超负荷。另外，由于插口数量不足，插口位置与所要连接的用电设备距离较远，部分工厂就会出现接口接上排插以达到延长距离以及增加插口数量的目的，更有甚者会出现单个排插上连续接多个排插的危险情况，电源短路故障引起生产车间火灾等事故在一些离散制造工厂中并不少见，在重型加工生产中的后果更是不堪设想。
[n0003] 由于工厂用电设备多、用电功率大，我国一部分企业为了缩减成本，没有定时对用电设备进行检测维护，出现故障的用电设备不能及时发现维修，在继续使用的情况下，存在很大的安全隐患。现有技术中，载有开关的电源分析仪暂未发现含有高安全性的电源分析模块，只可保障，不能预防。为了保障工业生产中用电设备的电源安全，智能电源安全监测管理装置应运而生。
[n0004] 为了解决上述问题，本实用新型的基于STM32的智能电源安全监测管理装置，针对各类场合中安全用电的问题，基于STM32的智能电源安全监测管理装置，以专用电能计量芯片CS5463为核心采集所需电参数，并结合公式换算视在功率、有功功率、无功功率等电能参数，通过上位机提取、分析、整理，预测可能发生的故障(比如电压、电流过载等)，运用继电器模块及时做出断电处理，实现过载保护及自恢复功能，避免危险事故的发生。同时，还可运用蓝牙模块连接手机客户端(App)使监测结果可视化，达到安全用电、实时监测的目的。
[n0005] 本实用新型提供一种基于STM32的智能电源安全监测管理装置，包括依次连接的信号输入单元、测量单元和主控单元，其中，
[n0006] 所述信号输入单元包括继电器、指示灯、电压互感器和电流互感器；所述测量单元包括信号调理电路和测量芯片；所述主控单元包括STM32芯片；通过信号输入单元采集电参数，电参数包括电压、电流、功率、功率因数和温度，主控单元进行数据处理、存储和控制，通过继电器控制用电线的通断，指示灯进行不同状况的表示。
[n0007] 优选地，所述测量芯片包括ADC输入电路、事件中断输出电路、CF脉冲输出电路和SPI接口，ADC输入电路接收信号调理电路输入的信号，事件中断输出电路、CF脉冲输出电路和SPI接口分别与主控单元连接。
[n0008] 优选地，所述测量芯片为CS5463专用电能计量芯片。
[n0009] 优选地，所述电压互感器包括型号为ZMPT101B的电流型电压互感器。
[n0010] 优选地，所述电流互感器包括型号为ZMCT103C的电流互感器。
[n0011] 优选地，所述测量单元与主控单元通过SPI接口进行通信。
[n0012] 与现有技术相比，本实用新型至少有以下有益效果：
[n0013] (1)以专用电能计量芯片CS5463为核心，结合电流互感器、电压互感器，电压输入通道两端输入经过比例缩小的电压信号波，经过一定倍数的增益放大器放大，然后经ADC转换器量化，同理，电流通道输入电流信息，转化成电压进行检测，保证了数据的精确度，避免继电器模块的误操作；
[n0014] (2)运用STM32内嵌的闪存存储器进行编程烧写，将FLASH的内存划分成具有32位宽的存储单元用于存放代码以及数据常量，为数据的存储提供了方便，具有数据掉电也不会丢失的优点；
[n0015] (3)通过蓝牙传输模块，实现远程控制插座通断电的功能，并连接手机客户端(App)，为用户提供友好的可视化界面的同时，实时监测用电设备。
[n0016] 图1为本实用新型实施例的基于STM32的智能电源安全监测管理装置的结构框图；
[n0017] 图2为本实用新型具体实施例的基于STM32的智能电源安全监测管理装置的结构框图；
[n0018] 图3为本实用新型具体实施例的基于STM32的智能电源安全监测管理装置的信号调理电路原理图；
[n0019] 图4为本实用新型具体实施例的基于STM32的智能电源安全监测管理装置的电压互感器电路原理图；
[n0020] 图5为本实用新型具体实施例的基于STM32的智能电源安全监测管理装置的电流互感器电路原理图。
[n0021] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[n0022] 相反，本实用新型涵盖任何由权利要求定义的在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本实用新型有更好的了解，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。
[n0023] 实施例1
[n0024] 参见图1、图2，所示为本实用新型实施例的一种基于STM32的智能电源安全监测管理装置的结构框图，包括依次连接的信号输入单元10、测量单元20和主控单元30，其中，
[n0025] 信号输入单元10包括继电器11、指示灯12、电压互感器13和电流互感器14；测量单元20包括信号调理电路22和测量芯片21；主控单元30包括STM32芯片31；通过信号输入单元10采集电参数，电参数包括电压、电流、功率、功率因数和温度，主控单元30进行数据处理、存储和控制，通过继电器11控制用电线的通断，指示灯12进行不同状况的表示。
[n0026] 通过上述设置，电参数采集部分结合电压互感器13和电流互感器14，以专用电能计量芯片CS5463为核心，采集所需电参数，包括电压、电流、功率、功率因数、温度等，主控单元30采用STM32 F103ZET6进行数据的进一步处理、存储和相关控制功能，通过上位机的分析、整理数据，预测可能发生的故障，运用继电器11控制用电线的通断，实现过载保护及自恢复功能，结合蓝牙实现远程控制插座通断电功能。
[n0027] 具体实施例中，测量芯片21包括ADC输入电路211、事件中断输出电路212、CF脉冲输出213电路和SPI接口214，ADC输入电路211接收信号调理电路22输入的信号，事件中断输出电路212、CF脉冲输出213电路和SPI接口214分别与主控单元30连接。
[n0028] 测量芯片21为CS5463专用电能计量芯片。为适合于CS5463芯片ADC输入通道的信号，需要设计电流通道信号调理电路22，电路原理图参见图3.
[n0029] 参见图4，电压互感器13包括型号为ZMPT101B的电流型电压互感器13。
[n0030] 参见图5，电流互感器14包括型号为ZMCT103C的电流互感器14。
[n0031] CS5463在一个采样周期里面测量瞬时电流、电压，利用瞬时电压和电流计算功率并存放在瞬时功率寄存器，多个瞬时功率为一组，存放在能量寄存器，从而计算出有功功率。信号采集是将互感器输出的模拟信号经过分压、降噪、保护和滤波转换
[n0032] 图4中电压互感器13输出端电压计算公式为：U2＝U1/R^’*R。
[n0033] 图5中电流互感器14型号为ZMCT103C，变压比为1000:1，额定输入5A，额定输出为5mA，输出电压计算公式：U＝I/1000*R。
[n0034] STM32芯片31内嵌的闪存存储器可用于在线编程或者在程序中编程烧写，FLASH有512K字节的内存，被划分成具有32位宽的存储单元，可以存放代码以及数据常量。
[n0035] 调用主控单元30的I0口与蓝牙模块相连，实现与外部设备的蓝牙通信功能。
[n0036] 继电器11主要有两个功能，一个是在STM32芯片31监测到插座过载之后，由STM32芯片31发出信号电压，经过晶体管驱动电路使继电器11接通，火线断开；另一个功能是人为通过手机蓝牙发送断电信号，使继电器11接通，火线断开。
[n0037] 主控单元30与测量单元20采用SPI方式进行通信，它是一种高速、全双工、同步的通讯总线。
[n0038] 以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

权利要求:
Claims (6)
[0001] 1.一种基于STM32的智能电源安全监测管理装置，其特征在于：包括依次连接的信号输入单元、测量单元和主控单元，其中，
所述信号输入单元包括继电器、指示灯、电压互感器和电流互感器；所述测量单元包括信号调理电路和测量芯片；所述主控单元包括STM32芯片；通过信号输入单元采集电参数，电参数包括电压、电流、功率、功率因数和温度，主控单元进行数据处理、存储和控制，通过继电器控制用电线的通断，指示灯进行不同状况的表示。
[0002] 2.根据权利要求1所述的一种基于STM32的智能电源安全监测管理装置，其特征在于：所述测量芯片包括ADC输入电路、事件中断输出电路、CF脉冲输出电路和SPI接口，ADC输入电路接收信号调理电路输入的信号，事件中断输出电路、CF脉冲输出电路和SPI接口分别与主控单元连接。
[0003] 3.如权利要求1所述的一种基于STM32的智能电源安全监测管理装置，其特征在于：所述测量芯片为CS5463专用电能计量芯片。
[0004] 4.如权利要求1所述的一种基于STM32的智能电源安全监测管理装置，其特征在于：所述电压互感器包括型号为ZMPT101B的电流型电压互感器。
[0005] 5.如权利要求1所述的一种基于STM32的智能电源安全监测管理装置，其特征在于：所述电流互感器包括型号为ZMCT103C的电流互感器。
[0006] 6.根据权利要求1所述的一种基于STM32的智能电源安全监测管理装置，其特征在于：所述测量单元与主控单元通过SPI接口进行通信。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202120392683.5U|CN214337651U|2021-02-22|2021-02-22|一种基于stm32的智能电源安全监测管理装置|CN202120392683.5U| CN214337651U|2021-02-22|2021-02-22|一种基于stm32的智能电源安全监测管理装置|