【正文】 量精度的內(nèi)外部因素。 該系統(tǒng) 中 電源轉(zhuǎn)換電路 的 原理圖 ， 如圖 所示。 因為 STM32F103RC 的 引腳 可以承受的 最高 電壓 的 范圍 為 ~， 一般情況下選擇 +， 因此需要 對 給定的 電源 進行轉(zhuǎn)換 。該電路 由 CC Y1 組成， 由 它 為主控芯片提供時鐘基準。通常情況 下， 外部時鐘 源 可以分為高 速外部振蕩器 、 低速 外部振蕩器 和時鐘輸出。 圖 主控芯片原理圖 STM32 芯片自身攜帶內(nèi)部 RC 振蕩器，為 芯片 提供 時鐘基準，本課題 中采用的主控芯片 屬于 增強型的范疇， 可以在 72MHz 的時鐘下運行。其中，復(fù)位電路就負責(zé)主控芯片的初始化；時鐘電路負責(zé)為系統(tǒng)提供時鐘基準，但是在本課題中，系統(tǒng)利用的是內(nèi)部時鐘，因而并沒有 特意 設(shè)計外部時鐘電路；電源 轉(zhuǎn)換 電路 負責(zé) 對給定的 電源進行轉(zhuǎn)換，然后 作為系統(tǒng)運行時 的 驅(qū)動源； 下載端口 是連接硬件和軟件的“橋梁”，負責(zé)將編寫的程序下載到 制作好 的 電路板中，進行調(diào)試和驗證 。 要實現(xiàn)多功能電能南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 表的預(yù)期功能，主控芯片必不可少，電 量 計量的任務(wù)、顯示和顯示屏 切換 的功能以及 RS485 的通訊功能都需要在主控芯片內(nèi) 設(shè)計 和 進行。在軟件平臺上編寫的程序可以通過下載口，下載到 STM32 芯片內(nèi)部，進行在線調(diào)試，方便實時發(fā)現(xiàn)錯誤并進行及時的修改，實用性強。 (4) 在線調(diào)試。 STM32 可以通過鎖定 Flash 引腳來 確保 信息不會 泄露和被竊取，一旦出現(xiàn) 想要獲取芯片內(nèi)部信息的行為 ，引腳狀態(tài)就會被拉高， STM32 會自動清除芯片內(nèi)部信息。信息時代，最為激烈的就是信息競爭，確保信息在傳遞過程中的保密性， 是 實現(xiàn) 信息 安全的 必要步驟。比如時鐘管理系統(tǒng)負責(zé)監(jiān)測外部時鐘的工作，一旦外部時鐘源發(fā)生問題，系統(tǒng)就會自動將內(nèi)部振蕩器切換為主時鐘源。 STM32 的外設(shè)布局越來越精密，但是對于可靠性的要求并沒有因此降低。比如 STM32 具有兩個 12 位高精度的 ADC 轉(zhuǎn)換器，并且在一定的條件下可以實現(xiàn)同時工作，衍生出多種轉(zhuǎn)換模式， 功能強大 。 (1) 精密性。 STM32 隸屬于 M 分支，屬于 微控制器系列產(chǎn)品， 同時在結(jié)構(gòu)組成上 STM32也分為基本型和增強型兩個不同的版本。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 STM32F芯片簡介 基于 ARM7 和 ARM9 內(nèi)核進行設(shè)計是微控制器發(fā)展的一個 典型 趨勢， 2021 年第一個基于 ARM CortexM3內(nèi)核的微控制器 STM32由意法半導(dǎo)體（ ST Microelectronics,簡稱 ST）推出。 但 是片上系統(tǒng) Soc 價格 昂貴， 會使得 整個設(shè)計 的 成本 大增 ， 因而 這種片上 系統(tǒng)不適 用 本課題 進行 設(shè)計。 主控芯片 的 選擇 在 設(shè)計 多功能電能表的 過程中， 確定 主控芯片 時 ， 一般 有兩種選擇方案 。 S T M 3 2 F 1 0 x A R M主 控 芯 片電 壓 采 樣 調(diào) 理A D C通 道通 訊 接 口 模 塊電 源 模 塊按 鍵 輸 入 模 塊存 儲 模 塊段 碼 顯 示 模 塊電 流 采 樣 調(diào) 理 圖 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 本 文中 主控芯片采用 型號為 STM32F103RC 的微控制器，在保證電流、電壓采樣精度的前提下，使得結(jié)構(gòu)盡可能的簡潔，避免了復(fù)雜多變的電路布局，更加方便PCB 板的制作，并且成本 較為 低廉。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第二 章 多功能電能表硬件設(shè)計 整體方案設(shè)計 本文 設(shè)計的三相多功能電能表 的 硬件 ， 在整體結(jié)構(gòu)上主要由主控模塊、電源 轉(zhuǎn)換模塊、電流電壓采樣 調(diào)理 模塊、 LCD 段碼 顯示模塊 、 RS485 通訊 接口 模塊 、 按鍵輸出 模塊以及 EEPROM 存儲模塊組成。最后進行軟硬件部分之間的 測試 和實驗 ，如果發(fā)現(xiàn)存在問題，就及時地解決問題，不斷地完善軟件 的程序設(shè)計和硬件電路設(shè)計。再依照模塊化 思想 的設(shè)計原則，將整個硬件設(shè)計方案分解為主控模塊、顯示和按鍵模塊、電流電壓采樣南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 模塊以及 RS485 通訊接口模塊等模塊進行單獨地設(shè)計，最后通過連線將不同 的 板子進行整合， 建立 各個 電路板 之間的聯(lián)系， 完成整個課題的硬件部分設(shè)計。 課題研究內(nèi)容 本課題旨在從實際需求出發(fā)，設(shè)計一款經(jīng)濟實用且結(jié)構(gòu)簡 單 的多功能電能表。高精度的三相多功能電能表的 研制 和 應(yīng)用 ,是適應(yīng)時代發(fā) 展的重大項目，并且可以拉動整個儀器儀表業(yè)的發(fā)展，擁有不可估量的 經(jīng)濟價值。 課題研究背景 及內(nèi)容 課題研究背景 社會經(jīng)濟的發(fā)展，帶動電能的迅猛發(fā)展；現(xiàn)如今電力系統(tǒng)的發(fā)展又成為了國家經(jīng)濟發(fā)展和國民生活質(zhì)量提高的決定性因素。 多功能電能表 正 在朝著高精度、高安全性、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向上 發(fā)展 ，關(guān)鍵的技術(shù)支持是必不可少的。因而要保證和提高電能表的可靠性，就必須解決電力電子器件的可靠性問題。 (2) 高可靠性。在 日程生活中， 電能表 是要作為測量電能的 工具發(fā)揮作用的 ，需要長時間不間斷工作。精度是評判電能表功能好壞的重要指標，精度的高低直接影響到電能表反饋信息的準確性。未來多功能電能表的發(fā)展方向大致就是高精度化、高可靠性化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 電能表的發(fā)展前景 電子技術(shù)的迅 速發(fā)展，拉動了信息通訊、傳感器等技術(shù)的發(fā)展。多功能電能表 早 就宣稱 已經(jīng) 朝著智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，但是智能化也只不過是人們事先將“預(yù)見”的可能事件寫入程序， 不斷地 進行 實時的 檢測，當發(fā)現(xiàn)此類事件發(fā)生時才會做出相應(yīng)的響應(yīng)，并“自行處理”出現(xiàn)的問題，排除潛在的危險。為了保障電力用戶的利益，防竊電技術(shù)也將成為將來電能表發(fā)展 的 一種重要的技術(shù)支持。多功能電能表需要實現(xiàn)的功能較多，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)相應(yīng)增多，如今市場自由競爭激烈，信息的安全 性尤為重要。近幾年，由于電力電子器件的發(fā)展，制作成本不斷下降，成本的問題也會慢慢地得到解決。成本對于電能表生產(chǎn) 商是一個負擔(dān)，而價格更是電力用戶考慮的因素。多功能電能表使用方便，但是對于用戶來說價格卻偏高。 多功能電能表存在的問題 盡管，我國大城市已經(jīng)在普遍使用多功能電能表，但是仍 然存在一些問題。但是在經(jīng)濟較為落后的農(nóng)村仍然沿用傳統(tǒng)的單一功能的電能表，負責(zé)抄表的工作人員工 作強度大、工作量多，并且工作效率低，特別在外部環(huán)境惡劣的情況下。 多功能電能表在我國起步較晚，近幾年才開始有了長足的進步。單一功能的電能表早已不能滿足市場和用戶的需求，為了適應(yīng)市場的發(fā)展、用戶的期望，多功能電能表很快就被創(chuàng)造出來并得到應(yīng)用。 但是 從整體角度出發(fā)，我國的科技創(chuàng)新水平還是落后于發(fā)達國家和工業(yè)發(fā)達的西方國家，在電能表的研制方面還要做出更多的努力和創(chuàng)新。近年來，我國創(chuàng)新意識被喚醒，科技得到快速的發(fā)展。 中國 作 為一個發(fā)展中國家 ，由于經(jīng)濟和科技的雙重原因，在電能表的自主研發(fā)領(lǐng)域起步較晚。日本早在上個世紀 70 年代就首先研制出電子式電能表，歐美發(fā)達國家更是緊跟其后不斷研制出性能更加完善的電子式電能表，并且僅僅用了十年的發(fā)展時間，就推出了性能優(yōu)越、功能完善的全電子式多 功能電能表。實用電能表向功能多元化發(fā)展前進是不可逆轉(zhuǎn)的一個大趨勢。全球科技競爭愈 演愈烈，電力電子 技術(shù)以及通訊技術(shù)“全面開花”，科技越發(fā)達，電能表的性能越優(yōu)越。測量精度得到了大幅度的提高，壽命進一步延長，測量的頻率范圍已經(jīng)從開始的窄頻帶得到了很大的拓展，可以實現(xiàn)幾千赫茲的頻率跨度。由于電子式電能表是在機電式電能表提出旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上 得以實現(xiàn)的，因而又被叫 做靜止式電能表。但是機電式電能表的出現(xiàn)和應(yīng)用，激發(fā)了人們創(chuàng)造全電子式電能表的 動力， 并且 提供了 新的思路。機電式電能表在傳統(tǒng) 感應(yīng)式電能表的 基礎(chǔ)上 進行了 改進 ，突破了原先存在的 部分局限性，使用壽命延長，抗干擾能力進一步加強。 (2) 機電式電能表 在人們對電能表功能和性能要求不斷提高的情況下，發(fā)現(xiàn)可以將電子電路應(yīng)用到感應(yīng)式電能表，保持 制作的 基本工作原理不變，使得感應(yīng)式電能表功能得到進一步的改善，創(chuàng)造出機電式電能表。不 僅測量精度和測量頻率不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求，而且由于感應(yīng)式電能表制作 原理的局限性，功耗問題已經(jīng)變成一個不容忽視的事實。但是，隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，高次諧波的出現(xiàn)對傳統(tǒng)感應(yīng)式電能表提出了挑戰(zhàn)。由于感應(yīng)式電能表具有較為簡單的結(jié)構(gòu)，制造成本低，安全性高，壽命長久，易于維修等特點，因而得到了普遍的應(yīng)用。盡管其測量精度不盡人意，并且只能局限于測量直流電，但是對于推動電能計量表的發(fā)展而言，意義重大。 電能表的發(fā)展 隨著科技的快速進步，電能表 在 不斷地更新?lián)Q代，以應(yīng)對人們對于功能和性能越來越高的要求。電能表根據(jù)其他差異的方面 也 可以被 劃分到不同的范疇 ，比如按照使用途徑進行分類，就可以 將其分為單相電能表、有 功電能表以及多功能電能表等 等 。 STM32F103。s lives more to close with the power position in people39。 本 文 最后 完成 了 多功能電能表 的系統(tǒng)調(diào)試 ， 對 經(jīng)過 采樣和調(diào)理得 到的電壓、電流 信號 進行 計算 ， 并 完成 顯示， 而且 通過按鍵 的 選擇 實現(xiàn) 了 顯示屏 的 切換 ，基本 實現(xiàn) 了多功能定能表的預(yù)期功能。 其中 ， 多功能電能表的硬件部分主要包括主控模塊 、 電源 轉(zhuǎn)換 模塊 、 電壓電流 采樣模塊 、 EEPROM 存儲模塊 、 LCD 段碼 顯示模塊 、 按鍵輸入模塊 和 RS485通訊 接口模塊 。 本 文 采用 STM32F103RC型號的 微控制器 作為 主控芯片 ， 設(shè)計 了 一款 實用性強、結(jié)構(gòu)簡單的 多功能 電能表 。 **************** 自動化學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目： 基于 STM32 的多功能電能表的設(shè)計 專業(yè)： 自動化 班級： 自動化 111 學(xué)號： ********** 學(xué)生姓名： ****** 指導(dǎo)教師： ************ 起止日期： ～ 設(shè)計地點： Graduation Design (Thesis) The Design of Threephase Multifunctional Power Meter Based on STM32 By ********** Supervised by Prof. ****** School of Automation ******************* June, 2021 *********自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） I 摘 要 電能表作為測量電能的工具 ， 是連接電力用戶和電能之間的一座“橋梁”， 隨著電能在人們生活中的地位越來越重要， 它 與人們生活 之間 的 聯(lián)系 也 更加地緊密 。雖然 電能表 也 在不斷地發(fā)展，但是 局限 于 功能單一 ， 傳統(tǒng)的電能表 已經(jīng)滿足不了 用戶對 其 越來 越高 的要求 。 在 設(shè)計 電能表硬件和 軟件的 過程中 ，都采用了 模塊化 的設(shè)計 思想 。 并且 利用 軟件 編譯 平臺 MDK 進行了 軟件 部分 的 設(shè)計， 主要 包括 主程序、系統(tǒng)初始化 程序 、電量處理 程序 、 鍵盤中斷程序以及 LCD 段碼 顯示程序 。 關(guān)鍵詞： 電能表； STM32F103； 段碼 LCD； RS485 *********自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） II ABSTRACT Electricity meter connects a bridge between power users and power that used as a kind of measurement tool. The link between it and the people39。s lives increasingly important. While the meter is constantly evolving, but limited to a single function, the conventional meters has failed to meet the growing demands of its users. In this paper, using the type microcontroller of STM32F103RC as the master chip, designed a practical, simple structure of multifunction meter. In the process of th