基于STM32的智能电源转换器

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基于STM32单片机的分布式智能配电终端设计

基于STM32单片机的分布式智能配电终端设计摘要：本文基于STM32单片机设计了一种分布式智能配电终端，旨在解决传统配电系统中存在的信息不对称、操作不便等问题。

通过该终端，用户可以实现对电力系统的监测、控制、保护等多种功能，实现配电系统的自动化、智能化。

在系统设计中，我们使用了基于CAN总线的分布式控制架构，以及基于嵌入式系统的设计方法，使得该终端具有可靠性、稳定性和实用性。

最后，通过实验验证了该终端的性能和可行性。

关键词：STM32单片机；分布式智能配电终端；CAN总线；嵌入式系统引言：随着信息技术和自动化技术的不断发展，电力系统的自动化、智能化已经成为发展趋势。

传统的配电系统中存在着信息不对称、操作不便等问题，给配电系统的安全和稳定带来了很大的隐患。

因此，设计一种高可靠性、稳定性和实用性的分布式智能配电终端，对于实现配电系统的自动化和智能化具有重要意义。

目前，单片机技术已经成为智能电力系统中不可或缺的组成部分。

STM32单片机是一款功能强大、性能稳定的单片机芯片，具有低功耗、高速度、高精度等特点，适用于各种工业控制、智能家居等领域。

一．传统配电系统的问题与不足（一）信息不对称传统配电系统中，信息流动不畅，各个环节之间缺乏有效的信息传递和处理，导致信息不对称。

例如，传统的配电系统中，电力信息需要手动收集，而且数据精度低，容易出现错误，使得对电力系统的监测和保护变得困难。

此外，对于故障信息的传递和处理也存在问题。

由于缺乏有效的通讯手段，故障信息往往需要经过多次传递才能到达责任部门，导致故障响应时间较长，影响配电系统的安全和稳定。

（二）操作不便传统配电系统的操作往往需要人工干预，人工操作控制，效率低下，存在安全隐患。

例如，传统配电系统的开关操作需要人工进行，操作不便，容易出现误操作或操作不当，造成安全事故。

此外，对于配电系统的监测和保护，也需要人工干预，无法实现自动化和智能化，效率低下，使得配电系统的运行效率和稳定性下降。

基于STM32双向转换电源的设计与实现

基于STM32双向转换电源的设计与实现为了实现电能的双向流动，在研究双向DC-DC变换器的基础上，采用主拓扑为Buck-Boost级联型双向直流变换器，利用脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）技术[1]，设计并制作了一种可双向转换电能的开关电源。

设计中以STM32为控制和计算核心，实现对锂电池的充放电，经过实际的测试，充电时，在输入为30V时，以恒定电流2A为锂电池充电，精度可达0.6%以上，效率高达95.69%；放电时，输出恒定电压30V，效率高达94.58%。

标签：Bi Buck-Boost；双向DC-DC变换器；高效率；PWM引言早在20世纪80年代初，双向直流变换器就应用于人造卫星的太阳能电源系统。

随后，双向直流变换器在电动车辆、应急和备用电源中得到了应用。

随着太阳能电源、风力发电、燃料电池等新型电源的兴起，双向直流变换器的应用更加广泛[2]。

直流变换器主要可分为隔离式和非隔离式，非隔离式的直流变换器相对隔离式的具有效率高、体积小、重量轻、制作方便等优点，但会存在开关管寄生二极管的反向恢复问题；非隔离式双向直流变换器主要有：Buck-Boost、Buck/Boost、Cuk和Sepi-Zeta四种拓扑结构。

综合考虑到后，电源的主电路采用双向Buck-Boost直流变换器，该拓扑结构简单，转化效率比较高，配合STM32单片机的稳定控制，能够实现电能的双向流动。

1 系统框图及工作原理系统的结构框图如图1所示，以STM32为控制核心，Bi Buck-Boost为主电路，以及驱动电路、辅助电源、采样电路、过压保护电路等。

系统共有两种工作模式，分别是充电模式和放电模式；在充电模式下，电路为同步Buck，由直流稳压电源供电，STM32作为控制核心，通过采样和脉宽调制技术，输出恒定电流对锂电池进行充电，可在液晶上实时显示充电电流数值，同时设有过压保护电路，防止损坏锂电池。

放电模式下，由锂电池供电，同样用STM32作为控制核心，通过采样和脉宽调制技术，输出恒定电压，液晶实时显示放电电压，电压值可通过键盘设置。

基于STM３２的数控可调直流电源设计

第３７卷第４期２０２３年７月兰州文理学院学报(自然科学版)J o u r n a l o fL a n z h o uU n i v e r s i t y ofA r t s a n dS c i e n c e (N a t u r a l S c i e n c e s )V o l ．３７N o ．４J u l ．２０２３收稿日期:２０２３Ｇ０３Ｇ１０基金项目:淮南师范学院自然科学研究重点项目(２０２２X J Z D ０２６);教育部产学合作协同育人项目(２２０９０６５１７２６１９２５)作者简介:戴文俊(１９８７Ｇ),男,安徽长丰人,讲师,硕士,研究方向为电力电子与电气传动控制．E Ｇm a i l :a w j k a o ya n ＠１６３．c o m．㊀㊀文章编号:２０９５Ｇ６９９１(２０２３)０４Ｇ００７４Ｇ０５基于S TM ３２的数控可调直流电源设计戴文俊,胡艳丽,阚绪月(淮南师范学院机械与电气工程学院,安徽淮南２３２０３８)摘要:为了提高电源的输出电压精度和减小负载调整率,采用S TM ３２单片机作为控制核心设计数控可调电源．硬件包括主电路㊁驱动电路㊁控制电路㊁检测电路㊁辅助电源电路㊁液晶显示电路和保护电路．单片机通过检测电路采集输出电压和电流信号,采用模糊自适应P I D 和P WM 算法控制输出电压达到期望值并趋于稳定．实验测试结果显示:本数控电源空载输出电压精度达９９．４％,负载输出电压精度为９８％,且具有输出电压双向可调㊁步进幅度可设置㊁实时显示和保护等功能．关键词:S TM ３２;可调直流电源;模糊自适应P I D ;数控中图分类号:T N ８６;T P ３６８．１㊀㊀㊀文献标志码:AD e s i g no fN u m e r i c a l C o n t r o lA d j u s t a b l eD CP o w e r S u p p l y Ba s e do nS T M ３２D A IW e n Ｇj u n ,HUY a n Ｇl i ,K A N X u Ｇyu e (S c h o o l o fM e c h a n i c a l a n dE l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ,H u a i n a nN o r m a lU n i v e r s i t y,H u a i n a n２３２０３８,A n h u i ,C h i n a )A b s t r a c t :I no r d e r t o i m p r o v e t h e o u t p u t v o l t a g e a c c u r a c y o f t h e p o w e r s u p p l y an d r e d u c e t h e l o a d a d j u s t m e n t r a t e ,S T M ３２s i n g l e c h i p m i c r o c o m p u t e r i s u s e da s t h e c o n t r o l c o r e t od e s i gn t h eN Ca d j u s t a b l e p o w e r s u p p l y．T h eh a r d w a r e i n c l u d e sm a i nc i r c u i t ,d r i v ec i r c u i t ,c o n t r o l c i r c u i t ,d e t e c t i o n c i r c u i t ,a u x i l i a r yp o w e r c i r c u i t ,l i q u i dc r y s t a l d i s p l a y c i r c u i t a n d p r o t e c t i o n c i r c u i t ．T h e s i n g l e c h i p m i c r o c o m p u t e r c o l l e c t s t h e o u t p u t v o l t a g e a n d c u r r e n t s i g n a l t h r o u gh t h e d e t e c t i o n c i r c u i t ,a n du s e s f u z z y a d a p t i v eP I Da n dP WMa l g o r i t h m s t o c o n t r o l t h eo u t p u t v o l t a g e t o r e a c h t h e e x p e c t e d v a l u e a n d t e n d s t o b e s t a b l e ．T h e e x pe r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a t t h e p r e c i s i o nof n o Ｇl o a d o u t p u t v o l t ag e i s ９９．４％,th e p r e ci s i o n o f l o a d o u t p u t v o l t a ge i s ９８％．I t h a s t h ef u n c t i o n s o f b i d i r e c t i o n a l a d j u s t a b l e o u t p u t v o l t ag e ,a d j u s t a b l e s t e p a m p l i t u d e ,r e a l Ｇt i m e d i s p l a y an d p r o t e c t i o n ．K e y w o r d s :S T M ３２;a d j u s t a b l eD C p o w e r s u p p l y ;f u z z y a d a p t i v eP I D ;n u m e r i c a l c o n t r o l ㊀㊀电源是各种电子设备必不可少的组成部分,其性能的优劣直接关系到整个设备的安全性与可靠性指标．随着科技的发展,各种先进设备已经普及到生产㊁生活和科研等各个领域,也对电源的精度和性能有了更高的要求,因此,许多设备逐渐采用高精度的数控电源,比如在电力通信领域,通信电源是各种电力数据采集㊁远程控制等终端设备的能源保障[１Ｇ２];U P S 电源在轨道交通领域的作用是保障列车运行的信号系统安全㊁稳定和可持续工作[３Ｇ４]．数控直流电源的设计与开发主要集中在控制芯片㊁电源变换原理等方面．在控制芯片方面,大部分采用基于冯诺依曼结构的８０５１系列单片机．文献[５Ｇ６]采用A T M E L 公司的５１系列单片机,文献[７Ｇ８]采用中国宏晶科技公司的５１系列单片机,文献[９]采用意法半导体公司S T M８单片机,文献[１０]采用A T M E L公司的A V R单片机．上述控制芯片均为８位元的单片机,属于入门级控制芯片,在数据处理方面,精度有限．所以一些A R M芯片和数字信号处理器被应用到数控电源的设计中．文献[１１]所设计的便携式数控直流电源采用基于A R M C o r t e x内核的S T M３２控制器,其在电源设计中可以采用更优的控制技术,发挥更高的性能．在电源变换原理方面,主要分为D/A转换芯片和电力电子变换电路两大类[５Ｇ６,８,１０Ｇ１１]．经D/A转换芯片转换成模拟量,再通过集成运算放大器构成调理电路产生直流电压,采用独立按键调整单片机数字量值从而调节电压的输出值．这种变换方法一般是对于电压固定的直流电源进行变换,产生可调的电压值,且输出范围比较小,功率取决于提供的直流电源,控制方式一般采用开环控制,不能做到动态调整,精度较低．文献[９,１２Ｇ１３]采用的是基于电力电子开关器件构成的变换电路,一般采用A CＧD CＧD C变换方式,将输入的工频５０H z的２２０V的交流电源进行整流(A CＧD C变换),在经过变换电路(D CＧD C)实现电压调节．这种电源变换需要根据实时检测的输出实际电压与设定值的误差调节控制变换电路开关器件导通和关段的控制脉冲．这种方法称为脉宽调制技术(P WM),属于闭环控制,精度较高,可实现大功率输出．根据以上文献综述,本文基于高性能单片机S T M３２和电力电子器件实现数控可调电源的硬件电路设计;基于模糊自适应P I D控制算法和P WM技术实现动态调节和减小输出电压误差,提高精度．1㊀电源电路硬件设计1.1㊀电源电路结构本电源将电压值２２０V㊁频率５０H z的输入交流电通过变压器转换为同频率的２６V交流电,再通过整流桥和滤波电容器获得３６V直流电(A CＧD C)．经直流调压电路按照设定值控制输出(D CＧD C),采用O L E D液晶显示屏,实时显示电压设定值㊁输出值和电流值．电源硬件结构如图１所示．图１中,检测电路采用串联分压的方式采集电压,采用１Ω电阻作为采样电阻,检测电流转换为电压信号,利用单片机的A D转换功能,实现检测输出电压和电流的功能．工作电源电路通过三端稳压芯片７８L０５将１２V的输入电源经过渡为５V输出,再经AM S１１１７低压降稳压器转为３．３V给单片机供电,同时１２V的输入电源也为直流调压电路的开关管控提供驱动电压．图１㊀电源硬件结构1.2㊀驱动电路设计驱动电路的原理如图２所示．当S T M３２单片机控制电路产生的P WM信号的３．３V高电平进入驱动电路时,驱动电路输出１５V的电压给N M O S的栅极,使N M O S导通;当S T M３２单片机控制电路产生的P WM信号的０V低电平进入驱动电路时,驱动电路输出－７V的电压给N M O S的栅极,使N M O S关断．P WM１和P WM２分别接S T M３２单片机的P A７和P C６端口．1.3㊀直流调压电路设计直流调压电路采用半桥电路,如图３所示．整流电路输出的３６V直流电压接入主电路中,通过驱动芯片I R２１０１S输出信号控制型号为I R F６４０的NMO S管的导通与关断．当I R F６４０栅极为高电平时导通,低电平时关断．同时设计了输出电压L C滤波电路,保证输出电压无杂波影响．1.4㊀故障保护电路设计保护电路如图４所示,主要针对欠压㊁过压及５７第４期戴文俊等:基于S TM３２的数控可调直流电源设计图２㊀驱动电路原理图３㊀直流调压电路原理图４㊀故障保护电路结构过流等故障现象对主电路进行保护．当发生故障时,故障保护电路会产生一个低电平,S T M ３２对应的外部中断引脚的高电平被拉低,触发中断信号,S TM ３２将进入中断保护程序．在中断保护程序中,P WM 信号的输出被关闭,P WM 输出设置变为高阻态并保持低电平,I G B T 功率器件将处于关闭状态,保护三极管处于断开状态,主电路将会一直被及时有效保护．硬件自动完成整个故障保护触发过程,能快速准确地应对和处理各种故障状态．根据原理图绘制P C B ,通过制板焊接完成数控电源如图５所示．图５㊀数控直流电源实物2㊀控制策略将设定电压值与检测到的实际电压值之间的偏差及偏差的变化值输入到模糊自适应P I D 控制器获取P WM 信号的占空比值,然后动态调节P WM 信号控制D C ＧD C 变换电路开关的通断,实现电压调节．控制策略结构如图６所示．图６㊀控制策略结构㊀㊀模糊自适应P I D 控制算法的表达式可表示为[１４]:ut ()＝k p ０＋Δk p ()et()＋k i ０＋Δk i ()ʏt０et ()d t ＋k d ０＋Δk d ()d et()d t,(１)式中,k p ０,k i ０和k d ０为PI D 控制算法的初始参数;６７㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀兰州文理学院学报(自然科学版)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷Δk p ,Δk i 为和Δk d 为去模糊化后输出的P I D 在线实时调整参数．基于上述算法,本电源的软件控制流程如图７所示．图７㊀数控直流源控制程序流程3㊀测试结果与分析3.1㊀空载输出电压测试将数字万用表接在输出端口两侧,测量电路实际输出电压,观察电路输出电压大小与预期值是否符合．共进行了３次空载试验．各试验的电压范围为５V~３０V ,设定电压调整步长为１V．详细的测试数据如表１所列．测试１的１１V 设定值㊁测试２的２０V 设定值和测试３的２６V 和３０V 设定值的测试结果如图８所示．图８㊀空载实验部分测试结果表１㊀空载输出电压试验结果(单位:V )设定电压测试１输出电压绝对误差测试２输出电压绝对误差测试３输出电压绝对误差５５．０５０．０５５．０２０．０２５．０１０．０１６６．０２０．０２６．０２０．０２６．０３０．０３７７．０３０．０３７．０４０．０４７．０３０．０３８８．０４０．０４８．０５０．０５８．０４０．０４９９．０３０．０３９．０３０．０３９．０６０．０６１０１０．０１０．０１１０．０３０．０３１０．０４０．０４１１１１．０３０．０３１１．０４０．０４１１．０４０．０４１２１２．０４０．０４１２．０６０．０６１２．０５０．０５１３１３．０６０．０６１３．０５０．０５１３．０３０．０３１４１４．０５０．０５１４．０６０．０６１４．０５０．０５１５１５．０７０．０７１５．０６０．０６１５．０７０．０７１６１６．０６０．０６１６．０８０．０８１６．０６０．０６１７１７．０８０．０８１７．０７０．０７１７．０８０．０８１８１８．０７０．０７１８．０９０．０９１８．０９０．０９１９１９．１０．１１９．０９０．０９１９．１０．１２０２０．０９０．０９２０．０９０．０９２０．０８０．０８２１２１．１０．１２１．１０．１２１．１０．１２２２２．１０．１２２．０５０．０５２２．０６０．０６２３２３．１２０．１２２３．０９０．０９２３．０８０．０８２４２４．１２０．１２２４．１１０．１１２４．１０．１２５２５．１３０．１３２５．１２０．１２２５．１１０．１１２６２６．１２０．１２２６．１３０．１３２６．１３０．１３２７２７．１４０．１４２７．１３０．１３２７．１２０．１２２８２８．１０．１２８．１７０．１７２８．１９０．１９２９２９．１６０．１６２９．１４０．１４２９．１６０．１６３０３０．１３０．１３３０．１５０．１５３０．１７０．１７㊀㊀表１所列的测试数据中,实际输出电压值与期望值之间的绝对误差最小值为０．０１V ,最大值为０．１７V．根据表中的数据计算每个输出电压的平均绝对误差和平均相对误差,绘制两类误差曲线,如图９和图１０所示,并对误差曲线进行线性回归统计．图９㊀空载输出电压绝对误差曲线７７第４期戴文俊等:基于S TM ３２的数控可调直流电源设计图１０㊀空载输出电压相对误差曲线㊀㊀图９的误差曲线显示,电压的绝对误差随输出电压值的增加而增大．根据图１０所示的相对误差曲线,该电源的相对误差在０．３％~０．６％之间,精度较高．3.2㊀负载输出电压测试将直流电动机作为负载连接到输出端口,用数字万用表与直流电动机并联测量输出的实际电压值,观察电源的输出电压是否与负载的期望值一致．测试数据采集结果如表２所列．设定电压为５V 和８V 来测量电压和电流,测试结果如图１１所示．根据表２所示的负载测试数据,当负载输出电压在５V~１０V 之间时,绝对误差为０．０５V~０．１５V ,相对误差小于２％．表１中的空载试验数据显示,当空载输出电压在５V~１０V 之间时,绝对误差为０．０１V~０．１４V．对比表明,负载电压误差大于空载电压误差,这是由于电路中负载电流增加造成的电压降,属于一种正常现象．负载下输出电压的相对误差小于２％,说明负载调整率较小,精度较高．表２㊀负载输出电压试验结果设定电压/V 输出电压/V测量电流/m A绝对误差/V相对误差５４．９５１５１．５０．０５１．００％６５．９３３１７．６０．０７１．１７％７６．８７２５１．６０．１３１．８６％８８．０２２２７．２０．０２０．２５％９９．０５２０８．３０．０５０．５６％１０９．８５２００．５０．１５１．５０％图１１㊀负载试验部分测试结果4㊀结论本文采用S T M ３２单片机为主控芯片,设计了包括主电路㊁驱动电路㊁控制电路㊁检测电路㊁辅助电源电路㊁液晶显示电路和保护电路的数控电源硬件电路．单片机通过检测电路采集输出电压和电流信号构成闭环控制,采用模糊自适应P I D 和P WM 算法的调节控制提高了输出电压的精度,且具有输出电压双向可调㊁步进幅度可设置㊁实时显示和保护等功能,可以为各种工作电压的精密直流电器提供工作电源．参考文献:[１]陈丽娟．变电站通信电源综合监控系统的设计[J ]．光源与照明,２０２２(１１):１３４Ｇ１３６．[２]周荣娴．电力通信机房中智能通信电源实施与应用[J ]．电子技术与软件工程,２０２２(２１):９９Ｇ１０２．[３]王颖,李新,冯前进,等．城市轨道交通信号U P S 电源系统优化配置方案[J ]．铁路通信信号工程技术,２０２２,１９(８):６２Ｇ６７．[４]黄俊．地铁车站U P S 电源整合方式和容量确定[J ]．智能城市,２０２２,８(１１):４９Ｇ５１．[５]吴彤,孙广辉．基于A T ８９S ５２的数控直流电源设计[J ]．电子测试,２０２１(１３):３７Ｇ３９．[６]胡城瑜．探析单片机的数控直流稳压电源设计与实现[J ]．电子测试２０１７(３):１３Ｇ１４．[７]钟成,池尚霏．基于单片机的数控直流稳压电源的设计与实现[J ]．现代信息科技,２０１９,０３(３):３８Ｇ４０．[８]胡维庆,颜建军,刘哲纬．数控式直流电源设计[J ]．价值工程,２０１５,２４(１５):７０Ｇ７２．[９]程习敏,刘华．数控直流电源设计[J ]．技术创新与应用,２０１８(２７):４０Ｇ４１．[１０]张丽．精密数控直流电源的设计[J ]．电子世界,２０１６(２１):６３Ｇ６４．[１１]张红宾,李晓晨,赵二刚,等．基于S TM ３２的便携式数控直流电源设计[J ]．实验室科学,２０１９,２２(３):５３Ｇ５６．[１２]王瑜．数控可调不间断直流电源设计[D ]．芜湖:安徽工程大学,２０１７．[１３]岑祺．基于多功能双向直流变换的零碳模块化电源[J ]．电信快报,２０２３(１):２４Ｇ２９．[１４]戴文俊,范鹏飞,凌有铸,等．模糊自适应P I D 控制器在无刷直流电机控制系统中的应用研究[J ]．安徽工程大学学报,２０１２,２７(１):６４Ｇ６７．[责任编辑:李㊀岚]８７㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀兰州文理学院学报(自然科学版)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷。

基于STM32实现IEC61850标准转换器设计方案选择

一IEC61850简介IEC-61850标准提出了变电站内信息分层的概念，无论从逻辑概念上还是从物理概念上，将变电站通信体系分为3层:变电站层、间隔层、过程层[3]，并且定义了层和层之间的通信接口。

在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到制造报文规范(MM S)、传输控制协议/网际协议(TCP/IP)以太网或光纤环网。

在间隔层和过程层之间的网络采用单点向多点的单向传输以太网。

变电站内的智能电子设备(IED，测控单元和继电保护)均采用统一的协议，通过网络进行信息交换，如图1所示。

图1图 1 基于IEC61850标准的变电站监控系统模型[4] IEC-61850 标准采用面向对象的建模技术，建模了大多数公共实际设备和设备组件。

这些模型定义了公共数据格式、标识符、行为和控制,例如变电站和馈线设备(诸如断路器、电压调节器和继电保护等)。

自我描述能显著降低数据管理费用、简化数据维护、减少由于配置错误而引起的系统停机时间。

但是由于过程层的实现对于一次设备智能技术要求非常高，目前国内对于IEC-61850的应用还局限于在站控和间隔两个层面。

也就是说的IEC61850标准转换设备，要求能够达到承上启下的作用，实现IEC61850标准平台和每个底层设备不同通信协议的转换。

目前IEC61850使用以太网技术，不同的服务队时间要求有所不同，所以选用不同的通信协议栈。

采样值传输主要用于过程层和间隔层之间实时传输采样值，要求比较小的时间延时，所有应用层和逻辑链路之间不使用协议，使用以太网的多播方式。

GOOSE用于间隔层设备之间的横向逻辑闭锁，实时性要求很高，从发送到接受方要求小于4ms。

为达到高速传输目的直接将应用层数据映射到ISO/IEC8802-3定义的物理链路层。

通用变电站状态事件（GSSE）使用OSI协议。

核心的ACSI（抽象通信服务接口）在应用层使用MMS协议，在传输层使用TCP/IP协议。

二1EC61850标准转换设备实现要求和实现方案实现IEC61850标准，要求本设备能够使用变电站配置语言SCL 语言完整的描述IED或整个变电站数据模型、通信服务模型，并且映射到TCP/IP网络。

基于STM32和AD5791的高精度数模转换电路设计

基于STM32和AD5791的高精度数模转换电路设计引言：数模转换器广泛应用于各种领域，如自动化控制系统、精密测量设备等。

本文将介绍一种基于STM32微控制器和AD5791数模转换器的高精度数模转换电路设计方案。

1.系统设计原理本系统的设计原理是将STM32作为主控芯片，控制AD5791完成对模拟信号的转换。

STM32通过SPI总线与AD5791进行通信，发送数字信号控制AD5791输出模拟信号。

AD5791是一款高端的16位DAC芯片，具有很高的精度和稳定性，它能够实现模拟信号的高精度转换。

2.系统硬件设计2.1STM32选型根据系统要求，选用一款性能较好的STM32微控制器作为系统主控芯片。

考虑到需要进行高精度的数模转换，推荐选用STM32F4系列的微控制器，如STM32F407ZGT62.2AD5791选型根据系统要求，选用一款能够满足高精度转换的DAC芯片。

AD5791是ADI公司生产的一款16位DAC芯片，其精度可以达到18位，具有较高的性能指标，因此选用AD5791作为系统的数模转换器。

3.系统软件设计3.1STM32驱动程序设计使用STM32的SPI接口与AD5791进行通信，需要编写SPI驱动程序实现数据的读写。

通过STM32的GPIO口进行CS片选信号的控制。

使用STM32的定时器功能生成SPI时钟信号。

3.2AD5791驱动程序设计AD5791的驱动程序主要包括寄存器初始化、数据写入等功能。

根据系统需求，配置AD5791的寄存器参数，包括引脚控制、参考电压选择、输出范围等。

4.电路板设计4.1电源电路设计为了保证系统的稳定运行，电源电路需要设计好。

使用线性稳压芯片和滤波电容，提供稳定的5V和3.3V电源。

4.2信号连接通过连接线将STM32和AD5791连接起来，其中包括SPI数据线、时钟线和片选信号线。

还需要连接AD5791的参考电压输出、模拟输出等引脚。

5.系统测试与优化完成电路板的设计后，进行系统的调试测试。

基于STM32单片机的三相逆变器设计

基于STM32单片机的三相逆变器设计作者：陈日恒唐杰王贵龙来源：《山东工业技术》2019年第04期摘要：针对当前电网需要能输出高质量的交流电，且需具备较好的负载适应性及调压、调频等问题。

设计了基于STM32F103C8T6单片机控制的DC-AC三相正弦波逆变器。

文章详细分析了三相逆变器硬件电路各个模块的工作原理及相关参数的设计，分析了用于控制三相逆变器的SPWM调制技术、基于数字PI控制的功率变换技术，同时进行了硬件电路设计、软件设计，制作了三相逆变器实物。

通过对逆变器调压、调频测试，结果表明所制作的三相逆变器调压、调频控制方案的可行性与有效性。

关键词：三相逆变器;SPWM;STM32F103C8T6单片机DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2019.04.1390 引言当前电力电子技术已经成为了工业与科学技术的飞速发展过程中，提高电网供电性能，保障并网系统安全运行时一项非常关键的技术，而并网逆变器控制又是其中非常重要的技术[1]。

随着时代的进步，各行业对于供电电能质量有了更高的要求，如电网频率稳定、电压稳定等电能指标。

逆变控制技术能显著改善工作环境、减少开支、提高效率，同时减少了化石燃料的使用，对减少污染、节约能源有着巨大的帮助。

本文以应用于模拟微电网系统的三相并网逆变器为研究对象，设计以STM32单片机为主控电路的三相逆变器，给出了详细的硬件和软件设计过程，并提供了控制器的测试结果，测试结果表明所制作的基于STM32单片机的三相逆变器调压、调频方案的可行性与有效性。

1 系统总体方案设计先给出系统整体的结构框架，设计出逆变器主电路、控制电路、驱动电路、信号调理电路以及保护电路。

其中控制电路设计包含单片机最小系统、显示电路、信号调理电路的设计，对各个电路的工作原理作了详细分析。

程序设计主要是以STM32单片机为控制单元，通过对系统控制方法和调压、调频程序等的设计，系统的整体结构框图如下图1所示：从三相正弦波逆变电源系统的总体框图中可以看出，STM32控制单元发出SPWM信号，通过驱动电路的隔离和放大来控制三相逆变器主电路，最后输出频率和幅值可调的三相交流电。

基于stm32单片机的智能电机保护电路设计

基于stm32单片机的智能电机保护电路设计智能电机保护电路是一种基于STM32单片机的先进技术，旨在提高电机的使用寿命和安全性。

本文将详细介绍智能电机保护电路的设计原理和关键功能，以及如何根据实际需求进行设计。

首先，我们来探讨为什么需要智能电机保护电路。

随着现代工业的快速发展，越来越多的设备和系统都采用电机作为核心驱动部件。

然而，由于设备运行环境的复杂性以及负载的变化，电机可能会面临各种潜在风险，如过载、过热、欠压等。

如果这些问题得不到及时解决，电机可能会损坏，甚至导致整个系统的瘫痪。

因此，智能电机保护电路的作用就显得尤为重要。

在设计智能电机保护电路时，首先要考虑的是实时监测电机的运行状态。

为此，使用STM32单片机具有较强的计算能力和灵活的输入输出引脚，可以轻松实现对电机电流、电压、温度等参数的高准确性采集。

通过采集数据并通过内置的算法进行处理，可以及时发现电机运行过程中的异常情况。

其次，针对不同的异常情况，智能电机保护电路可以采取相应的措施进行保护。

例如，当电机运行过载时，电流传感器可以检测到电流超过预设阈值，然后通过STM32单片机控制电机停机或降低负载，以避免电机过热或烧坏。

同时，智能电机保护电路还应具备对电流和电压波形的监测功能，以便及时发现电机轴承磨损、线路短路等问题。

除了对电机的实时监测和保护措施，智能电机保护电路还应具备一些额外功能，以提高系统的可靠性和稳定性。

例如，可以加入过压保护功能，当输入电压超过安全范围时，及时切断电机的电源，防止电机或其他系统元件的损坏。

类似地，还可以设计过温保护功能，当电机温度升高到危险点时，自动切断电机电源或降低负载，以防止温度过高导致的故障。

最后，智能电机保护电路的设计应根据具体应用场景进行定制。

不同行业和领域的电机应用有着不同的特点和要求，因此保护电路的设计也需要根据实际需求进行选择和调整。

在设计过程中，应充分考虑电机的额定功率、负载特性、运行环境等因素，并选择合适的传感器和控制算法进行集成。

基于STM32的自适应智能精密电源的设计

ｔｅｓｔ，ｉｔｃａｎｓｔａｂｌｙｗｏｒｋ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｄａｐｔｉｖｅ；ｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｍｅｔｈｏｄ；ｄｉｃｈｏｔｏｍｙ；ｏｖｅｒ－ｃｕｒｒｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
ＧｕｏＰｅｎｇ，ＱｕＢｏ
（ＳｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ２１５０２：Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｓｃｈｅｍｅｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｔｗｏｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ０￣１０Ｖｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
ｉｎｓｕｒａｎｃｅｄｅｓｉｇｎ，ｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈａｔｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙａｎｄｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｐｐｌｉａｎｃｅｓ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅａｌ－ｔｉｍｅｍｏｎｉｔｏｉｎｒｇｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｔｏｓｅｔｃｕｒｒｅｎｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄ．Ｉｎｔｈｅｌｏａｄｔｅｓｔ，ｓｈｏｔｒｃｉｒｃｕｉｔｔｅｓｔａｎｄｖａｉａｒｂｌｅｌｏａｄｏｕｔｐｕｔ

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基于STM32的智能电源转换器
发表时间：2019-07-17T12:39:47.400Z 来源：《基层建设》2019年第13期作者：刘春明韩玲王冠超[导读] 摘要：为了减少用电设备待机功耗的问题，本文设计了一种基于STM32F103的具有检测用电设备电流以及电流谐波问题的可以远程控制的智能插座。

山东海信绿苑房地产开发有限公司山东省济南市 250100
摘要：为了减少用电设备待机功耗的问题，本文设计了一种基于STM32F103的具有检测用电设备电流以及电流谐波问题的可以远程控制的智能插座。

0、引言
待机能耗是指电器虽然没有使用，但其插头仍然插在插座的状态下所消耗的电能[1]。

据中国节能认证中心对家庭待机能耗做过的调查显示，待机能耗占到家庭电力消耗的 10% 左右，仅以电视机为例，平均每台电视机的待机能耗是8.07 W，按每天待机 10 h 大约耗电 0.08度。

待机能耗引起的资源和环境问题越来越受到社会的广泛关注，智能电源转换器因其方便、节能成为国内外新节能产品的研究热点[2]
本文设计的智能电源转换器在用户将转换器中主要设备关闭后，造成电路中电流骤减，基于 ARM 系列单片机 STM32F103 的微控制器能迅速检测到电流减小，从而认定主要设备关闭，之后切断插座电源，智能插座上的所有用电设备将全部实现自动断电。

智能电源转换器还可以检测用电设备的谐波信息，通过SX1278模块经过节点上传至服务器用于数据分析。

1、智能电源转换器的总体设计
为了解决此电源转换器的需求，本文以STM32f103单片机为核心，霍尔元件的电流检测芯片、电流信号调理电路、SX1278无线模块构成系统的总体结构。

2、硬件设计
2.1微处理器的选择
微控制器选择STM32F103C8T6，其供电电压典型值为3.3V，一系列的省电模式可保证低功耗应用的要求。

图1是STM32F103C8T6最小系统。

2.2电流检测芯片选型
电流检测原件选用ACS712，通过该铜制电流路径施加的电流能够生成可被集成霍尔 IC 感应并转化为成比例电压的磁场，通过将磁性信号靠近霍尔传感器，实现器件精确度优化。

图1 单片机最小系统图2 电流检测电路
2.3 SX1278通信模块
通信模块采用了Semtech公司生产的、具有优良远程通信能力的SX1278射频处理器。

MCU与SX1278通过串行外设接口总线进通信，包括设置参数和读写先进先出（first input first output，FIFO）。

SX1278可以通过6根连接线DIO0～DIO5中断MCU，完成异步事件处理。

为判断接收和发送[3]。

3、软件设计
智能电源转换器完成对插座电气参数的采集和控制，并将数据通过SX1278无线模块上传至物联网节点。

物联网节点通过TCP/IP协议将数据发送至服务器，在上位机进行数据显示，以及绘制历史曲线并进行数据分析。

3.1智能电源转换器程序设计
系统上电初始化，开机以后，终端模块需要加入节点网络当中，完成自组网。

组网完成后，智能电源转换器采集电流电压信息，并进行FFT分解，根据智能电源转换器与物联网节点间协议，系统每过一段时间将采集到的信息通过物联网节点定时上传。

3.2上位机程序设计
上位机软件使用python语言编写。

Python 是一种面向对象的解释型计算机程序设计语言。

上位机软件可显示电流电压以及谐波的实时数据，并能控制电源转换器的开关状态。

4 系统测试分析
完成本系统所有的理论设计以后在实验室搭建了测试环境上电运行检测。

表1.。