基于STM32F103单片机的开度仪电子开关设计
基于STM32F103单片机的开度仪电子开关设计
基于STM32F103单片机的开度仪电子开关设计摘要：开度仪是水利水电工程项目中广泛使用的检测仪器，主要用于记录水闸闸门及启闭机油缸活塞杆行程，配合成套的数字测控仪表即可通过数字观察闸门或油缸的行程位置。
开度仪一般均装有用于提示闸门或油缸位置的开关，如闸门全关位和闸门全开位等都是在实际工程中经常用到的闸门位置开关，目前广泛使用的主要是机械开关，机械开关精度较差，与预定位置往往有几十毫米的误差，在实际工程中会造成许多不必要的故障，而基于STM32F103单片机的电子开关在实现机械开关功能的同时还能具备极高的精度和稳定性，可以在实际工程中广泛推广。
关键词：开度仪，STM32，单片机，电子开关1、STM32F103单片机STM32F103系列单片机使用32位高性能ARM Cortex-M3内核，工作频率72MHz，内置128K闪存，包括ADC，通用16位定时器等以及USART接口，USB接口以及CAN总线接口等标准和先进的通信接口。
2、开度仪电子开关的必要性闸门开度仪通过将较大量程的线位移转化为角位移进行测量，具有测量精度高，结构紧凑，安装调试方便的优点。
位置开关是开度仪的重要组成部分。
闸门运动时，测量轮在收绳机构和钢丝绳的带动下转动，将油缸活塞杆或闸门开度的线位移转换成测量卷筒的角位移，光电编码器将卷筒的角位移量转换成对应数字（脉冲）量，经开度显示测控仪处理后，显示出油缸的直接行程量并送 PLC 进行解算（或直接将编码器信号送 PLC处理），得出闸门移动的位移量即闸门当前所处的位置。
位置开关就用于指示闸门当前所处位置。
目前使用较多的位置开关是机械开关，机械开关由于其自身局限性，存在着误差较大，指示位置不精确和不及时等问题，在实际工程应用中容易造成误报，存在着一定的安全隐患，同时机械开关需要根据现场实际情况调整其位置，对于现场调试人员而言非常麻烦。
而电子开关在实现机械开关功能的同时，具有开关动作精确，误差极小等优势，而且调试方便，位置调整均通过电路实现，保证了调试人员的人身安全。
基于STM32F103的三相智能电表设计
基于STM32F103的三相智能电表设计作者：王冠陈利来源：《电脑知识与技术》2018年第22期摘要：该文主要介绍基于ST公司推出的STM32F103为MCU的新型三相智能电表的设计方案。
该电能表主要实现三相电的电压、电流、功率因素、正反向有用功、正反向无用功等参数的计量与检测。
ATT7022C计量芯片对三相电进行检查与电能计量，把结果通过内部总线传给核心控制器STM32F103，经过STM32F103处理后进行数据的存储，并把结果输出到显示控制芯片DS3231，在该芯片控制下利用LCD液晶显示屏进行显示。
同时本表还配置了RS485、RS232、红外线通信接口，借助RS485、RS232通信接口和网络，电能表与上位机通信，从而实现了远程智能抄表；对于无网络偏远地区用电用户，抄表员使用掌机，借助红外线接口与电能表通信，快速便捷的完成抄表工作。
关键词：智能电表；STM32F103；ATT7022C；DS3231；计量中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）22-0219-031 引言21世纪以来，随着我国经济的快速发展，企业、工厂、机关、居民等对电能的需求量也急剧的增加。
电能表作为供电部门和用电用户之间计量的唯一工具，其地位和作用尤为重要。
传统的感应电表存在不稳定、计量精确度差、不可靠等缺点，更不能检测到用户偷电现象，需要抄表员逐表抄记，抄表效率极低，带来人力、物力的极大浪费。
随着国家信息化技术的高速发展、人工成本的日益增高，具备远程抄表功能的高精度、高可靠性的智能电表在市场中的应用日益广泛。
本文设计的三相电表以STM3231F103芯片为核心控制处理器，通过高精度计量芯片ATT7022C进行计量，借助芯片DS3231控制显示。
完成了三相电压、三相电流、功率因素、正反向有功，正反向无功等计量数据的显示和远程抄读。
2 智能电表系统设计整体三相电表设计分为2大部分，分别是主板和底板构成。
基于STM32F103单片机电流电压采集系统设计
Telecom Power Technology研制开发单片机电流电压采集系统设计叶锐文，植瑶瑶，于智荣，蒙 露，张海东，覃赵军（广西大学行健文理学院，广西南宁配电网中，各种配电终端的电流、电压、有功功率及无功功率等模拟量的采集是配电网自动化的重要环节。
这些模拟量的采集也是各种仪器和家用电器的必要功能。
因此，设计了基于嵌入式TV1005M和电流互感器TA1005M模块互联后，可以实时显示交流电压、交流电流、功率及电量值；通过设定阈值功率，可以实现对电Design of Current and Voltage Acquisition System Based on STM32F103 MicrocontrollerYU Zhi-rong，MENG Lu，Guangxi University Xingjian College of SciencesandLiberalArtsthe collection of analog，such as currentpower at various distribution terminals is a very important part of distribution network automation. These analog acquisitions are图1 系统结构图1.2 WiFi模块电路安装WiFi模块，硬件设备嵌入WiFi模块后可以直接利用WiFi与屏幕或者手机APP进行连接，实现交流电压、交流电流、功率及电量值的显示。
1.3 继电器控制电路由于设计了具有监控和保护作用的电路，因此设计的系统具有保护功能。
当有功功率达到设定值时，CPU会发出信号，控制继电器断开，排除故障后，可以通过屏幕控制继电器接通恢复供电。
2 采集系统软件设计电流电压采集系统软件设计主要采用模块化编程。
2为程序流程图。
3 采集终端设计3.1 电流采集终端设计电流采集终端采用的是TA1005系列母线内置式· ３３ ·定时采集电压电流值是否到时开始初始化系统时钟初始化IO口初始化定时器电压电流采集WiFi数据交互是否成功是是WiFi数据处理LED指示灯处理功率电量计算继电器驱动处理否否图2 程序流程图IN 34OUT 1I 2图3 电阻法直接获取电压34-+I 2I C o =4500/ωR f (μf)C R f 图4 IC 法获取电压 图5 交流电压互感器线圈图典型应用如图6和图7所示，性能参数如表1234I 2R 1R L R L ≤250ΩR 1≥V IN /I 1V 2=I 2R L采样电压图6 典型应用12341I 2R 1R f R 1≥V IN /I 1V 2=I 2RL-+I C C oC o =4500/ωR V out =I 2R f图7 典型应用4 数据采集电路基于互感器的终端，采集到的是交流的模拟量，不能被嵌入式单片机处理，需要转换成数字量，因此需要滤波和整流等环节，如图8和图9所示。
基于stm32f103的简单控制系统设计
基于stm32f103的简单控制系统设计正文:基于STM32F103的简单控制系统设计是一种基于单片机的控制系统，使用STM32F103微控制器作为核心处理器。
该控制系统可以用于各种应用，如家庭自动化、工业自动化、机器人控制等。
在这个控制系统中，STM32F103微控制器可以通过各种传感器来获取环境信息，然后根据预设的控制算法来控制执行器或设备。
通过这种方式，我们可以实现自动化控制，提高效率和准确性。
在设计这个简单控制系统之前，我们需要确定控制系统的功能需求和性能要求。
然后，我们可以选择合适的硬件和软件组件来实现这些功能。
对于STM32F103微控制器，我们可以使用Keil MDK开发环境来编写代码，并使用外部传感器和执行器来与微控制器进行通信。
控制系统的设计包括硬件设计和软件设计两个方面。
在硬件设计方面，我们需要将STM32F103微控制器与其他外设（如传感器和执行器）进行连接。
这可能涉及到使用电路板设计工具进行电路设计，并在PCB 上布局和布线。
在软件设计方面，我们需要编写嵌入式C代码来实现控制算法和与外部设备的通信。
通过使用STM32F103的开发环境和相关库函数，我们可以轻松地编写代码来配置和控制微控制器的各个外设。
在实际应用中，我们可以将这个简单的控制系统用于各种场景。
例如，在家庭自动化中，我们可以使用该控制系统来控制家庭设备的开关和亮度调节。
在工业自动化中，我们可以使用该控制系统来控制生产线上的机器人和传送带。
通过使用STM32F103微控制器，我们可以实现精确的控制和实时响应。
总之，基于STM32F103的简单控制系统设计是一种灵活且可扩展的解决方案，可以满足各种应用的控制需求。
通过合理的硬件和软件设计，我们可以实现高效、准确和可靠的控制系统。
基于STM32F103和IFOC的三相交流感应电机测控系统设计
向通道包 括两 路反馈 信号 ， 一路 采集定 子 的电流 ， 另
一
路获取 转子 的位 置 和速 度 ． 除此 以外还 包 括 电 源
ｆ 一 Ｌ ｉ ＋ Ｌ ＋ ｉ （ ）
变 换及 电压监 测模块 和 电机实 时数据 显示 的液晶模
式 中 ， 口轴与 ｄ轴之 间 的夹 角 ， 是 一叫 ＋ ， 。
测 量电机 的数值 （ 电压和 电流 ） 相 ． 用 Ｃ ａｋ ｌｒｅ转 换 将 它 们 转换 成 ２相 系 统 （ ， ａ
・
是初 始 位置 角 ． 是要 实 现 Ｉ Ｏ 但 Ｆ Ｃ控 制 还 有 一个
条 件必须 满 足 ， ａ轴 的方 向必 须 与 转 子 的磁 场 方 向 相 同． 以上两种 变换 中各坐 标系 的关 系如 图 １所示 ．
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上 述 方程 中因为 定 子采 用 三相 星 形 接法 ， 以 所 ｉ＋ｉ＋ｉ一０ ａ 卢坐标 系 相对 于 定 子是 静 止 的 ， ．， 且
Ｃ ＡＮ、 Ｂ等多种 通信接 口使 ＩＯＣ算 法 能够 高效 ＵＳ Ｆ
便 捷 的实 现． 。
Ｓ Ｍ３ Ｆ ０ Ｒ Ｔ ２ １ ３ Ｃ控 制 器为核 心 的感应 电机 测控 系统 设计 方案 ． 据 Ｉ ＯＣ算 法和 Ｓ Ｍ３ Ｆ ０ ＲＣ的特 根 Ｆ Ｔ ２ １３ 点 ， 中给 出了系统具体 的软硬 件 实现 方 法． 文 样机 测试表 明 ， 方案 可 实现 对此 类 电机 的准 确监 测 和稳 该
作 者 简介 ： 根莲 （９ １ ） 女 ， 士 ， 师 ， 究方 向 ： 电 一 体 化 杨 １７一 ， 硕 讲 研 机
基于STM32F103的晶闸管投切开关的设计
〇 引言
随着电力电子技术的广泛应用和晶闸管技术 的 不 断 成 熟 ，晶 闸 管 投 切 开 关 大 量 应 用 于 无 功 补 偿设备中[1]。传 统 的 晶 闸 管 投 切 开 关 大 多 采 用 模拟电路或简单的逻辑芯片组成的电路控制。随 着 单 片 机 技 术 的 发 展 ，采 用 单 片 机 作 为 主 控 芯 片 组成控制电路[2]。在谐波较大、电压畸变比较严 重 的 场 合 ，要 取 样 并 且 正 确 投 切 ，需要的晶闸管驱
•电器设计与探讨•
电 器 与 能 效 管 理 技 术 (2017N O .1 1 )
基 于 STM32F1 0 3 的 晶 闸管投切
开关的设计
梁 青 1， 杨 扬 2 ( 1 . 许 昌 许 继 配 电 股 份 有 限 公 司 ，河 南 许 昌 461000; 2 . 许 昌 许 继 昌 龙 电 能 科 技 股 份 有 限 公 司 ，河 南 许 昌 461000)
Abstract ：Through the study of thyristor-switched, a new design method was proposed. It mainly introduced the improvement of energy consumption, anti-jamming and communication in the thyristor-switch module with STM32F103 as the core control unit, and is compatible with all kinds of controllers, and the switching speed is faster. Real-time monitoring of fault and displaying fault information to determine the fault is more simple, and it has a series resonant protection function. The application of the thyristor-switch was simulated and analyzed, and in practice,it has been successfully applied to automotive welding and other fields.
基于STM32F103的电感测量仪
基于STM32F103的电感测量仪作者：向波向伟郑恒董效杰来源：《科技资讯》2017年第21期摘要：该文介绍的电感测量仪是由STM32F103单片机作为控制芯片的软硬件控制系统设计。
系统由电源模块、信号产生模块、测量滤波模块、人机交互模块和单片机等子模块组成。
利用集成压控振荡芯片、变容二极管、待测电感和滤波电路产生精确的谐振频率信号。
由STM32F103单片机检测经放大和分频之后的谐振信号，计算并通过人机交互模块显示电感的测量值，实现对电感的测量，此方法测量方便，易于实现，成本较低。
关键词：电感测量集成压控振荡原理 STM32单片机中图分类号：TH83 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（c）-0019-03在电力电子设计和嵌入式控制领域中，受多方面因素的影响，电感线圈往往不同于电阻方便测量。
为了解决该问题，该文介绍了一种间接测量电感值的方法，暨利用集成压控振荡原理，将不同电感线圈的电感值转换成频率信号，最后通过检测频率实现对电感的间接测量。
实验表明，基于该方法设计的电感测量仪能够实现较微小值的测量，且测量结果一致性好、性能稳定、测量精度高。
1 测量原理系统利用电感和电容通过谐振原理，后经过集成压控振荡芯片将谐振频率作为检测频率输出，最后通过单片机来实现测量。
压控震荡是通过调节可变电阻或可变电容以改变波形发生电路的振荡频率，自动控制场合往往要求自动调节振荡频率。
常见情况是给出一个控制电压。
频率的间接测量，是在硬件电路中将不同电感线圈的电感值转换成频率作为输出经过放大成单片机能识别的信号，然后通过在单片机上编写程序，检测来自硬件电路的频率信号，在通过内部算法将不同频率对应的电感大小显示出来。
暨集成压控振荡原理和高性能的STM32F103单片机软硬件配合。
2 系统总体设计2.1 系统结构原理图系统主要包括振荡模块、滤波放大模块、单片机模块、人机交互模块、电源模块等，框图如图1所示，同时展现了各个模块之间的关系，其中单片机模块是该系统的核心，其说明详见文章内容2.3小节。
战舰STM32F103开发版LCD显示实验和触摸屏实验文档
接下来看指令：0X36，这是存储访问控制指令，可以控制 ILI9341 存储器的读写方向，简 单的说，就是在连续写 GRAM 的时候，可以控制 GRAM 指针的增长方向，从而控制显示方式 （读 GRAM 也是一样） 。该指令如表 18.1.1.2 所示： 顺序 指令 参数 控制 RS 0 1 RD 1 1 WR ↑ ↑ D15~D8 XX XX D7 0 MY D6 0 MX 各位描述 D5 1 MV D4 1 ML D3 0 BGR D2 1 MH D1 1 0 D0 0 0 HEX 36H 0
RS：命令/数据标志（0，读写命令；1，读写数据） 。 80 并口在上一节我们已经有详细的介绍了， 这里我们就不再介绍， 需要说明的是， TFTLCD 模块的 RST 信号线是直接接到 STM32 的复位脚上，并不由软件控制，这样可以省下来一个 IO 口。另外我们还需要一个背光控制线来控制 TFTLCD 的背光。所以，我们总共需要的 IO 口数 目为 21 个。这里还需要注意，我们标注的 DB1~DB8，DB10~DB17，是相对于 LCD 控制 IC 标 注的，实际上大家可以把他们就等同于 D0~D15，这样理解起来就比较简单一点。 ALIENTEK 提供 2.8/3.5/4.3/7 寸等不同尺寸的 TFTLCD 模块，其驱动芯片有很多种类型， 比如有：ILI9341/ILI9325/RM68042/RM68021/ILI9320/ILI9328/LGDP4531/LGDP4535/SPFD5408 /SSD1289/1505/B505/C505/NT35310/NT35510 等(具体的型号， 大家可以通过下载本章实验代码， 通过串口或者 LCD 显示查看)，这里我们仅以 ILI9341 控制器为例进行介绍，其他的控制基本 都类似，我们就不详细阐述了。 ILI9341 液晶控制器自带显存，其显存总大小为 172800（240*320*18/8） ，即 18 位模式（26 万色）下的显存量。在 16 位模式下，ILI9341 采用 RGB565 格式存储颜色数据，此时 ILI9341 的 18 位数据线与 MCU 的 16 位数据线以及 LCD GRAM 的对应关系如图 18.1.1.4 所示：
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基于STM32F103单片机的开度仪电子开关设计
发表时间：2016-04-05T16:29:58.113Z 来源：《基层建设》2015年23期供稿作者：郑智胡永国
[导读] 中船重工集团第七一七研究所湖北武汉 430223 闸门开度仪通过将较大量程的线位移转化为角位移进行测量，具有测量精度高，结构紧凑，安装调试方便的优点。
郑智胡永国
中船重工集团第七一七研究所湖北武汉 430223
摘要：开度仪是水利水电工程项目中广泛使用的检测仪器，主要用于记录水闸闸门及启闭机油缸活塞杆行程，配合成套的数字测控仪表即可通过数字观察闸门或油缸的行程位置。
开度仪一般均装有用于提示闸门或油缸位置的开关，如闸门全关位和闸门全开位等都是在实际工程中经常用到的闸门位置开关，目前广泛使用的主要是机械开关，机械开关精度较差，与预定位置往往有几十毫米的误差，在实际工程中会造成许多不必要的故障，而基于STM32F103单片机的电子开关在实现机械开关功能的同时还能具备极高的精度和稳定性，可以在实际工程中广泛推广。
关键词：开度仪，STM32，单片机，电子开关
1、STM32F103单片机
STM32F103系列单片机使用32位高性能ARM Cortex-M3内核，工作频率72MHz，内置128K闪存，包括ADC，通用16位定时器等以及USART接口，USB接口以及CAN总线接口等标准和先进的通信接口。
2、开度仪电子开关的必要性
闸门开度仪通过将较大量程的线位移转化为角位移进行测量，具有测量精度高，结构紧凑，安装调试方便的优点。
位置开关是开度仪的重要组成部分。
闸门运动时，测量轮在收绳机构和钢丝绳的带动下转动，将油缸活塞杆或闸门开度的线位移转换成测量卷筒的角位移，光电编码器将卷筒的角位移量转换成对应数字（脉冲）量，经开度显示测控仪处理后，显示出油缸的直接行程量并送 PLC 进行解算（或直接将编码器信号送 PLC处理），得出闸门移动的位移量即闸门当前所处的位置。
位置开关就用于指示闸门当前所处位置。
目前使用较多的位置开关是机械开关，机械开关由于其自身局限性，存在着误差较大，指示位置不精确和不及时等问题，在实际工程应用中容易造成误报，存在着一定的安全隐患，同时机械开关需要根据现场实际情况调整其位置，对于现场调试人员而言非常麻烦。
而电子开关在实现机械开关功能的同时，具有开关动作精确，误差极小等优势，而且调试方便，位置调整均通过电路实现，保证了调试人员的人身安全。
3、电子开关设计的思路
电子开关主要是为了实现采集编码器SSI信号并输出给外部控制单元如PLC等，同时具有预先设置闸门位置对应闸门开度，当编码器到达设定的对应位置时，继电器动作，同时LED灯亮，提示当前闸门处于哪种状态。
电子开关主要包括三大部分：编码器SSI信号采集，SSI 信号输出以及开关量信号输出。
编码器SSI信号采集部分主要由STM32F103单片机结合SN751177芯片实现。
SN751177是双路差动驱动器/接收器，可同时实现SSI信号的采集和输出，对于电子开关的设计而言非常重要。
SN751177接收到由单片机发出的时钟脉冲后将采集到的编码器数据按位传输给单片机。
SSI信号输出部分包括PLC，STM32单片机以及SN751177芯片。
当外部PLC或其他时钟源给出时钟脉冲后，单片机就将数据传递给外部PLC，从而就实现了SSI信号的采集和传输。
原理框图如图1所示。
图1.SSI信号采集及传输原理图
开关量信号输出主要包括单片机，74HC244，继电器，拨码开关及LED灯等。
74HC244是八路正相缓冲器/线路驱动器，具有三态输出。
该三态输出由输出使能端1OE和2OE控制。
任意nOE上的高电平将使输出端呈现高阻态。
拨码开关与所需开关量一一对应，主要用于保存继电器动作预设点；继电器和LED灯则用于提示当前所处位置。
4、电子开关的实现
STM32F103单片机程序调试主要通过IAR Embedded Workbench或Keil uvison实现，程序采用C语言编写，适用性强。
调试需要实现的目标如下
①调通SSI信号的采集和输出，单片机采集到并传输给外部PLC的编码器码值应与外部PLC直接采集编码器SSI信号的码值相等。
SSI信号的输出通过单片机的外部中断实现，当单片机收到外部的时钟脉冲上升沿时，单片机从主程序运行中跳出转而执行外部中断部分的程序代码，完成中断后继续执行主程序。
②调通开关量信号输出，继电器正常动作，LED灯正常亮灭。
通过程序中的逻辑判断当前所处的位置，同时与预先保存的位置值做比较，如果满足对应的关系则继电器动作同时LED灯亮，不满足时继电器不动作，LED等不亮。
5、总结
通过调试，单片机输出到PLC的编码器码值与PLC直接采集编码器信号得到的码值相等，用示波器查看数据波形也完全一致，证明SSI 信号的采集和输出功能能够正常实现。
示波器波形如图2和图3所示。
图2为PLC直接采集编码器信号的数据波形，图3为单片机采集编码器
信号并传输给PLC的数据波形。
图3.单片机采集并输出到PLC的编码器信号
实验结果证明了电子开关的可行性，通过实际工程中的应用实践证明了其安装调试的便利，已在贵州，云南等多个水利水电工程中试验性投入使用，目前运行良好。
作者简介：
郑智，男，1989年5月生，西南交通大学硕士，助理工程师，目前就职于中船重工集团第七一七研究所，主要从事自动化检测与控制研究及产品开发。
胡永国，男，高级工程师，目前就职于中船重工集团第七一七研究所，主要从事自动化检测与控制研究及产品开发。