基于STM32F103的风力发电机温度监控系统的设计.pdf

《工业控制计算机}2014年第27卷第1期 127 基于STM32F 1 03的风力发电机温度监控系统的设计 Temperature Monitoring and Controlling System Based on STM32F1 03 for Wind Turbine 赵志鹏 (辽宁大唐国际新能源有限公司，辽宁铁岭1 12500) 姜 悦 (吉林交通职业技术学院，吉林长春130000) 房 伟 (江西鹰潭供电公司，江西鹰潭335000) 摘 要 根据风力发电机实际需要，设计一套以STM32单片机为核心的温度监察控制系统通过键盘设置，LCD汉字显示屏显 示实时状态，并将信息发送远程上位机，实现远端管理功能与此同时，并设有散热风扇及超温报警装置 关键词：STM32，单片机，风力发电机，温度监控 Abetract According to the actual needs of wind turbines，a design of temperature monitoring and controlling system is neoessa~ which is based on STM32 Through the keyboard，chinese character would be shown on the LCD，and the data would be sent to the computer．which could control this system．At the same time。

the cooling fan and the alarm would work when the tem— perature is over the settings． 由于风电机组发电需要，现有的风力发电机都安置数十米 高的机舱之内，且机舱运行在户外、内部空间狭小，维护检修难 度大，舱内电器设备易受到外界环境的影响，其中作为主要设备 的发电机的温度若超过一定限度将成为重大安全隐患，针对上 述现有风力发电机存在的问题，设计一套适合风力发电机的温 度监控系统变得十分必要 1 系统硬件设计 系统以数字式温度传感器检测机舱内发电机的温度，并将 温度信息传送给单片机；单片机将此信息处理后传送给显示模 块和通信接口传送给远程主机；当检测温度超过设定值时，从单 片机产生的信号驱动电路触发散热风扇及报警装置报警实现对 发电机的控制以达到降温的目的，确保电器设备的正常运行各 单元模块功能介绍如下： 数字式温艘传感器 — LCD显示 I_…一 片 机 l 按键设置卜I—+ 图1 系统结构框图 2单片机 本设计采用了意法半导体公司的STM32F103单片机，该 系列采用了高性能、低成本、低功耗的嵌入式ARM Cortex—M3 内核。

最高工作频率72MHz，1．25DMIPS／MHz支持单周期乘 法和硬件除法内置32K到128K的闪存，功耗仅为36mA，作 为控制核心的STM32F103单片机自带4个16位定时器，其中 有2个看门狗定时器(独立看门狗和窗口看门狗)，可以实现在 强烈的电磁干扰条件下可以防止单片机死机STM32F103同时 拥有串行调试(SWD)和JTAG接口两种模式进行调试，可以实 现远程进行升级 3温度检测 DS18B20数字温度传感器，测温范围～55oC一+125℃，测温 误差1℃，且支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯 一的三线上，实现多点测温 4温度显示 温度显示带中文字库的LCD128x64—0402B显示屏，该显 示屏每屏可显示4行8列共32个16xl6点阵的汉字或64个 ASCII码字符在于单片机接口通信方面支持8位并行或3位 串行两种方式并且多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义 字符、睡眠模式等该显示屏具有功耗低、稳定可靠、显示清晰、使 用编程简单等特点，可以满足本系统设计的显示需求 5通讯模块 MAX232芯片是由德州仪器公司生产向下兼容RS一232标 准的将串口单电源电平(1_rL／CMOS)转换为单片机信号电平 (TIA／日A一232一F)的芯片。

MAX232提供了单片机与PC机的 RS232通讯接口通过此接口实现上位机与单片机通过串口进 行通讯 图2系统软件流程图 ‘ (下转第129页) 《工业控制计算机}2014年第27卷第1期 129 信号取样 ‘ 波形受换 I 731：1撞口 单片机 l l卫D显示驱动 I I l I P3 0]P2 T CS P^T 8255A 7 鲠 8051 L一 r F3 5 面 -1 图3检测电路硬件配置 获得的信号仍然是正弦波，其周期(频率)和线电动势的周期(频 率)相同，但幅值只有20V左右 2)波形变换电路：如图3中的第二部分所示，主要由运算放 大器LM339构成将信号取样电路获得的正弦波信号变换成数 字电路能接收的方波，如图2所示，eBC变换成方波信号U ，ebc 变换成方波信号U ，这二个电压方波的周期与线电动势的周期 相同采用具有限幅的过零比较器来实现取样信号的变换 3)P3口接口电路：如图3中的第三部分所示，由与门G1、 G2、G3(74LS08)及D触发器74LS74组成电压方波信号U w1 分别接与门G1输入端、与门G2输入端和单片机P3．0脚；G2 输出端接单片机P3．4脚；电压方波信号U 仅接与门G1输入 端；由与门G1得到eBc与eb。

同时为正的方波作为测量相位差 角0的门控脉冲加至与门G3输入端；与门G3输出端接单片机 P3．5脚计数脉冲是用8051单片机的AlE脉冲四分频后获得， 用8051单片机内部定时器／计数器TO和T1对与门G2、G3的 输出脉冲进行计数 4)LED数码管显示电路：如图3中的第五部分所示，由八D 锁存器G4(74LS373)，I／O接口芯片8255A及二个7段LED 数码管组成由于数码管只有二个，为了简化显示电路的接线， 采用静态显示电路(软件译码)，二个数码管的字位控制线连在 一起，即把共阴极点或共阳极点连在一起，接地或接+5V，第一 及第二个数码管的字段控制线分别接到8255A的PA0~PA7脚 及PB0～PB7脚，由于静态显示的数码管接线非常简单 2．2软件设计 在图2中，高压侧线电动势eBc超前低压侧线电动势ebc的 相位角0≤180TO、T1同时计数所经历的时间t对应的电角度 为 ，显然0=180~--OL；当eBC超前ebc的相位差角8>180时，通 过交换eBC，ebc波形的位置、交换U W1 U 波形的位置，也能很 容易找出T0、T1同时计数所经历的时间t对应的电角度仍为 Of．，且0角仍等于180。

一 ，由此可见，无论在什么情况下都有O= 180~-仅 在图3中，8051单片机的P3 0脚用来检测eBC电动势过零 点，当eBC从负到正过零点时，P3．0由0变为1，计数器TO、T1 启动，TO开始计数，T1则处于等待计数阶段，等待eBC及ebc都 为正时，与门G1才能输出高电平，与门G3才有计数脉冲输出， T1才能真正开始计数当eBc由正到负过零点时，P3．0由1变 为0，计数器T0、T1同时停止计数 半个周期对应的电角度是180t时间对应的电角度是 ， 设计数器T0在半个周期内的计数值为N，计数器T1在t时间 内的计数值为n，根据上述分析可以得出下面的比例关系式： 180~／N--~／n 由0=180一OL可得：仅=180o_e，因此： 180~／N=(180一0)／n，那么 e=180~x(N—n)／N 联接组别标号=e／30 8051单片机很容易就能完成上述简单的计算，进一步再完 成查表程序，按0角查0／3O表，即可得联接组别标号 程序流程如图4所示，执行完毕后O角的二进制整数在 31H中，小数部分在30H中；0角的整数化结果则在32H中，联 接组别标号在33H中开始执行本程序时，不论eBC处于正半 周、负半周，均可确保eBc由负变正过零点时启动T0、T1，确保 eac由正变负过零点时TO、T1停止计数。

用双踪示波器可以观察电路中P、Q、W1、W2、W3、W4各点 的波形 图4程序流程图 3结束语 ． 由于本检测电路(装置)采用了功能强大的8051单片机和 数字电路，可以充分利用单片机对于数据的计算、处理能力、最 大限度地消除了测量装置的随机误差、系统误差，使测量结果精 确可靠；还能大大提高测量速度；如果接入键盘，能够实现人机 对话测量装置的造价非常低廉(约为市面数字检测仪器售价的 二十分之一)，经济意义比较明显；体积小、重量轻、携带方便；操 作也非常简便，避免了繁琐操作容易引起的疏忽误差，还降低了 测试人员的劳动强度 参考文献 [1]王秀丽．电机与拖动基础[M]．北京：化学工业出版社，2010 [2]姜志海．单片机原理及应用[M]．北京：电子工业出版社，2005 [3]庄丽娟电子技术基础[M]．北京：机械工业出版社，2010 [收稿日期：2013．9．11] (上接第127页) 6系统软件设计 单片机程序采用C语言编程实现包括硬件初始化、数据采 集、数据处理以及数据接收发送等工作，数据采集由自带串口定 时计数器完成把结果存在相应寄存器中数值经过简单滤波处理 后发送给上位机 7结束语 风机的发电机作为机舱内的主要热源，是温度监控的主要 监测对象，如果不进行监测，很可能导致发电机烧毁，严重时可 引发火灾甚至发生倒塔。

本设计基于STM32F1O3单片机，采用 数字温度传感器解决了风机发电机温度监测的问题，具有 较高的实用价值 参考文献 [1]胡军．基于ATMEGA32单片机的电力设备监控电路设计与实现[J] 机电信息，2010(36) [2]周博．基于ATmega 48的温度测控系统[J]．工业控制计算机，2013， 26(3)：104 [收稿日期：2013．10．16] 。