分享瑞薩RA MCU創意氛圍賽的作品—高壓電網電流監測

今日分享瑞薩RA MCU創意氛圍賽的作品——高壓電網電流監測。本項目基于啟明6M5開發板用于監測高壓三相電流數據，并對故障進行判斷的設備，使用了串口、硬件I2C、ADC、OLED等硬件外設，使用瑞薩的FSP3.5版本。

啟明6M5開發板

開發板硬件資源如圖所示：

項目實現

三路ADC獲取三相瞬時正弦波電流信息

正弦波轉化為三相電流有效值

判斷三相電是否發生故障

本地OLED顯示，并上傳云平臺

軟件設計

本人使用J-Link的SWD接口用于RA MCU的調試和程序下載，使用keil較為方便使用，需要如下配置：

P300/TCK/SWCLK可通過跳線帽可接到P201/MD引腳。用于控制MD引腳電平，使MCU上電時進入不同的啟動模式

P112/UART2_TXD和P113/UART2_RXD兩個引腳可配置為串口功能

  /* TODO: add your own code here */
  Debug_UART2_Init(); // SCI4 UART 調試串口初始化


  ESP8266_UART9_Init(); // ESP8266 (SCI9 UART) 串口初始化
  
  printf("歡迎使用野火啟明6M5開發板

");

硬件I2C的OLED

使用EBF Module 接口的P505，P506配置硬件I2C，驅動OLED屏幕

使用相關驅動初始化后，OLED打印信息。

 OLED_ShowString(0, 16, (const uint8_t*)"AIrms", 16, 1);
        OLED_ShowString(43, 16,(const uint8_t*)"BIrms", 16, 1);
        OLED_ShowString(87, 16,(const uint8_t*)"CIrms", 16, 1);
        
        OLED_ShowString(0, 32, AIrms_str, 16,1);        
        OLED_ShowString(43, 32, BIrms_str, 16,1);    
        OLED_ShowString(87, 32, CIrms_str, 16,1);    
        OLED_ShowString(0, 0, (const uint8_t*)"state:", 16, 1);
        OLED_ShowNum(87, 0, state,1,16, 1);
  OLED_Refresh_Gram();

數據采集

使用開口式電流互感器，可選一次側與二次側的變比100:1，200:1，500:1，將開口式電流互感器二次側接入采樣電阻，可轉化為電壓值進行ADC采樣。

ADC配置

配置ADC掃描參數，賦能ADC通道。在此函數中設置通道特定設置。

 /* Enable scan triggering from ELC events. */
    (void) R_ADC_ScanStart(&g_adc0_ctrl);

回調函數adc_callback ()

void adc_callback(adc_callback_args_t * p_args)
{
  FSP_PARAMETER_NOT_USED(p_args);
  scan_complete_flag = true;
}

讀取ADC值

 err =R_ADC_Read(&g_adc0_ctrl, ADC_CHANNEL_0, &adc_data1);
    assert(FSP_SUCCESS == err);


    a1=(double)(adc_data1/4095.0)*3.3;

讀取三通道ADC值

//ADC轉換完成標志位
volatile bool scan_complete_flag = false;


void adc_callback(adc_callback_args_t * p_args)
{
  FSP_PARAMETER_NOT_USED(p_args);
  scan_complete_flag = true;
}


void ADC_Init(void)
{
  fsp_err_t err;
  err = R_ADC_Open(&g_adc0_ctrl, &g_adc0_cfg);
  err = R_ADC_ScanCfg(&g_adc0_ctrl, &g_adc0_channel_cfg);
  assert(FSP_SUCCESS == err);
}


/* 進行ADC采集，讀取ADC數據并轉換結果 */
void Read_ADC_Voltage_Value(double *adcdata)
{
  
            uint16_t adc[3];


  (void) R_ADC_ScanStart(&g_adc0_ctrl);
  while (!scan_complete_flag) //等待轉換完成標志
  {
    ;
  }
  scan_complete_flag = false; //重新清除標志位
        
  /* 讀取通道0數據 */
        R_ADC_Read(&g_adc0_ctrl, ADC_CHANNEL_1, &adc[0]);
  /* ADC原始數據轉換為電壓值（ADC參考電壓為3.3V） */
  adcdata[0] = (double)(adc[0]*3.3/4095);
        
          /* 讀取通道0數據 */
        R_ADC_Read(&g_adc0_ctrl, ADC_CHANNEL_2, &adc[1]);
  /* ADC原始數據轉換為電壓值（ADC參考電壓為3.3V） */
  adcdata[1] = (double)(adc[1]*3.3/4095);
        
          /* 讀取通道0數據 */
        R_ADC_Read(&g_adc0_ctrl, ADC_CHANNEL_3, &adc[2]);
  /* ADC原始數據轉換為電壓值（ADC參考電壓為3.3V） */
  adcdata[2] = (double)(adc[2]*3.3/4095);
        
}

計算出電流有效值

/******************************************************
函數名稱：    getrms
描述：        遍歷查找電流樣本點，得到極致點序列，計算出電流有效值
輸入：        iphase：電流樣本數組
                SAMPLE_N：電流樣本數據點數
                
輸出：    
返回：        電流有效值
******************************************************/
float getrms(float *phase,int SAMPLE_N)
{
    int changeSignCount=0;
    int changeSignIndex[changeSignCount];
// 遍歷查找電流樣本點
for (int i = 1; i < SAMPLE_N; i++) 
{ ? ? ?


 ? ? ? ?//極大值，
if((phase[i-1] <= phase[i] && phase[i] >=phase[i+1]) ) 
    {
      changeSignIndex[changeSignCount] = i;
      changeSignCount++; 
    }
 }
// 創建新數組，放置查找結果
float changeSignSeq[changeSignCount];
     float max = 0;
    float min = 0;
for(int i = 0; i < changeSignCount; i++) 
 ? ? ? ? ? ? ? ?{
 ? ? ? ?changeSignSeq[i] = phase[changeSignIndex[i]];
 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?if (maxchangeSignSeq[i]) {
            min=changeSignSeq[i];
            }
            
  }
        //得出電流有效值
        if(fabs(max)>fabs(min)) {
        return (float)(fabs(max) * 0.707);
        }
        else {
        return (float)(fabs(min) * 0.707);
        }
}

電流故障類型判斷

/******************************************************
函數名稱：    changesign
描述：        電流故障類型判斷
輸入：        Aphase,Bphase,Cphase三相電有效值
                    maxphase理論最大電流
                                    
輸出：    
返回：        錯誤類型
******************************************************/


int GetCableFaulttype(float Aphase,float Bphase,float Cphase,float maxphase)
{
    int Fault;
        
    if(Aphase100||Bphase>100||Cphase>100)
    {
        Fault = 3;//隔板擊穿
        
    }
    //排序得到最大最小值
    float max=Aphase;
    float min=Bphase;
    if(max<=Bphase)
 ? ? ? ? ? ? ? ?{
 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?max=Bphase;
 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?min=Aphase;
 ? ? ? ? ? ? ? ?}
 ? ? ? ?if(max<=Cphase)
 ? ? ? ? ? ? ? ?{
 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?max=Cphase;
 ? ? ? ? ? ? ? ?} ? ? ? ? ? ? ? ?
 ? ? ? ?if(min>=Cphase)
        {
            min=Cphase;
        }    
        
    if(max>6*min)
    {
        Fault = 0;////接地錯誤
        
    }    
    if(max>6+min)
    {
        Fault = 2;//外護套破損
        
    }    
    
    
}
    return Fault;
}

PARTITION_BREAKDOWN = 3,//隔板擊穿

PROTECTOR_BREAKDOWN = 4,//保護器擊穿 GROUND_GRID_LOOSE = 5,//接地網脫落 GROUND_OK = 6//正常

一般使用4G模塊，也可使用本開發板上板載的ESP8266

實現效果

沒有實際接入高壓電，ADC通道1，直接接入函數發生器生成的50HZ正弦波3.3V波峰，有效值為3.3*0.7.7=2.3331V，故障狀態6表示正常。

審核編輯：劉清