摘要：采用STM32平臺，利用CAN總線通訊，研制了一款新型數(shù)字化漏電流傳感器。相比于之前的模擬傳感器，本次設(shè)計采用數(shù)字化設(shè)計，通訊利用CAN總線，顯示實時清晰，具有獨立處理和與其他多個同樣的傳感器進行配合綜合處理的能力，經(jīng)過軟硬件設(shè)計和實驗測試，本傳感器檢測精度高、檢測快速，錯誤率低。具有較好的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：漏電流傳感器；檢測精度；數(shù)字化處理。

中圖分類號：TP334 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）27-0245-03

Abstract： n this paper， a new type of digital leakage current sensor based on STM32 platform is developed. It is in a high precision simulation based on leakage current sensor by digitization and improvement， using CAN bus for data communication， real-time display clear， has the ability to meet the independent and comprehensive treatment of treatment with multiple other the same sensor， accurate detection， response fast， safe and reliable data communication lines. Is a kind of current advanced digital sensor for leakage current.

Key words： Leakage current sensor； detection accuracy； digital processing.

鐵路電氣化的普及，電氣設(shè)備使用過程中的電氣安全問題也越來越多，主要體現(xiàn)在電氣設(shè)備的絕緣特性與漏電檢測上。為了設(shè)備的安全使用，必須執(zhí)行嚴格的絕緣和漏電的技術(shù)要求。從而避免因為絕緣不過關(guān)或者漏電而引起安全事故。本文采用STM32平臺，利用CAN總線通訊，研制了一款新型數(shù)字化漏電流傳感器。相比于之前的模擬傳感器，本次設(shè)計采用數(shù)字化設(shè)計，通訊利用CAN總線，顯示實時清晰，具有獨立處理和與其他多個同樣的傳感器進行配合綜合處理的能力，經(jīng)過軟硬件設(shè)計和實驗測試，本傳感器檢測精度高、檢測快速，錯誤率低。具有較好的應(yīng)用價值。

嵌入式系統(tǒng)漏電流傳感器在機車中為實現(xiàn)對漏電流的檢測，最終實現(xiàn)自動控制。其最主要特征是能快速、準確檢測和轉(zhuǎn)換，傳遞出檢測的數(shù)字信息，供計算機系統(tǒng)分析處理。國外嵌入式系統(tǒng)傳感器應(yīng)用較早，技術(shù)較為成熟，但由于傳感器應(yīng)用廣，要求各異，市場需求旺盛?；赟TM32平臺的CAN總線車載式漏電流傳感器的研制就是這樣背景產(chǎn)生的。

1 系統(tǒng)原理

其系統(tǒng)的原理圖圖如圖1所示。

由圖可以看出多個基于STM32平臺的CAN總線漏電流檢測數(shù)字傳感器通過CAN總線連接，通信線串接在一起，極大地減少線數(shù)；同時A/D轉(zhuǎn)換在STM32處理器內(nèi)部，減少傳感器硬件內(nèi)部的分塊。

基于STM32平臺的CAN總線漏電流檢測數(shù)字傳感器主要檢測參數(shù)：檢測漏電流的范圍是 0～300mA ，檢測精度為1% ，線性度為1%。其系統(tǒng)整體接線設(shè)計圖如圖2所示。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)采用單片機進行系統(tǒng)設(shè)計，通過對STM32單片機芯片的使用，熟悉了CORTEX-M3內(nèi)核的處理器， ARM Cortex-M3是一種基于ARM7v架構(gòu)的最新ARM嵌入式內(nèi)核，它采用哈佛結(jié)構(gòu)，使用分離的指令和數(shù)據(jù)總線（馮諾伊曼結(jié)構(gòu)下，數(shù)據(jù)和指令共用一條總線）。從本質(zhì)上來說，哈佛結(jié)構(gòu)在物理上更為復(fù)雜，但是處理速度明顯加快。根據(jù)摩爾定理，復(fù)雜性并不是一件非常重要的事，而吞吐量的增加卻極具價值。除了使用哈佛結(jié)構(gòu)， Cortex-M3 還具有其他顯著的優(yōu)點：具有更小的基礎(chǔ)內(nèi)核，價格更低，速度更快。與內(nèi)核集成在一起的是一些系統(tǒng)外設(shè)，如中斷控制器、總線矩陣、調(diào)試功能模塊，而這些外設(shè)通常都是由芯片制造商增加的。 Cortex-M3 還集成了睡眠模式和可選的完整的八區(qū)域存儲器保護單元。它采用 THUMB-2指令集，最大限度降低了匯編器使用率。

系統(tǒng)采用CAN通訊的方式，CAN 的高性能和可靠性已被認同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面?，F(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強有力的技術(shù)支持。

漏電流測試儀前期購買帶CAN總線接口的STM32開發(fā)板，這樣節(jié)約開發(fā)周期，和降低前期的開發(fā)風(fēng)險。在開發(fā)板上調(diào)通CAN通訊之后，再根據(jù)模擬量傳感器的實際大小，加裝一個小的數(shù)據(jù)處理單元。完成模擬量采集和CAN通訊。

整個通訊框架由主機實時對各個子模塊進行輪詢。每個子模塊有其單獨的通訊地址，保證數(shù)據(jù)不沖突。采用CAN總線進行信息傳遞避免了導(dǎo)線過多而帶來的故障。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本項目后期測試軟件，采用成熟穩(wěn)定的軟件開發(fā)平臺開發(fā)，結(jié)合電力機車行業(yè)中的實際應(yīng)用和實際使用過程中得到的反饋意見，不斷完善功能，操作方便簡單，功能完備。軟件架構(gòu)設(shè)想，如圖2所示。

4 裝置與實驗

系統(tǒng)設(shè)計為一臺裝置主機、多個數(shù)字傳感器及相關(guān)電纜組成。

裝置主機：由DC110V電源電路 、液晶顯示屏、主控制板、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存單元及人機界面等組成，如圖4所示。

實驗流程：

A、主從機和漏電流傳感器都相應(yīng)的接好電源接口和CAN通訊接口。

B、取一組待測漏電流的線，把正電流那根線按漏電流傳感器指示的方向穿過，在串入電流表，接入負載（適當(dāng)接地以模擬漏電實驗）后再負線穿過漏電流傳感器返回。

C、啟動電源和模擬負載及電流表，查看電流表的數(shù)據(jù)和漏電流檢測裝置的顯示屏數(shù)據(jù)，進行對比即可看出當(dāng)前實際的漏電流值。至此實驗完成。

如：測量實驗記錄如表1所示。

5 結(jié)論

本項目設(shè)計的數(shù)字漏電流傳感器經(jīng)過原理分析，硬件設(shè)計與軟件設(shè)計，然后經(jīng)過實際的漏電流檢測，數(shù)據(jù)表明，檢測準備，精度高，檢測方便，該數(shù)字式漏電流傳感器具有良好的應(yīng)用推廣價值。

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