分享瑞萨RA MCU创意氛围赛的作品—高压电网电流监测

今日分享瑞萨RA MCU创意氛围赛的作品——高压电网电流监测。本项目基于启明6M5开发板用于监测高压三相电流数据，并对故障进行判断的设备，使用了串口、硬件I2C、ADC、OLED等硬件外设，使用瑞萨的FSP3.5版本。

启明6M5开发板

开发板硬件资源如图所示：

项目实现

三路ADC获取三相瞬时正弦波电流信息

正弦波转化为三相电流有效值

判断三相电是否发生故障

本地OLED显示，并上传云平台

软件设计

本人使用J-Link的SWD接口用于RA MCU的调试和程序下载，使用keil较为方便使用，需要如下配置：

P300/TCK/SWCLK可通过跳线帽可接到P201/MD引脚。用于控制MD引脚电平，使MCU上电时进入不同的启动模式

P112/UART2_TXD和P113/UART2_RXD两个引脚可配置为串口功能

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


  ESP8266_UART9_Init(); // ESP8266 (SCI9 UART) 串口初始化
  
  printf("欢迎使用野火启明6M5开发板

");

硬件I2C的OLED

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

使用相关驱动初始化后，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();

数据采集

使用开口式电流互感器，可选一次侧与二次侧的变比100:1，200:1，500:1，将开口式电流互感器二次侧接入采样电阻，可转化为电压值进行ADC采样。

ADC配置

配置ADC扫描参数，赋能ADC通道。在此函数中设置通道特定设置。

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

回调函数adc_callback ()

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

读取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;

读取三通道ADC值

//ADC转换完成标志位
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);
}


/* 进行ADC采集，读取ADC数据并转换结果 */
void Read_ADC_Voltage_Value(double *adcdata)
{
  
            uint16_t adc[3];


  (void) R_ADC_ScanStart(&g_adc0_ctrl);
  while (!scan_complete_flag) //等待转换完成标志
  {
    ;
  }
  scan_complete_flag = false; //重新清除标志位
        
  /* 读取通道0数据 */
        R_ADC_Read(&g_adc0_ctrl, ADC_CHANNEL_1, &adc[0]);
  /* ADC原始数据转换为电压值（ADC参考电压为3.3V） */
  adcdata[0] = (double)(adc[0]*3.3/4095);
        
          /* 读取通道0数据 */
        R_ADC_Read(&g_adc0_ctrl, ADC_CHANNEL_2, &adc[1]);
  /* ADC原始数据转换为电压值（ADC参考电压为3.3V） */
  adcdata[1] = (double)(adc[1]*3.3/4095);
        
          /* 读取通道0数据 */
        R_ADC_Read(&g_adc0_ctrl, ADC_CHANNEL_3, &adc[2]);
  /* ADC原始数据转换为电压值（ADC参考电压为3.3V） */
  adcdata[2] = (double)(adc[2]*3.3/4095);
        
}

计算出电流有效值

/******************************************************
函数名称：    getrms
描述：        遍历查找电流样本点，得到极致点序列，计算出电流有效值
输入：        iphase：电流样本数组
                SAMPLE_N：电流样本数据点数
                
输出：    
返回：        电流有效值
******************************************************/
float getrms(float *phase,int SAMPLE_N)
{
    int changeSignCount=0;
    int changeSignIndex[changeSignCount];
// 遍历查找电流样本点
for (int i = 1; i < SAMPLE_N; i++) 
{      


        //极大值，
if((phase[i-1] <= phase[i] && phase[i] >=phase[i+1]) ) 
    {
      changeSignIndex[changeSignCount] = i;
      changeSignCount++; 
    }
 }
// 创建新数组，放置查找结果
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];
            }
            
  }
        //得出电流有效值
        if(fabs(max)>fabs(min)) {
        return (float)(fabs(max) * 0.707);
        }
        else {
        return (float)(fabs(min) * 0.707);
        }
}

电流故障类型判断

/******************************************************
函数名称：    changesign
描述：        电流故障类型判断
输入：        Aphase,Bphase,Cphase三相电有效值
                    maxphase理论最大电流
                                    
输出：    
返回：        错误类型
******************************************************/


int GetCableFaulttype(float Aphase,float Bphase,float Cphase,float maxphase)
{
    int Fault;
        
    if(Aphase100||Bphase>100||Cphase>100)
    {
        Fault = 3;//隔板击穿
        
    }
    //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;////接地错误
        
    }    
    if(max>6+min)
    {
        Fault = 2;//外护套破损
        
    }    
    
    
}
    return Fault;
}

GROUND_ERROR = 0,//接地错误 WATER_IN_BOX = 1,//接地箱进水 OUTER_SHEATH_DAMAGE = 2,//护套破损

PARTITION_BREAKDOWN = 3,//隔板击穿

PROTECTOR_BREAKDOWN = 4,//保护器击穿 GROUND_GRID_LOOSE = 5,//接地网脱落 GROUND_OK = 6//正常

一般使用4G模块，也可使用本开发板上板载的ESP8266

实现效果

没有实际接入高压电，ADC通道1，直接接入函数发生器生成的50HZ正弦波3.3V波峰，有效值为3.3*0.7.7=2.3331V，故障状态6表示正常。

审核编辑：刘清