摘 要

如今，电子技术迅猛发展，电源作为电子设备心脏，不断为设备提供能源动力。为保证电子设备安全可靠的运行，对设备电源的实时监控和管理具有重要意义。对于不同的电子设备，市面上已存在许多与之对应的成熟的电源监控及其信息管理系统，但实际应用中，对于一些需要小范围功能监控的场景，常常没有能够适用的电源监控设备。针对一些仅需要小范围监控的设备，本文设计了一款低功耗、低成本的三通道ADC采集的供电信息采集与管理系统。

本文的主要工作包括：

（1）分析系统设计需求，设计系统整体框架。确定了以STM32F103RCT6为主控芯片，实现了对三路电压信号进行实时的采集、处理、显示和控制，同时还具有历史数据的存储与查询功能。

（2）采用模块化设计思想，对相应的硬件模块进行了选型和设计工作，设计了电压数据采集及调理模块、显示模块、报警电路模块和通讯模块等外围电路模块。

（3根据硬件模块和系统工作的要求进行下位机的软件模块的编写和调试。系统采用LabVIEW 作为上位机软件，通过串口通信方式，实现与下位机通信，对下位机实时监控和控制，较好的实现了人机交互。

经过对设计的系统的测试结果分析，验证了本文设计的供电信息采集与管理系统的可行性。

关键词：电压数据采集；STM32 ；LabVIEW

Abstract

Today, with the rapid development of electronic technology, the power supply, as the heart of electronic equipment, continuously provides energy for the equipment. To ensure the safe and reliable operation of electronic equipment, it is particularly important to implement real-time monitoring and management of the power supply of the equipment. For different electronic devices, there are many mature power supply monitoring and information management systems corresponding to them on the market, but in practical applications, for some scenarios that require small-scale function monitoring, there were often no suitable power supply monitoring equipment. In this thesis, a low-power, low-cost three-channel ADC power supply information acquisition and management system was designed for this problem.

The main work of this thesis includes:

（1）Analyze the system design requirements and design the overall framework of the system. It was determined that STM32F103RCT6 was the main control chip, which realizes real-time collection, processing, display and control of three-way voltage signals, and also has the function of storing and querying historical data.

（2）Adopting the modular design idea, the corresponding hardware modules were selected and designed, and the peripheral circuit modules such as voltage data acquisition and conditioning module, display module, alarm circuit module and communication module were designed.

（3）According to the requirements of hardware modules and system work, the software modules of the lower computer are written and debugged. The system adopts LabVIEW as the upper computer software, realizes the communication with the lower computer through the serial port communication mode, monitors and controls the lower computer in real time, and realizes the human-computer interaction.

After analyzing the test results of the built system, the feasibility of the power supply information collection and management system designed in this thesis is verified.

Key Words：Voltage data acquisition；STM32 ；LabVIEW

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究的目的及意义 1

1.2 国内外现状 1

1.3 主要内容及章节安排 4

第2章 设备供电信息采集与管理系统总体设计方案 6

2.1 系统设计的要求 6

2.2 系统整体设计方案 6

2.2.1 STM32F103RCT6片内ADC介绍 6

2.2.2 微处理器选择 8

2.2.3 系统结构方案介绍 9

2.3 开发环境 11

2.4本章小结 11

第3章 供电信息采集与管理系统硬件设计 12

3.1 硬件方案设计 12

3.2 硬件模块的详细设计 12

3.2.1 微处理器及外围电路模块 12

3.2.2 电压信号采集及调理电路模块 15

3.2.3 蜂鸣器报警模块 17

3.2.4 显示模块 17

3.2.5 存储模块 18

3.2.6 通信模块 19

3.3本章小结 21

第4章 供电信息采集与管理系统软件设计 22

4.1 软件方案设计 22

4.2 STM32软件方案设计 22

4.2.1 STM32软件设计流程 23

4.2.2 STM32程序模块详细设计 25

4.3 上位机软件方案设计 34

4.3.1 前面板设计 34

4.3.2 后面板设计 35

4.4 本章小结 43

第5章 供电信息采集与管理系统功能测试 44

5.1下位机功能测试 44

5.1.1电压信号的采集与显示测试 44

5.1.2 历史数据查看功能测试 44

5.1.3蜂鸣器报警测试 45

5.2 上位机功能测试 45

5.2.1 数据的接收与显示测试 45

5.2.2 通道异常指示灯报警测试 47

5.2.3 数据保存测试 48

5.2.4 采集数据记录 48

5.3 误差分析 49

5.3.1 误差来源 49

5.3.2 减小误差方案 49

5.4 成本分析 50

5.5 本章小结 52

第6章 总结与展望 53

参考文献 55

致谢 56

第1章 绪论

1.1 研究的目的及意义

随着技术变革的速度越来越快，电子科学技术不断地革新与发展，各类电子设备在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色，当代人们的生活离不开电子设备。随着电子设备系统自动化、现代化、智能化的发展，电子设备的心脏——电源，其安全可靠地运行是电子设备正常工作的基础。为使电子设备稳定安全地运行，电源的可靠性与稳定性必须得到保证。

电源在计算机、通信、工业生产等领域被广泛应用，对电源的供电信息进行实时采集与对其运行状态进行实时监控，确保了电源安全稳定地运行。传统的电源监控存在成本高、维护困难、无法实现实时监测等缺点，不能满足电子设备自动化管理的需要，所以，使用专用的自动化电子设备电源监控系统，对电源实现有效的监控是很有必要的^[1]。

随着电力系统的发展与不断完善，对电源信息采集系统的准确性、实时性、安全性等个方面指标都有更高的要求^[2]。在一些重要的用电系统中，常常需要对电源的电压、电流、功率等基本参数进行检测。尽管现在市场上已存在许多可以电源参数电源监控产品，但设计一种具有低功耗、小体积、高性价比，且可以实现多支路、多通道ADC 协同工作的基本电力参数测量的电源监控系统，仍具有现实意义^[3]。此次课题根据企业要求设计关于企业设备的供电信息采集及管理系统，完善企业设备的功能需求。

1.2 国内外现状

1984年至1988年，在浙江舟山群岛实现了国内首台直流输电的工程项目，西安交通大学的苏彦民等人基于单片机研究并开发了一款巡回检测系统，用于监测直流输电变流阀中的晶闸管运行状态，这个工程开创了国内计算机监控的先河。1989年，Wonderware 公司开发了Intouch软件，这是世界首个监控组态软件，同时成功将该组态软件应用于监测，推动了电源监控系统的发展。中国亚控科技研发的监控组态软件——组态王，该软件具有多功能的事件分析处理能力，能够实现数据的实时分析和历史数据的分布式存储，还可以利用脚本语言进行组态，去监控复杂的系统^[4]。2012年，北京信息大学的李天剑等人选用Microsoft Visual C 6.0语言作为上位机系统监控软件，并利用PLC和工控机相结合组成了电源监控系统^[5]。2013年，针对当前分布式电源监控系统存在的可靠性低、准确性低及数字化程度低等问题，西安理工大学的李敏远等人基于LabVIEW开发环境，设计了一种可以同时监控多个开关电源的电源监控系统^[6]。