论文总字数：27604字

摘 要

为了减少由剩余电流引发的电气火灾事故，在农村低压供电网中普及安装了剩余电流保护装置，但户级的剩余电流保护装置经常有“前脚走，后脚跳”的问题，并且不能准确定位剩余电流故障的位置。本文针对这个问题研究和设计了一个实时在线监测的农网剩余电流采集装置。

农网剩余电流采集器的原理机以STM32为控制核心，使用剩余电流互感器采集剩余电流信号，进行信号处理后，使用采集器上的TM1638驱动的数码管实时显示，并能够通过ATK-ESP8266进行无线网络通信，使用TCP协议与上位机进行数据传输。配套设计的PC端的上位机软件能够在与剩余电流采集器建立连接后将剩余电流的变化曲线实时显示出来。

设计的农网剩余电流采集器能够方便的采集电路中剩余电流的信息，并借助上位机图形化显示，能够解决一些剩余电流没有超过保护阈值但仍在存在剩余电流的电路隐患，并且能够通过多次换位置采集的方法逐步定位到引起剩余电流的故障的大致位置，为农网电力人员提供了一个检测低压农网剩余电流情况的便携工具，能够对农网安全用电环境的建立提供一定的帮助。

关键词：剩余电流，信号采集，在线监测，无线通信

Abstract

In order to reduce the electrical fire accident caused by residual current, the traditional residual current protection devices have been widely installed in the rural low-voltage power supply network, but the residual current protection device of the household level is often claimed to have the problem of “forefoot walking, hind foot jumping” and cannot accurately locate the remaining location of current malfunction. For the problem, a real-time online monitoring of the residual current collecting device of the rural network is studied and designed in the paper.

The residual current collecting device of the rural power grid uses STM32 as the control core. The residual current signal is collected by the residual current transformer. After the signal processing, the display on the device of the digital tube driven by the TM1638 is real-time, and the wireless communication can be transmitted through the ATK-ESP8266, using the TCP protocol to transport data to the host computer. The host computer software can display the residual current curve in real time after establishing connection with the residual current collecting device.

The designed residual current collecting device of the rural network can conveniently collect the information of the residual current in the circuit, and by means of the graphical display of the host computer, which can solve the remaining residual current dangers though the residual current may not exceed the protection threshold. By means of the sub-changing position acquisition, the malfunction causing residual current can be gradually located approximately, which provides a portable tool for the rural power network personnel to detect the residual current of the low-voltage rural network, and also can provide some help to the establishment of the safe electricity environment in rural power grids.

KEY WORDS: residual current, signal acquisition, online monitoring, wireless communication

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 国内外研究状况 1

1.3 农网剩余电流产生的原因 2

1.4 剩余电流互感器检测原理 2

1.5 本文的主要工作 3

第二章 剩余电流采集器的硬件设计 4

2.1 采集器的整体硬件结构 4

2.2 单片机与其接口分配 4

2.2.1 单片机 4

2.2.2 STM32F103R8T6接口的分配 6

2.3 硬件电路介绍 7

2.3.1 电源电路 7

2.3.2 单片机最小系统电路 8

2.3.3 TM1638按键数码管模块 11

2.3.4 ATK-ESP8266 WIFI模块 14

2.3.5 互感器与信号处理 15

2.4 本章小结 17

第三章 剩余电流采集器的软件设计 18

3.1 剩余电流采集器软件设计的总体架构 18

3.2 开发软件KEIL5简介 19

3.3 TM1638模块软件设计 20

3.4 串口配置 24

3.5 ATK-ESP8266模块软件设计 25

3.6 本章小结 32

第四章 上位机的软件设计 33

4.1 上位机软件设计的总体框架 33

4.2 开发软件QT简介 33

4.3 TCP端软件设计 34

4.4 图表端软件设计 35

4.5 数据拟合 37

4.6 本章小结 39

第五章 剩余电流采集器调试结果 40

5.1 剩余电流采集器调试组成 40

5.2 剩余电流采集器功能调试 41

第六章 总结和展望 44

参考文献 46

致 谢 47

绪论

课题背景

随着我国经济的稳步提高，很多电子设备已经成为人们生活中常用或者是不可替代的生活用品，在电子设备市场的不断扩大的同时，居民的用电量不断的攀升，使得人身触电和电气火灾事故发生几率升高，为了减小电力事故的损失，保障人民生活中用电的人身安全，对剩余电流保护的研究和应用在电力市场发展中必不可少。

随着很多家用用电设备进入农村户用电力网络中，由于农村地区的安全用电知识还没有广泛的普及，一些居民不能正确的使用用电设备，以及农网中一些老化的用电设备没有及时更换，导致农村电网中存在的一些电路隐患和设备问题不能及时发现。随着剩余电流保护装置逐渐的普及，解决了一些用电方面的问题并减少了一些电力事故的发生。但农网中还存在一些出现漏电现象却没有到达剩余电流保护装置的切断范围的电路和设备，仅仅使用剩余电流保护装置并不能发现和解决这些电路存在的隐患，而且当剩余电流保护装置切断电源之后，排查出故障的电路和设备位置十分困难，因为剩余电流保护装置会根据剩余电流阈值发生动作后，并不能显示剩余电流的具体信息，本课题研究和设计了一个能够实时采集剩余电流，并能够通过图表显示的剩余电流采集器。

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