基于微机保护的电力系统继电保护的设计--毕业论文.docx

青岛农业大学
毕 业 论 文（设计）

题 目： 基于微机保护的电力系统继电保护的设计

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论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日
指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日

目 录
摘 要 I
Abstract II
1 绪论 1
1.1选题背景及研究意义 1
1.2继电保护装置在国内外发展现状 1
1.3研究目标及内容 2
1.4本文的总体结构 3
2 系统硬件电路设计 4
2.1 系统测控部分硬件的整体设计 4
2.2 系统硬件设计中使用的各部分功能模块介绍 5
2.2.1 主控芯片STM32 5
2.2.2 霍尔电流传感器 6
2.2.3 限压电路设计 7
2.2.4 有源低通滤波电路设计 8
2.2.5 TFT触摸屏的介绍及电路设计 10
2.2.6 跳合闸信号继电器的设计 11
2.3 配电箱设计 12
2.4 模拟三相系统设计 13
3 下位机系统程序设计 15
3.1程序总流程 15
3.2 主程序功能详细介绍 16
3.2.1 主程序中继电器逻辑判断输出程序的设计 17
3.2.2 主程序中有效值计算子程序的设计 17
3.2.3 主程序中串口接收发送程序的设计 18
3.3 各子程序模块功能详细介绍 19
3.3.1 ADC初始化子程序块设计 19
3.3.2 LCD显示屏初始化和数据写入子程序块设计 20
3.3.3 定时器子程序块设计 21
3.3.4 信号继电器初始化子程序块设计 21
3.3.5 实时时钟显示子程序块设计 22
4 上位机监控系统的设计 23
4.1 C#编程语言和Microsoft Visual Studio 2013 集成开发环境简介 23
4.2三相电流继电保护系统Windows窗体设计 23
4.2.1登录界面的设计 23
4.2.2三相电流继电保护系统主界面设计 24
4.2.3 修改密码界面设计 26
4.3三相电流继电保护系统上位机部分底层功能的设计实现 27
5 总结与下一步的工作 30
参考文献 31
致谢 32
附录1下位机系统部分代码 33
附录2上位机主界面部分代码 41

基于微机保护的电力系统继电保护的设计

摘 要
本设计主要完成了一套基于微机保护的新型继电保护整体设计方案，在分析了我国微机保护发展的历史和现状并结合了工作效率和器件性价比后，确定了C# + STM32的系统设计解决方案。本设计以意法半导体公司生产的STM32F407芯片制作成测控板实现保护逻辑与信息传递功能，该测控板主要负责电流测量变换及电压形成、A/D采样、继电保护逻辑判断和输出、有效值计算、TFT屏幕显示测量值、与上位机通信。上位机采用Microsoft公司开发的设计语言C#和开发环境Visual Studio 2013设计上位机监视控制界面，主要实现采样数据的接收与采样波形显示功能和远程控制断路器跳合闸功能。
本文详细阐述了各部分功能的设计思路和设计方法，稍作改进便可用于实际电力系统保护当中，也可另用作继电保护实验教学装置。

关键词：微机保护；电流保护；C#; STM32
The Design of Power System Relay Protection
Based on Microcomputer Protection

Abstract
Through the analysis of the history and current situation of the development of microcomputer protection in our country, and consider the factors such as work efficiency, development efficiency and device performance. Ultimately determine the use of C# + STM32 technology of a new relay protection scheme based on microcomputer protection.STM32F407 chip produced by the St Semiconductor Corporation is made into the measurement and control board to realize the function of protection logic and information transfer. Furthermore, the measurement and control board is mainly responsible for the current measurement transformation and voltage formation, A / D sampling, relay protection logic judgment and output, RMS value of the calculation, TFT screen real-time display of measured values and communication with the upper computer. Specifically, using the design language of C# developed by the Microsoft company and development environment of visual studio 2013 both design the upper computer monitoring and control interface, the main achievement of sampling data receiving and sampling waveform display function and remote control circuit breaker jump closing function.
In this paper, the design idea and method of each part of the function are described in detail. The simulated relay protection device with a slight improvement can be used in the actual power system protection, and can be used as a relay protection experiment teaching device for teaching.

Key words: Microcomputer Protection; Current Protection;C#; STM32

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青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）
1 绪论
1.1选题背景及研究意义
为了保障电力系统安全运行，需要实时地监视其运行状况，及时发现电力系统的不正常状态及故障状态。而继电保护装置能检测电力系统的故障及不正常运行状态，快速地通过继电保护装置进行故障的切除并通知运行人员。因此，继电保护是保障电力系统供电优质运行稳定极其重要的手段[1]。
当前在实际应用中，绝大部分低压配电网或者农村电网并没有故障点定位系统，所以电力系统发生故障如接地故障这种难以发现的故障通常是断路器自动跳闸后人工去排查，由巡线员去现场一根线一根线的寻找故障点在哪儿，然后采取措施解决问题。这样一来，不仅耗费了大量的人力，还导致故障排除效率低下，停电时间过长造成经济损失等问题。当前电力系统需要一套能够自动精确判断故障点经济高效的互联网继电保护装置。
随着电力系统规模不断的扩大和电压等级的提高，保护装置芯片也从8位微处理器一直发展到32位处理器，处理器的运算速度越来越快[2]，执行的功能也越来越多，越来越复杂。本设计中采用意法半导体公司生产的32位低功耗STM32F407芯片作为核心处理器，可极大的提高处理效率并生产和使用节约成本。而上位机采用Microsoft公司开发的C#编程语言和Visual Studio 2013开发环境，这种编程语言目前被各大公司广泛使用，因为该语言极大的简化了计算机软件的开发过程，降低了开发难度，并且该语言基于Windows系统开发出的界面简洁美观，使开发者不用了解晦涩难懂的底层操作方法就可以方便的调用Windows提供的各种API。
本设计的主要意义在于能够联网远程精确反映电力系统的各类故障，减少人力物力的投资，使电力系统更加智能化、自动化、节约化。另一方面，由于当前教科书上几乎没有微机保护的实践性教程，学生所学的理论知识无法通过实践来转化为自己对微机保护深刻的认知，因此本设计不仅可以用在实际电力系统中用作电力系统的继电保护，还可以应用于继电保护的实践教学。
1.2继电保护装置在国内外发展现状
我国计算机继电保护的研究是从70年代末才开始的，随后国内设计出很多优秀的继电保护装置。从90年代开始我国继电保护技术进入了微机保护的时代，随着单片机工艺的成熟和硬件制造水平的大大提高，微机保护在软件、算法等方面取得了很多成果，并逐步应用于实践之中[3]。
现在国内外微机保护均应用了计算机技术领域的先进技术：大规模集成电路，A/D 模数转换、数字滤波技术和抗干扰技术，使微机保护在速动性、可靠性等方面均远远优于电磁型等传统保护。ARM处理器在速度方面DSP不相上下，甚至超过DSP。而且ARM集成了丰富的外围控制接口，用户几乎不用再添加外围器件就能实现需要的功能，既节约硬件成本，又降低了设计错误率[4]。国外微机保护经历了三代保护设计上的更新换代，并以微处理器技术与多种已被提出并被可靠证明和广泛应用的算法相结合为基础，不断为新型微机保护的完善创造良好的实现条件[5]。
虽然国内外在电力系统继电保护装置的研究上取得了不错的成绩，但是在实际应用中依然存在着问题，主要就是保护和监控的一体化和保护装置的经济性问题[6]。
1.3研究目标及内容
本设计的研究方向是基于微机保护的继电保护的设计，在总结了国内外研究成果的基础上，结合不断发展的嵌入式技术，采用STM32芯片作为核心处理器，设计出具有低成本、低功耗、高速度、远程化操作的继电保护装置。
研究目标：
该系统能够远程监视控制系统运行，在正常运行时精确地显示电力系统的运行状态，电流值、波形等电力系统参数，发生故障时能精确反映，并自动执行跳闸或发出信号等操作，最终保护整个电力系统的安全运行。
研究内容：
利用以ARM为核心的处理器搭建硬件电路，设计出电流继电保护保护装置。硬件系统的设计主要包括：测量电路、以STM32为核心的主电路板、信号电路、跳闸电路。软件程序的设计主要包括：LCD显示屏界面的设计、信号的采集、继电保护逻辑的判断、对于采集数据的处理算法、利用串口实现下位机与上位机的通信等，利用Keil软件实现下位机程序的开发设计。利用C#语言完成上位机监控软件的设计，实现显示电流有效值，电流波形，并可以控制断路器开合闸的上位机软件。
本设计的特色：以STM32F407ZGT6处理器为核心的保护装置，实现了低成本、低功耗、高效率处理的设计，利用C#语言和语言设计了上位机监控界面，实现了下位机和上位机两种方式的监控。上位机使用软件操作，下位机将所有器件封装到一个配电箱里，使保护装置的移动和安装都变得极为方便。
1.4本文的总体结构
本文的总体结构如下：
1绪论
介绍了本设计的研究背景、意义，介绍了国内外电力系统继电保护领域的研究现状，重点阐述了本设计的研究目标和研究内容。
2系统硬件电路设计
详细介绍了系统硬件电路的设计，分析了硬件设计需要实现的功能和实现功能所使用的器件，并详细说明了每个器件的参数和使用方法。
3下位机系统程序设计
承接了上一章节提到的下位机硬件应该实现的功能，对STM32单片机的程序做了详细的讲解。
4上位机监控系统的设计
介绍了设计上位机三相电力系统电流保护系统的软件环境，并详细说明了所设计的各个界面的详细功能和设计方法。
5总结与展望
总结研究成果以及展望下一步研究的工作。
2 系统硬件电路设计
2.1 系统测控部分硬件的整体设计
测控部分由测量部分和控制与信息传递部分两部分组成。但这两部分不完全是相互独立的，这两部分的联结靠的是主控芯片，就是在绪论中提及的意法半导体公司生产的STM32F407ZG芯片作为核心处理器。测量部分实现的功能有输入变换及电压形成、有源低通滤波ALF、采样保持S/H、A/D变换采集。控制与信息传递部分实现的功能有数据处理、TFT屏幕显示实时电流有效值、继电器信号输出、通过串口与上位机进行数据传递。
串行通信数据线
STM32主控芯片
带光电隔离的
跳合闸
信号
继电器
输入变换及电压形成
有源低通滤波
三相交变电流输入
ADC
CPU
定时器
上位机保护功能通信接口
开关量输出部件
串行通信数据线
STM32主控芯片
带光电隔离的
跳合闸
信号
继电器
输入变换及电压形成
有源低通滤波
三相交变电流输入
ADC
CPU
定时器
上位机保护功能通信接口
开关量输出部件

图2-1硬件系统的整体框图
2.2 系统硬件设计中使用的各部分功能模块介绍
2.2.1 主控芯片STM32
由意法半导体生产的STM32系列单片机性价比超高，应该没有之一，而且功能极其强大。该系列单片机中的STM32F407芯片拥有为需要高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M4内核，其强大的功能主要表现在：
集成了DSP和FPU指令，168MHz的高速性能使得数字信号控制器应用达到了极高的水平，提升了控制算法的执行速度和代码效率[7]。
多重 AHB 总线矩阵和多通道 DMA支持程序执行和数据传输并行处理，数据传输速率非常快，由于采用了ST的ART加速器，程序从FLASH运行相当于0等待。
PWM 高速定时器：168MHz 最大频率
带有日历功能的 32 位 RTC：<1 μA 的实时时钟，1 秒精度
高速 USART，可达 10.5Mbits/s
它能工作在活跃和休眠两个状态，最大程度的降低了功耗。同时由于其内部集成了12 位模拟数字转换器（ADC）：0.41us转换/2.4Msps，使外部硬件电路可以变得更为简化。
鉴于上述优点，本设计采用这款芯片作为继电保护装置核心处理器。其图片和引脚资料如图2-2所示：

图2-2 STM32F407ZGT6引脚图
本设计使用该芯片实现的主要功能是A/D采样（使用内置ADC）、继电保护逻辑判断（编程判断）、继电保护逻辑输出（使用STM32的GPIO引脚）、有效值计算（算法编程）、TFT屏幕实时显示测量值（编程显示）、与上位机通信（串行接口通信）。
2.2.2 霍尔电流传感器
本设计采用国内厚施公司生产的HBC-LSP型号闭环霍尔电流传感器，表2-1是该传感器的电气特性：

表2-1 霍尔电流传感器电气特性
额定电流Ipn (A)
测量范围Ip (A)
线圈匝比Ns (T)
输出电压Vo (V)
供电电源Vc (V)
6
- 6 ~ + 6
600
2.5±2.0
±5VDC±5%

霍尔电流传感器的工作原理是原边电流Ip产生的磁通量与霍尔电压经过放大产生的副边电流Is通过副边线圈所产生的磁通量相等，副边电流Is能精确地反应原边电流。该传感器有三个引脚，分别为+5V输入引脚，GND引脚和信号输出引脚，其最大的特点是经过传感器的原边电流，在输出端直接输出的是以2.5V为基准的电压。简单来说，就是当原边输入电流为0A时，副边输出电压为2.5V，当原边输入电流为最大值+ 6A时，副边输出电压为2.5+2.0=4.5V，当原边输入电流为最小值- 6A时，副边输出电压为2.5-2.0=0.5V。这样一来极大的简化了采集电路的设计，由于单片机ADC的输入电压范围是0~3.3V，所以在 设计中就不必担心由于原边正弦电流当其值为负的时候副边感应电压小于零的情况，只需要设计限幅电路，令副边感应电压超过3.3V时读入单片机的电压保持在3.3V不再升高，以免电压过大烧坏单片机。
霍尔电流传感器原理图如图2-3：

图2-3 霍尔电流传感器原理图
2.2.3 限压电路设计
如上一节所述，为避免读入电压过大烧坏单片机，在电流传感器和单片机ADC中间要加入限幅电路。
限幅电路的设计原理是，在单片机的输入端并联一个带有肖特基二极管和反向电源而且末端接地的电路，当电压小于3.3V时，由于管压降和反向电压的作用，二极管处于截至状态，信号无法从限幅支路中流通，只能传递到单片机内。当电压大于3.3V时，由于已经超过限幅支路中反向电压和管压降之和，于是二极管导通高出部分的电压就会通过限幅电路滤掉。以使单片机采入的电压一直保持在3.3V不再升高。
限幅电路中使用的元件：
肖特基二极管 1N5817 3只
1.25~22.5V可调输出稳压电源 5AMK175 1只
由于要限制电压在3.3V 所以管压降与反向电压之和应为3.3V，经实测，肖特基二极管的管压降大约在0.1~0.2V这个范围内，所以反向电压就应调节到3.1V。
图2-4是在Multisim电路仿真软件中绘制的电路原理图，图2-5是仿真后显示的效果图，其中红线代表限幅后的电压曲线，蓝线代表输入电压曲线。可以明显看到，大于3.3V的部分已经被滤除。

图2-4 限幅电路原理图

图2-5 限幅电路示波器仿真显示效果图
2.2.4 有源低通滤波电路设计
要通过ADC将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，其中最重要的一点就是香农采样定理，即保证采样值能完整、正确和唯一的恢复输入连续信号的充分必要条件是，采样频率应大于信号的最高频率的2倍[8]。而在真实的电力系统中大量的高次谐波，为了满足采样定理并使采样到的波形精准显示，就必须加入滤波装置。
本设计采用的是BB( Burr -Brown)公司生产的UAF42有源滤波器制作成的有源滤波器模块。芯片内部原理图：

图2-6 UAF42有源滤波器内部原理图
通带增益确定方法： 公式（2-1）
其中R1值确定，Rg在左上角滑动变阻器上可以调节。
中心频率： 公式（2-2）
其中R1和R2为固定值且相等，C1，C2也是固定值，就是说，增大就可以减小中心频率，减小就可以增大中心频率。Rf1和Rf2的值在滤波器模块的右边两个滑动变阻器上可以调节。
品质因数Q值： 公式（2-3）
当用和调节好中心频率以后，应当调节与的值以改变Q值。应注意的是，Q值和通带增益无法同时取到最大值，调节滑动变阻器时，应当在两者之间取得一定的平衡。

UAF42模块如图2-7所示

图2-7 UAF42有源滤波器模块实物图
供电： ±5V ~ ±18V
信号输入： 幅值在20mV到略低于供电电压之间
信号输出： 可配置为低通、高通、带通形式输出，中心频率可高至40kHz
内部放大： 可调至100倍放大输出

2.2.5 TFT触摸屏的介绍及电路设计
TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器也被叫做真彩液晶显示器。薄膜晶体管(TFT)设置在液晶显示屏的每一个象素上，有效地解决了非选通时的串扰问题，使扫描线数不再影响屏幕的静态特性，极大大程度上提高了图像质量。
本设计中使用的是正点原子公司的3.5英寸TFTLCD模块，该模块原理图和实物图如下图所示：

图2-8 TFT模块原理图和实物图
TFTLCD模块的使用流程如下：

图2-9 TFT模块原理图和实物图
2.2.6 跳合闸信号继电器的设计
电力系统中，断路器的合闸和跳闸需要由单片机采集到输入电流之后经过逻辑判断，然后控制短路器跳闸或合闸。然而单片机无法直接控制断路器的开合，一个原因是单片机本身无法输出那么大的驱动电流使断路器动作，更重要的是在微机保护中，强电和弱电部分应该严格隔离分开，这样做的目的是为了保护弱电部分不受强电部分的干扰，假若断路器发生了故障，因为隔离的存在，弱电部分不会被泄露过来的高电压大电流造成不可恢复的损坏。
鉴于以上思路，本设计采用的是4路带光耦隔离5V继电器模块作为跳合闸信号输出模块。该模块采用光电隔离和二极管续流保护，一共4个小型继电器，每个继电器都引出常开常闭两组触点，每个触点容量为AC250V 10A和DC30V 10A。图2-x是该继电器的原理图和实物图：

图2-10 4路带光耦隔离5V继电器模块原理图

图2-11 4路带光耦隔离5V继电器模块实物图
2.3 配电箱设计
由于本设计是作为一套能够应用在实际电力系统中的继电保护装置，因此需要高度集成化封闭化，所以需要将其封装成配电箱。该配电箱主要实现显示屏的人机交互、指示灯信号、三相电流的输入输出和启动关停整套系统的功能。考虑到以上功能的实现，该配电箱在箱门上开有一个镶嵌显示屏的矩形孔、两个镶嵌启动开关和急停开关的圆形孔还有三个指示灯圆形孔用于显示三相电路每相的通断。在箱体下侧面开有一个矩形孔用于三相电流的输入输出，在上侧面上开有一个镶嵌散热风扇的散热孔。
在配电箱内部，左侧面固定好单片机主控板，通过排线与箱门上的TFT显示屏连接在一起，右侧面固定了一个能够将交流220V转换为直流+5V、直流+12V和直流-12V的开关电源，该电源采用外部交流供电，不使用引入的三相电，转换成直流后直接供给主控芯片和测控版。底层侧面固定着接线端子排，向外引出了7根线，分别为三相电流输入线和PE线与三相电流输出线。在底面上安装了测控版和一个导轨，导轨上固定了3个中间继电器作为模拟断路器，一个交流接触器作为电力系统的供电控制，与箱门上镶嵌的启动开关和急停开关连接，当启动开关按下时断路器控制部分就开始供电。
配电箱实物图如下：

(a) (b)
图2-12 配电箱实物图
(a)配电箱实物外部正视图；(b)配电箱内部实物图
2.4 模拟三相系统设计
本设计中的使用的三相电源使用三相插头直接从电网中取电，使用空气开关作为三相电路的总开关，开关后引出4根带插头的线，可以直接与配电箱引出的三相电流输入线相连，配电箱的三相电流输出线又可以接到负载上。本系统中的负载用了两台三相异步电动机作为系统模拟负载，每台电机均采用星形接线以降低启动电流，减少对电网的冲击和对继电保护装置的干扰。
模拟三相系统实物图如下：

图2-13 三相系统实物图

3 下位机系统程序设计
3.1程序总流程
下位机实现功能的流程是STM32中一个ADC的三个通道不断循环采集数据，DMA不占用CPU运行时间在硬件上将ADC采集到的值存储到设定的数组变量中，变量的每一位经过ADC的采样值转换计算得到电流传感器传出的每相电流真实值，此时真实值是三相电流的瞬时值。程序会判断每相电流值的大小，电流值大于整定值时，单片机会发出跳闸信号当瞬时值采样到一个正弦周期后，程序就会调用有效值计算函数，计算出每相的电流有效值，随后程序会将每相的有效值显示在LCD显示屏上，LCD屏幕上还会同步显示当前日期和时间。与此同时，单片机还会将所采集到的数据通过串行通信接口同步发送到上位机上，发送的数据有三类，分别是电流瞬时值（用于在上位机软件上显示电流波形）、有效值（在上位机上显示有效值）和断路器状态（用于在上位机软件上显示下位机断路器上的当前工作状态）。
YES
上电启动
系统初始化
A/D采样
获取每相电流采样值
单相采样值大于大于整定值
对应相跳闸
定时发送电流有效值
DMA传输
有效值算法
LCD显示电流有效值
具体流程如下图所示：

图3-1 系统的主界面流程图
系统上电后的主界面显示如图：

图3-2 系统的主界面
3.2 主程序功能详细介绍
意法半导体公司在设计STM32时，同时提供了一套开发全面的固件开发包，这套开发包中包含了开发所需要的所有底层操作，这套开发包就是STM32的库函数包，随着STM32的更新换代和广泛推行，开发者们根据官方的库函数包又开发了大量的内设外设拓展包用于STM32各种内设外设的初始化和调用方法。由于库函数包和拓展包的存在，极大的节省了设计者的入门难度和设计难度，把设计者从复杂的底层寄存器操作中解放出来，将更多的精力放到应用程序的开发上。
主程序中主要实现的就是上一节提到的程序总流程，主程序的执行步骤如下：
①在程序中首先引用了程序所需要的库函数头文件和自己编写的各种外设头文件。
②定义程序中所用到的各种变量。这里要注意的是程序定义了存放ADC采样值的数组ADC_ConveredValue，定义语句是extern __IO u16 ADC_ConvertedValue[3]; 这条语句中extern代表这个变量在别的子程序块中也会使用并赋值，防止程序编译出现错误，__IO在STM32中代表类型修饰符volatile，作用就是指示编译器不要因优化而省略此指令，必须每次都直接读写其值，被修饰的变量一般是随时变化的量，这样做的意义在于保证将这个变量里的值赋给别的变量时是正确的值。
③初始化各种库函数和子程序函数
④使LCD屏幕显示复位状态界面
⑤在死循环中执行ADC采样值的变换、当前采样值与整定值的对比判断、有效值计算、有效值在LCD显示屏上显示、串口接收和发送。
3.2.1 主程序中继电器逻辑判断输出程序的设计
继电器逻辑判断输出程序写在while死循环里面，目的是当发生短路时，单片机能第一时间作出反应。继电器发生跳闸的情况有两个，一个是上位机发送跳闸信号远程控制跳闸，另一个就是当电流过大超过整定值时自动跳闸。程序如下：

if(adNum1>2||state1==0) //adNum1是a相电流瞬时值整定值为3A，state代表上位
RELAY1=0; //机发送的跳闸信号标志位，当state=0时，断路器跳闸
if(adNum2>2||state2==0)
RELAY2=0; //RELAY2代表b相继电器，=0时跳闸，=1时合闸
if(adNum3>2||state3==0)
RELAY3=0;

继电器跳闸后，想要执行合闸操作，只有在排除故障之后电流恢复到整定值以下才允许再次合闸，合闸方式有两种，一个是上位机发出指令远程合闸，再一个就是重启下位机系统，这样做的目的是保证电力系统的安全性，线路不恢复正常不供电，而且不在配电箱上设计每相跳闸开关是为了防止各种异常状况导致的开关误触而使系统出线不必要的断电。
3.2.2 主程序中有效值计算子程序的设计
有效值计算采用了求真有效值的算法，即采样一个周期内的瞬时电流值，将每个值的平方累加，求平均后再开方[9]。由于液晶屏显示的是有效值，因此本设计直接将有效值计算函数和液晶屏数字显示函数集成为一个子函数Filter()，程序示意代码如下：

void Filter(void)
{
if(times<20) //取20次平均
{
sum1=sum1+adNum1*adNum1; //瞬时值的平方和
times++;
}
else
{
times=0;
sum1=sqrt(sum1/n); //计算出均方根值，也就是有效值
ed=sum1;
LCD_ShowxNum(158,180,ed,1,16,0); //显示采样值的整数部分
pump=(sum1-ed)*100;
LCD_ShowxNum(174,180,pump,2,16,0X80);//显示小数部分
SendBuff[0]=' I '; //给有效值发送缓冲数组赋值
SendBuff[1]=('0'+ed);
SendBuff[2]='.';
SendBuff[3]=('0'+(u16)pump/10);
SendBuff[4]=('0'+(u16)pump%10);
sum1=0;
}
}
3.2.3 主程序中串口接收发送程序的设计
本设计中的串口接受和发送均采用了中断方式，下位机接收上位机传来的数据使用了串口中断，当发生中断便执行接收中断程序，通过判断接收的数据从而控制断路器的状态。下位机向上位机发送数据使用了定时器中断，定时器当计时500ms便向上位机发送一次数据，发送的数据是下位机采集到的电流有效值数据，上位机可以通过下位机发送的电流有效值来显示采集到的有效值数据、计算出电流波形并判断出断路器的状态。
待发送的数据是存到了char型数组SendBuff[14]中，以“I”为数据报头，以“\0”作为数据的结束标志，采集的三相电流有效值就存到了中间的数组位中。串口发送方法如下：
u8 t;
for(t=0;t<14;t++)
{
USART_SendData(USART1,SendBuff1[t]); //向串口1发送数据
while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET);//等待发送结束
}
当上位机向下位机发送数据时就会引起下位机的串口中断，下位机只有当接收到0x0d作为结尾的数据才能执行中断程序，数据接收完毕，下位机USART_RX_STA寄存器的最高位将会置1，从而执行中断程序，接收到的数据会存到接收缓存器中，STM32定义为一个USART_RX_BUF数组，由于本设计中上位机设置发送的数据只有一位，所以，数据将会存到接收缓冲器USART_RX_BUF[0]位中。接下来程序就会判断接收的数据是什么，从而执行相应的操作。串口接收部分程序如下：
switch(USART_RX_BUF[0])
{
case 'O':state1=1,state2=1,state3=1,
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2);break;
case 'S':GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2);break;
case '1': state1=0;break;
case '2': state1=1,RELAY1=1;break;
case '3': state2=0;break;
case '4': state2=1,RELAY2=1;break;
case '5': state3=0;break;
case '6': state3=1,RELAY3=1;break;
default: break;
}
USART_RX_STA=0;

3.3 各子程序模块功能详细介绍
3.3.1 ADC初始化子程序块设计
本设计采集的是频率为50Hz的交变电流，变化很快，而且使用ADC的三个通道循环轮流采样。为了保证精度和采样速度，在ADC子程序的设计上结合了DMA传输方式。本来所有的外设和存储器之间的数据传递都要通过CPU，当需要传输数据量太大或者外设数目太多时，CPU即便速度再快也无法协调好其他功能和外设与存储间的数据传递。为了解决这个问题，就加入了DMA。DMA即直接存储器访问，DMA传输方式通过硬件为RAM与外设开辟一条直接传送数据的通路，无需CPU的介入，使CPU的工作效率大为提高。
ADC程序初始化方法：
void AD_Init()
{
①初始化ADC3、DMA2和ADC3对应的GPIOC引脚时钟
方法：调用RCC CLOCK CMD库函数将对应模块和引脚使能
②DMA的初始化设置
方法：主要确定DMA的数据流、通道、外设基地址、内存基地址、数据传输方向、数据大小、是否循环采集等。
③ADC3的通道选择与引脚设置
方法：选择ADC的输入通道、引脚设置为模拟输入通道，不带上下拉。
④ADC通用设置
方法：设置ADC的模式、ADC的工作频率等。
⑤ADC初始化设置
方法：设置ADC的位数、开启扫描模式、开启连续转换模式、触发方式、数据对齐方式、转换通道数。
⑥ADC循环通道设置
方法：将需要采样的通道通过ADC_RegularChannelConfig函数设置采样排序和采样周期数。
⑦源数据变化时开启DMA传输
⑧使能ADC3的DMA功能
⑨使能ADC3
⑩开启软件转换
}

主程序中调用了在子程序编写好的初始化函数AD_Init()后，ADC就会自动的循环采样，而DMA在数组采样值变化后会将当前采样值存入到在主程序里声明好的AD