基于STM32的箱式变电站安全预警系统设计

基于STM32的箱式变电站安全预警系统设计摘 要近年来随着经济的快速发展，电力行业的发展也实现了质的飞越，变电站的安全问题必将是电力行
业发展的大趋势和大方向，电力行业的发展不仅仅是单方面的发展，它是多方面技术发展的集合。在新一轮电网发展中，箱式变电站作为配电设备在
电网中应用特别广泛，为保障配电的安全稳定，对箱式变电站的监测系统的研究与设计有着很重要的意义。此设计针对变电站的安全问题设计了一款
基于STM32的箱式变电站安全预警系统，该系统包括单片机、电流电压模块、WiFi模块、显示模块、ISP下载模块和蜂鸣器模块。设计分
为上位机和下位机，下位机控制电源开关，通过电流??电压传??感器来??检测电??流和电??压的数??据，并能实时??显示电??流、
电??压状况，还可以??实时采??集箱式??变电站??内的负??载状况，??当监??测到的??负载高??于设定??安全值??时，输
??出跳闸??信号，??开启违??规负载??跳闸功??能，蜂??鸣器报警，发送至上位机；上位机可??接收并??显示下??位机发??
来的数??据；设??定电流??、安全??负载值??的阈值??，远程??控制供??电闸继??电器，??接收下??位机发??来的警??
告信号??，并且??显示警??告内容??，提示??管理人??员处理??。关键词：WiFi模块；ISP下载模块；蜂鸣器模块；STM3
2单片机ABSTRACTIn recent years, with the rapid development of econom
y, the development of the power industry has also realized a qual
itative leap. The safety of substation will be the general trend
and direction of the development of the power industry. The devel
opment of the power industry is not only a unilateral development
, it is the collection of the development of various technologies
. In the new round of power grid development, box-type substation
as power distribution equipment is widely used in the power grid
. In order to ensure the safety and stability of power distributi
on, it is of great significance to the research and design of the
monitoring system of box-type substation. This design designs a
box substation safety warning system based on STM 32, which inclu
des SU, current and voltage module, WiFi module, display module,
ISP download module and buzzer module. The design is divided into
upper machine and lower machine, Lower position machine control
power switch, The basis of current and voltage detection by a cur
rent-voltage inductor, And can display the current of real-time,
voltage, It can also collect the load condition in the box-type s
ubstation in real time, When the detected load is higher than the
set safety value, Lost trip signal, Open the illegal load trip f
unction energy, Buzzer alarm, Send it to the upper computer compu
ter; The upper computer can receive and display the number of dat
a sent from the lower computer; Set the threshold value of fixed
current and safe load value, Remote control supply relay, Receive
alarm signals from the lower machine, And display the alarm cont
ent, Prompt the manager to handle it.Key words: WiFi module; ISP
download module; Ber module; STM 32 CM目 录第1章 绪论11.1 研究目的及意义1
1.2 国内外研究现状11.3 主要研究内容3第2章 系统总体结构32.1 设计方案42.2 功能需求分析42.2.1
技术路线：42.2.2 预期结果：42.3 总体方案设计52.4 单片机型号选择5第3章 系统的硬件部分设计63.1
系统总体设计63.2 系统的主要功能模块设计73.2.1 OLED液晶显示模块设计73.2.2 ISP下载模块设计83.2.
3 WIFI模块设计10第4章 系统的软件设计124.1 软件主流程图124.2 显示模块软件的设计134.3 WIFI
模块的软件设计14第5章 系统测试165.1 系统实物图165.2 测试原理17第6章 总结与展望216.1 总 结21
6.2 展 望21参考文献22附 录23第1章 绪论1.1 研究目的及意义近年来随着经??济的快??速发展??，电力??
行业的??发展也??实现了??质的飞??越，智??能电网??必将是??电网发??展的大??趋势和??大方向??，智能??电网的??
发展不??仅仅是??单方面??的发展??，它是??多方面??技术发??展的集??合。在??新一轮??电网发??展中，??箱式变??
电站作??为配电??设备在??电网中??应用特??别广泛??，为保??障配电??的安全??稳定，??对箱式??变电站??的监测??
系统的??研究与??设计有??着很重??要的意??义。目??前，箱??式变电??站监测??系统普??遍存在??监测信??息不准??
确、无??法远程??监测控??制、需??要大量??人工排??查故障??等问题??。针对??这些问??题，本??文结合??箱式变??
电站实??际工作??特点，??融合物??联网技??术以及??无线传??输和传??感器技??术，研??究设计??一种，??解决当??
前监测??过程中??存在的??问题设??计多传??感器监??测环境??状态，??并将监??测数据??在智能??网关中??心进行??
融合处??理，提??高监测??准确度??，得到??最终的??监测结??果；以??嵌入式??路由芯??片R??T30??52??实现
智??能网关??，降低??系统的??成本和功耗。各种电压等级的变电站??在运行??过程中??，现场??安全成??了十分??突出的?
?问题，??特别是??对电量??、电流??和电压??状况的??监控问??题，靠??操作队??人员的??正常巡??视难以??实现，?
?必须建??立一个??安全稳??定的运??行环境??，对变??电站各??种设备??的运行??状态及??影响变??电站安??全运行?
?的因素??实现在??线检测??，使故??障信息??能够早??期发现??并得到??及时处??理，使??成立后??的操作??队运行?
?人员实??时掌握??设备运??行工况??、解决??操作队??巡视周??期内的??监控空??白，加??强对变??电设备的监控。无人
值守变电站安全??预警系??统就是??针对当??前情况??而开发??的一整??套使电??力系统??变电站??安全运??行的综??合
系统??，属国??内首创??。该系??统是把??监控对??象落实??到每一??监护设??备，由??微机综??合自动??化系统??负
责电??网的安??全运行??，变电??站安全??预警系??统负责??监视变??电站的??安全运??行及环??境状况??，实时??监
测变??电站的??运行环??境，对??变电站??各种设??备的运??行状态??及影响??变电站??安全运??行的因??素等实??现
在线??监测，??当有异??常情况??发生时??，终端??装置采??集到该??实时信??息后，??立即记??下此信??息，进??行
校对??、分析??、处理??，并??发出预??警信息??和报警??信号，??使故障??信息能??够早期??发现并??得到及??时处
理??，能够??给变电??站的运??行提供??真正的安全保障。减轻了操作队人员、??车辆来??回奔波??的辛苦??，解决??了变电
??站-尤??其是无??人值守??变电站??变电设??备安全??运行如??何实现??可控、??在控的??问题，??从而使??变电站
??完全具??备了无??人值守??的要求??，操作??队成为??了真正??意义上??的监控中心。1.2 国内外研究现状随着社会高
??速高质??量的发??展，各??行各业??的发展??在逐步??实现“??高效”??。所谓??高效也??就是协??调好各??区域的
??板块的??资源，??充分利??用个资??源的优??势，提??出合理??的方案??实现高??效率的目的。2022年，马国栋在《?
?基于NB-??IoT??的箱??式变电??站安全??预警系??统研究??与设计??》文中??谈到用??户可通??过浏览??器远程
??登录网??关服务??器，以??网页的??形式实??时查看??家庭监??控状况??[1]。场所??内部布??置了检??测火灾??
的温度??传感器??、烟雾??传感器??、火焰??传感器??、一氧??化碳传??感器等??；检测??入侵的??红外热??释电传??
感器，??这些传??感器的??监测数??据以及??综合效??果均可??在网页上展示。2020年，秦斌、解强??伟在《??浅谈我??
国智能??电网现??状及发??展方向??》文中??讲到，??嵌入式??应用对??嵌入式??操作系??统的实??时性和??稳定性??
要求较??高，嵌??入式操??作系统??是否稳??健也是??嵌入式??系统可??靠运行??的基础??。经过??多年的??发展，??
在嵌入??式领域??涌现了??一些优??秀的操??作系统??，如?Lin??ux、??Win??ce、??uC/??OS-??II
、??VxW??ork??s、A??ndr??oid??等，??并在不??同的应??用领域??得到发展[2]。2019年，沈晓峰、
徐??爱蓉、??曹基南??、张卫??红、胡??大良在??《基于??物联网??架构的??箱式变??电站智??能监测??系统》??文中
介??绍了就??变电站??安全检??测系统??来说，??多传感??器数据??融合是??利用分??布在家??庭监测??区域的??温度
、??烟雾、??气体、??火焰等??传感器??，结合??传感器??的时间??采样，??进行数??据关联??估计和??综合，??使系
统??获得比??单一传??感器更??高的准??确性和适用性[4]。2019年，Wu B,WanA、IandolaF在《Squeez
e Det: Unified, Small, Low Power Fully Convolutional Neural Netwo
rks for Real-Time Object Detection for Autonomous Driving》文章中讲到??
常见的??无线通??信技术??包括 ??Zig??Bee??、红外??、数字??增强无??绳电话??(DE??CT)??、家庭??
无线电??射频(??Hom??eRF??)、蓝??牙、超??宽频(??UWB??)、I??EEE??802??.11??X、射??
频识别??(RF??ID)??等。Z??igB??ee通信距??离在??20-??100??m，功??耗低、??数据率??低、网?
?络容量??大；红??外通信??的最大??距离不??超过??10m??，并且??设备之??间不能??有直视??障碍，??角度不??
能超过30度[11]。2022年，MA Shuguang在《Construction of Wireless Fire Alarm
System Based on ZigBee Technology》文中，早在2001年，就提到了箱式变电站安全预警系统的设计，
可以有效的保证变电站的正常运行。2020年，Edgar H，Callaway在《Wireless Sensor Networks：
Architectures and Protocols》文中谈论ZigBee?网络,需要每一个标题节点,IEE E802.15.4
使用两种的唯一16标题:??短地址、64位的?扩大展览地址.选择一个??网络可??使用短?地址或?扩大或头条地址,则允许网站?个人
?网络进行通信，用短地机制网站可以少失去消息沿需求分配内存空间。综上所述，对??于当前??的社会??发展，??变电站??大面积??
的建设??，随之??也出现??了很多??问题，??而采取??检测系??统，可??以对变??电站的??情况进??行实时??控制，??
预防危??险的发??生，可??以极大??的保证??变电站的安全。1.3 主要研究内容本设计是一款基?于ST?M32?的箱式?变电站
?安全预?警系统?设计。?选择S?TM3?2作为?系统控?制器，?系统的设计采用软件部分和硬件部分相结合的设计方式。系统主要由单片
机，电流电压模块，WIFI模块，显示模块，ISP下载模块，蜂鸣器模块等组成。下位机对电源开关进行控制并对电流和电压信息进行实时检测
，通过电流??电压传??感器来??检测电??流和电??压的数??据。实时??显示电??量、电??流、电??压状况??，当系统??检
测到??电流参??数异常??时，开??启过流??保护功??能，自??动切断??供电闸??继电器??；系统??还可以??实时采??集
箱式??变电站??内的负??载状况??，显示??并发送??上位机,??当监??测到的??负载高??于设定??安全值??时，输??出
跳闸??信号，??开启违??规负载??跳闸功??能，蜂??鸣器报警，发送至上位机违规跳闸警告信号。上??位机可??接收并??显示下
??位机发??来的数??据，设??定电流??、安全??负载值??的阈值??，远程??控制供??电闸继??电器。还可以??接收下??
位机发??来的警??告信号??，并且??显示警??告内容??，提示??管理人??员处理??，上位机接收下位机的实时信息并对变电站进
行实时监控。此设计将其归纳于一个管理系统内，使系统可以稳定进行。第2章 系统总体结构2.1 设计方案本课题设计了一套基于??S
TM??32的??箱式变??电站安??全预警??系统设??计。选??择ST??M32??作为系??统的采??集终端??控制模??块
，通??过电流??电压传??感器来??检测电??量、电??流和电??压的数??据。上??位机可??接收并??显示下??位机发??来
的数??据；设??定电流??、安全??负载值??的阈值??，远程??控制供??电闸继??电器；??接收下??位机发??来的警??告
信号??，并且??显示警??告内容??，提示??管理人??员处理??。下位??机实时??显示电??量、电??流、电??压状况??，
并发??送至上??位机；??当系统??检测到??电流参??数异常??时，开??启过流??保护功??能，自??动切断??供电闸??继
电器??；系统??还可以??实时采??集箱式??变电站??内的负??载状况??，显示??并发送??上位机??；当监??测到的??负
载高??于设定??安全值??时，输??出跳闸??信号，??开启违??规负载??跳闸功??能，蜂??鸣器报警，发送至上位机违规跳闸警
告信号，提醒管理人员前往处理。2.2 功能需求分析2.2.1 技术路线：（1）硬件部分需要单片机STM32F103RCT6、电
流电压传感器（2）软件平台程序用keil 5；（3）画原理图用AD；（4）编程语言用C语言；（5）用户信息显示查看；2.2.2
预期结果：对于系统的完善和布置，可以完成箱式变电站的预期完成，其完成成果：系统采用WIFI通信技术，完成下位机和上位机的通信。上位
机1.接收，并显示下位机发来的数据；2.设定阈值：电流、安全负载值；3.可远程控制供电闸继电器；4.接收到下位机发来的警告，显示警
告内容，提示管理人员处理；下位机1.实时显示电量、电流、电压状况，显示，并发送上位机；2.系统监测到电流参数异常，开启过流保护功能
，自动切断供电闸继电器；3.自动切断供电闸继电器；4.系统可实时采集箱式变电站内的负载状况，显示，并发送上位机；5.系统监测到箱式
变电站内的负载高于设定安全值，输出跳闸信号，开启违规负载跳闸功能，蜂鸣器示警，发送上位机违规负载跳闸警告信号。2.3 总体方案设
计第一：首?先，准?备阶段?的理论?知识，?对设计?主题的?理解，?认真研?究主题?的含义?，提高?对主题?的理解第二:识?别系统
?的单元?，明确?它们之?间的关?系，收?集软件?和设备?的信息;第三:策?划课题?，确定?体系结?构，确?定体系?总体框?架，勾
?画组织?框架，?并在此?基础上?制定指?南;第四:利用?软件完?成计算?机电路?元件的?设计，?绘制电?路图，?通过接?口组装?
系统元?件，绘?制电路?图;第五:在?系统控?制程序?的基础?上完成?软件设?计部分?，并绘?制了主?要过程图;第六:仿?真仿真?
，确定?系统是?否能实?现所要?求的控?制功能?，并进?行文件?处理。2.4 单片机型号选择主控制芯片选择STM32F103RC
T6，??STM32F103RCT6是由??意法半??导体集??团基于??STM??32系??列AR??M C??ort??ex-
??M内核??开发的??一款具??有64??KB的??程序存??储器的??32位??微控制??器。其??工作时??需要2??V~3
??.6V??的电压??和-4??0℃~??85℃??环境温度。STM32系列单片机是一??款高性??能，功??能强大??的系列?
?单片机??。该系??列单片??机常被??用于要??求低成??本、高??性能和??低功耗??的嵌入??式应用??程序，??其在功?
?耗和集??成方面??也展现??出良好??的性能??。由于??其便捷??的工具??和简单??的结构??并且结??合了强??大的功?
?能性，??在业界??很受欢??迎。本??实验采??用的最??小系统如下图。图2-1 STM32F103RCT6最小系统原理图第3
章 系统的硬件部分设计3.1 系统总体设计本设计选择STM32作为系统??的采集??终端控??制模块??，通过??电流电??压
传感??器来检??测电量??、电流??和电压??的数据??。上位??机可接??收并显??示下位??机发来??的数据??；设定??电
流、??安全负??载值的??阈值，??远程控??制供电??闸继电??器；接??收下位??机发来??的警告??信号，??并且显??示
警告??内容，??提示管??理人员??处理。??下位机??实时显??示电量??、电流??、电压??状况，??并发送??至上位??机
；当??系统检??测到电??流参数??异常时??，开启??过流保??护功能??，自动??切断供??电闸继??电器；??系统还??可
以实??时采集??箱式变??电站内??的负载??状况，??显示并??发送上??位机；??当监测??到的负??载高于??设定安??全
值时??，输出??跳闸信??号，开??启违规??负载跳??闸功能??，蜂鸣??器报警??，发送??至上位??机违规??跳闸警??告
信号??，提醒??管理人员前往处理。该系统应完成的主要功能有:系统采用WIFI通信技术，完成下位机和上位机的通信。上位机1.接收，
并显示下位机发来的数据；2.设定阈值：电流、安全负载值3.可远程控制供电闸继电器；4.接收到下位机发来的警告，显示警告内容，提示管
理人员处理；下位机1.实时显示电量、电流、电压状况，显示，并发送上位机；2.系统监测到电流参数异常，开启过流保护功能，自动切断供电
闸继电器；3.自动切断供电闸继电器；4.系统可实时采集箱式变电站内的负载状况，显示，并发送上位机5.系统监测到箱式变电站内的负载高
于设定安全值，输出跳闸信号，开启违规负载跳闸功能，蜂鸣器示警，发送上位机违规负载跳闸警告信号总体原理图如下所示：图3-1 总体原理
图3.2 系统的主要功能模块设计对于该系统?的组成?，是由?蜂鸣器?模块、WiF?i模块?、电流电压?检测模?块等组?成部分?构
成。?其中这?些组成?部分最?主要的?是WiFi模?块、电?流电压?检测模?块、显?示模块?和ISP下载?模块。3.2.1 OL
ED液晶显示模块设计OLED，即有机发光??二极管??（ O??rga??nic?? Li??ght?? Em??itt??ing
?? Di??ode??）。OLE??D由??于同时??具备自??发光，??不需背??光源、??对比度??高、厚??度薄、??视角
广??、反应??速度快??、可用??于挠曲??性面板??、使用??温度范??围广、??构造及??制程较??简单等??优异之??特性
，??被认为??是下一??代的平??面显示??器新兴??应用技术。LCD都需要背光??，而??OLE??D不??需要，??因为它?
?是自发??光的。??这样同??样的显??示O??LED??效果??要来得??好一些??。以目??前的技??术，O??LED??的
尺??寸还难??以大型??化，但??是分辨??率确可??以做到??很高。??在此我??们使用??的是中??景园电??子的0??.9
6??寸OL??ED显??示屏，??该屏有??以下特点：（1）0.96英寸的奥列格由黄色、白色和蓝色组成;黄色和蓝色是四分之一的屏
幕，黄色和蓝色是较低的屏幕；这是一个固定的区域，显示固定的颜色，颜色和映射区域都不能改变；白光是白色的，所以是白色上的黑色。蓝色是
纯蓝色，黑色是底部的蓝色单词。（2）分辨率为12864 （3）多个接口方法;OLED接口包括6800、8080、两个并行接口、3
或4行串行接口、IIC接口(OLED控制只需要2根线)，通过屏幕上的BS0 - BS2安装。图3-2-1 OLED显示模块原理图3
.2.2 ISP下载模块设计本课题使用的是??CH3??40G模块。??用串口??和CH??340??模块都??可以让??计算机
??和单片??机进行??通信，??但是使??用CH??340??更加方??便，省??去了使??用串口??的麻烦??CH3??40是
??一个U??SB总??线的转??接芯片??，实现??USB??转串口??、US??B转IRDA红外或??者US??B转打??印口
。??在串口??方式下??，CH??340??提供常??用的M??ODE??M联络??信号，??用于为??计算机??扩展异??步串
口??，或者??将普通??的审口??设备直??接升级??到US??B总线??。在红??外方式??下，C??H34??0外加??红外
收??发器即??可构成??USB??红外线??适配器??，实现??SIR??红外线通讯。CH340G特点:(1)全速USB设负埃见
。兼资USBV2.Q，外围元贵件只要通体和电容。(2)模拟标准串行消息来升级原始串行设备，或通过USB添加额外的串行连接。Wind
ows操作系统下的顺序应用程序完全兼容，不需要修改。(4)双功能硬件，内置传输缓冲器，在50bps和2Mbps之间保持连接。(5)
MODEM RTS、DTR、DCD、RI、DSR、CTS支持经常使用的通信信号。(6)提供RS232、RS485、RS422等接口
。(7)支持IrDA规范SIR红外通信，支持2400bps到115200bps。(8)因为它是通过USB进行的连续变换，只能通过使
用不可能完全相同的层来实现。(9)monung CH341软件允许直接使用CH341驱动程序。(10)电压支持5V和3.3V。(1
1)提供SSOP-20，不含铅，与RoHS兼容。应用电路的注意事项：(1)CH340芯片嵌入到USB电阻中，UD+和UD柱必须直接
与USB总线连接。(2)CH340芯片嵌入到电力充电电路中。CH340芯片必须定期进行外部测试，作为12M2的时钟信号。(4)CH
340芯片?提供5?V或3?.3?V的电?力。当?使用工?作电压5V时?，?输入外?部5V?电源，?而V3?指数必?须有4?700
pf或?0.0?1u?的电?源容量?。在使?用工作?电压3?3V时?，必须?将CH?340?组件中?的V3?引入V?3，同?时将外
?部电源?3.3?V和其他电路?中的3?3V引入。（5）CH340自动支?持US?B，而?NOS?S是低水平的，禁?止访问?USB
?设备。?异步异?步路径由x340上?的计数?器湖组?成:在?自由输?入时，?R23?2必须?是高水?平的;?如果R?232?是一
个高信用水平的?函数系?统，那?么RX?D会自动通过腿内的逆变器?，认为它是低?水平的?。在自由出口的情况?下，C?H34?0T
TXD?芯片具有很高的水平?。CH?340?R芯片的TX?D水平很低。（6）MODEM?MO?DEM?包括:?CTS?digita
l?,D?SRdigital RI?,D?CD31,?DT?RC,?RT?SC。调制解调器提供的所有这些信号都是由计算机程序控制和
定义的，以确定它?们的使用。（7）二级指标包?括3?Lak?e、R?232La?ke、?CK0?3体系?、AT?3。?R+3?抑制
红外功率税。R?223?用于辅助功能?RS2?32。R232为普通RXD租用了一个自动逆变器。act感应娱乐是USB?配置的?最终
输?出(如?红外U?SB适?配器)?。ir?和R?232?杆充电后只检查一次。(8)在340天内?，CH?340?有独立的传输?缓
冲区?，支持单天、半双工或全双步异步通信。?行计数?包括低?级别母?位，5?、6、?7吨，8位数据，级别1或2。支持高等教育机构/
标志/清洁检查。CH340支持的常见通信波频率为: 50、 75、 110 、134.5 150 800、 900 900 460
0 、9600 9600、9400 9400 9400、2880033600 28800 33600 380000 57600 7
6800 1152 128000、 153600 230400，服务460800、92160000 1500000等错误信号允许占
总错误信号的2%以上。如下图原理图。图3-2-2 ISP下载模块原理图3.2.3 WIFI模块设计Wi-Fi模块又名??串口W?
?i-Fi??模块??，属于??物联网??传输层??，功能??是将串??口或T??TL电??平转为??符合W??i-F??i无??
线网络??通信标??准的嵌??入式模??块，内??置无线??网络协??议IE??EE8??02.??11b??.g.??n协??议
栈以??及TC??P/I??P 协??议栈。??传统的??硬件设??备嵌入??Wi??-Fi??模块??可以直??接利用??Wi?
?-Fi??联入??互联网??，是实??现无线??智能家??居、M??2M??等物联??网应用??的重要??组成部分。WiFi模块
通过指定??信道号??的方式??来进行??快速联??网。在??通常的??无线联??网过程??中，会??首先对??当前的??所有信?
?道自动??进行一??次扫描??，来搜??索准备??连接的??目的A??P创建??的(或??Adh??oc)??网络。??串口w?
?ifi??模块提??供了设??置工作??信道的??参数，??在已知??目的网??络所在??信道的??条件下??，可以??直接指?
?定模块??的工作??信道，??从而达??到加快??联网速度的目的。图3-2-3 WIFI模块原理图3.2.4 蜂鸣器模块蜂鸣器
利用振动装置和谐振花置产生声音信号，振荡器是蜂鸣器的核心部件，能够产生周期性信号通常采用方波信号。蜂鸣器主要类别为：1、有无震荡源
，有源蜂鸣器内部带震荡源，只需通电就会发出声音，而无源内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫。2、价格不同，有源蜂鸣器要比
无源蜂鸣器成本高，因为里面多包含了震荡源。3、两者其高度不同，有源蜂鸣器高度为9mm，而无源蜂鸣器高度为8mm。优点不同，无源蜂鸣
器的优点是：便宜，声音频率可控，可以做出多来米发索拉西的效果，在一些特例中，可以和LED复用一个控制口。有源蜂鸣器的优点是：程序控
制方便。3.2.4 电流电压采集模块单片机电流电压采集模块的原理是通过电路将电流或电压信号转换成单片机能够读取和处理的数字信号。一
般而言，模块里面会有滤波、放大、ADC（模数转换）等模块。具体来说，对于电流信号采集模块，其基本原理如下：1. 通过信号隔离器将被
测电路与采集电路隔离开来，防止干扰和短路。2. 使用电阻、电感等元件构成所需的电容共振电路，并增加差动放大器放大电压信号。3. 根
据欧姆定律，在被测电路串联一个小电阻，通过non-inverting型运算放大器将电压变换为电流.4. 最后，通过ADC对采样后的
电流进行数字化处理得到所需要的数据。而对于电压信号采集模块，其基本原理如下：1. 将输入接口连接到需要监控的电路上，对输入信号进行
滤波和放大。2. 加入稳压电路，确保输入电压处于合适的范围之内，且稳定不变。3. 将经过滤波、放大并稳定后的电压信号送入ADC进行
模数转换，形成数字信号供单片机读取和处理。需要注意的是，同一电压或电流采集模块在不同的测量环境下精度可能存在差异，因此在选择模块时
应根据具体的使用场景进行选型。第4章 系统的软件设计4.1 软件主流程图当全部系统软件通??电时，??箱式变??电站内??的电
压电流传感??器,负??责采集??箱变的??数据。??之后将??采集终??端的采??集数据??由单片及处理后；通??过上位机端实现
??远程检??测和控??制终端??的功能??；下位??机实时??显示电??量、电??流、电??压状况??，并发??送至上??位机；
??当系统??检测到??电流参??数异常??时，开??启过流??保护功??能，自??动切断??供电闸??继电器??；系统??还可以
??实时采??集箱式??变电站??内的负??载状况??，显示??并发送??上位机??；当监??测到的??负载高??于设定??安全值
??时，输??出跳闸??信号，??开启违??规负载??跳闸功??能，蜂??鸣器报警，发送至上位机违规跳闸警告信号，提醒管理人员前往
处理。系统??整体流??程表如下图所示。图4-1整体流程图4.2 显示模块软件的设计在设计中需要??显示当??电流电压信息。??
系统使??用OL??ED液??晶显示??数据,??STM??32单??片机初??始化完??成后显??示屏会??自动写??控制字??
，控制??字为单??片机中??获得的??数据，??随后显??示出来??。如图??为显示??模块流程图。图4-2 OLED液晶显示模
块软件设计流程图4.3 WIFI模块的软件设计图4-3-1 WiFi模块设计流程图本模块采用ESP8266模块，ESP8266是
一款超低功耗的UART-WiFi透传模块，拥有业内极富竞争力的封装尺寸和超低能耗技术，专为移动设备和物联网应用设计，可将用户的物理
设备连接到Wi-Fi无线网络上，进行互联网或局域网通信，实现联网功能。要让模块上电正常工作只需三处接线：VCC和CH_PD接3.3
电源正极，GND接地。刚好USB-TTL下载模块上有3.3V的电源。而使用串口调试要再把模块与下载器的TXD和RXD交叉连接。电脑
安装好USB-TTL模块的驱动后，USB口插上模块，在设备管理器查看串口号后，打开串口调试工具sscom，串口号选择模块对应的，默
认波特率115200，数据-停止-校验-流控：8-1-None-None，勾选“发送新行”（一定一定要记得勾选“发送新行”，否则W
iFi无法识别AT指令），点击“打开串口”按钮，然后将CH_PD引脚的3.3V电源断了重接进行复位，若串口打印乱码后看到“read
y”，说明模块上电初始化正常。和某些需要按键进入AT指令模式的蓝牙模块不同，ESP8266上电后就运行在AT指令模式下。第5章
系统测试5.1 系统实物图sosto系统主要由微控制器、指示模块、wi-fi模块、通信模块、控制单元、按钮、定位模块、微控制器、
通过wi-fi模块和通信单元的微控制器组成。连接的痕迹，电源的连接，电路的检测，都在等待，电灯模拟器的雷尔模块;当电力超过规定的阈
值时，警报就会发出警报，电力就会断电。图5-1 系统完整实物图5.2 测试原理图5-2-1 OLED如图5-2-1为OLED显示
屏，当接通电源后，实时显示电流、电压、功率。图5-2-2 手机端APP登录页面如图5-2-2，通过WiFi模块连接手机后，可注册、
登录账号，实时监测数据。图5-2-3 注册页面如图5-2-3为注册页面。图5-2-4 手机端功能页面如图5-2-4，登录后，可实时
检测当前时间、电流、电压、功率；可以设置电流阈值，当超过阈值时报警。图5-2-5 继电器模块如图5-2-5，当电流超过阈值时，继电
器模块断开，蜂鸣器发出蜂鸣声。图5-2-6 WiFi模块如图5-2-6，WIFI模块，设备连接后即可通过APP实时监测电流电压图5
-2-7 电源如图5-2-7为开关电源，负责为整个模块供电。图5-2-8 蜂鸣器模块如图5-2-8，蜂鸣器模块，当系统监测到箱式变
电站内的负载高于设定安全值，立即输出跳闸信号，开启跳闸功能，蜂鸣器示警。第6章 总结与展望6.1 总结软件调试过程失败了，调试
过程中出现了错误。但在老师的指导下，我终于发现了一个问题，它纠正了错误和不科学的设计领域。项目的问题和解决方案主要包括以下层次。(
1)在功率模块建模时，发现输出值调试从未按照设计规则实现。经过对基本错误的检查，发现了一些与焊接有关的技术问题，导致了重新焊接。(
2)使用模拟程序，找到错误的代码。然后修正表明，在软件开发过程中，巨石没有正常的重新配置，只有在软件被添加到程序中才能产生精确的结
果。(3)不断提醒，模拟中存在逻辑错误。虽然退出不会损害效果，但它可能会损害打印过程中 的电路。后来发现，数据发送错误的代码，表明
它们无法区分位置和位置。在添加了工作环境之间的差异之后，系统软件运行正常，信息不会提醒我们逻辑上的错误。6.2 展望设计以箱式变
电站安全为研究对象，在具体分析电流、电压、功率对箱式变电站的影响后，明确提出了一种基于单片机的箱式变电站安全预警系统。全部设计的首
要工作中如下所示。(1)根据查看相关资料，确立了电流、电压、功率对箱式变电站的影响，并在这个基础上明确提出了以检测电流、电压、功率
为首要目的的箱式变电站安全预警系统；(2)对于上一部分提及的问题，明确提出了运用电流电压传感器收集电流电压数据，运用单片机设计操纵
所有体系的设计计划方案。(3)在主要板板板上使用“STM32”的电感应器。模拟表明，完全设计可以通过电子应激控制技术实现，所有系统
软件都有问题，并已达到极限，在今后的研究中必须有效。操作系统由wi-fi开发。具体的应用程序需要在外部边界进行互动，这更符合现代控
制方法的趋势。输入该项目的算法缺失。具体的应用程序需要引入最佳管理算法，例如改进PID性能的算法、雾算法、神经网络控制算法等等。参
考文献[1]马国栋.基于NB-IoT的箱式变电站安全预警系统研究与设计[M].安徽理工大学.2022.[2]秦斌,解强伟.浅谈我国
智能电网现状及发展方向[J].科技风,2014(23):24.[3]沈晓峰,徐爱蓉,曹基南,张卫红,胡大良.基于物联网架构的箱式变
电站智能监测系统[J].电气技术,2020,21(09):27-32.[4]沈晓峰,徐爱蓉,曹基南,张卫红,胡大良.基于物联网架构
的箱式变电站智能监测系统[J].电气技术,2020,21(09):27-32.[5]许鑫鑫.智能电网发展现状及关键环节研究[J].
数码世界,2017(10):123.[6]曹一凡.基于物联网的火灾监测预警系统研究[D].华北理工大学,2020.[7]方朝阳.基
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systems and networks on the example of a digital substation[J].I
OP Conference Series:Earth and Environmental Science,2022,1070(1)
.附录电路图源代码#include "sys.h"#include "delay.h"#include "sys.h"#inclu
de "oled.h"#include "bmp.h"#include "key.h"#include "usart.h"#inc
lude "usart2.h"#include "usart3.h"#include "led.h"#include .h>#include #include "usart4.h"#include "uart5.h"u8 sen
d[30];int beepNum=0;int fragment=0;u8 send1[30];u8 dianyas[15];u
8 dianlius[15];u8 ps[15];u8 pyus[15];int bjFlag1=0;int bjFlag2
=0;int p;int pyu=400;int number1=0;int number2=0;int number3=0;in
t numberAll=0;int Flag1=0;int Flag2=0;int Flag3=0;int Flag4=0;voi
d USART1_Puts(char str){while(str){USART1->DR= str++;while((U
SART1->SR&0X40)==0);}}void USART3_Puts(char str){while(str){US
ART3->DR= str++;while((USART3->SR&0X40)==0);}}void USART4_Puts(c
har str){while(str){UART4->DR= str++;while((UART4->SR&0X40)==
0);}}void USART2_Puts(char str){while(str){USART2->DR= str++;
while((USART2->SR&0X40)==0);}}void ESP8266_Init(){USART3_Puts("AT
\r\n");delay_ms(1000);delay_ms(1000);delay_ms(1000); USART3_Puts(
"AT+CIPMUX=1\r\n");delay_ms(1000);delay_ms(1000);delay_ms(1000);
USART3_Puts("AT+CIPSERVER=1,8080\r\n");delay_ms(1000);delay_ms(10
00);delay_ms(1000);}int jiaodu1=90;unsigned int j1=0;int main(voi
d){u16 adcx;unsigned int i;delay_init();NVIC_Configuration();OLED
_Init();OLED_ColorTurn(0); OLED_DisplayTurn(0);OLED_Refresh();OLE
D_Clear();KEY_Init();LED_Init(); usart2_init(9600); usart3_init(1
15200);uart_init(9600); beep_Init();beep=1; JDQ1=1;JDQ2=1;OLED_Sh
owChinese(0,20,0,16);OLED_ShowChinese(18,20,1,16);OLED_ShowString
(36,20,":",16);OLED_ShowChinese(0,0,2,16);OLED_ShowChinese(18,0,3
,16);OLED_ShowString(36,0,":",16);OLED_ShowChinese(0,40,4,16);OLE
D_ShowChinese(18,40,5,16);OLED_ShowString(36,40,":",16);OLED_Refr
esh();ESP8266_Init();pyus[0] =pyu/100+''0''; pyus[1] =pyu%100/10+''0
''; pyus[2] =pyu%10+''0''; pyus[3] =0; OLED_ShowString(105,40,pyus,1
6);OLED_Refresh();while(1){ if(USART3_RX_STA==1){USART3_RX_STA=0;
if(USART3_RX_BUF[1]==''1''){JDQ1=0;}else if(USART3_RX_BUF[1]==''2''){
JDQ1=1;}else if(USART3_RX_BUF[1]==''3''){pyu= (USART3_RX_BUF[2]-''0''
)100+(USART3_RX_BUF[3]-''0'')100+(USART3_RX_BUF[4]-''0'');pyus[0] =
pyu/100+''0''; pyus[1] =pyu%100/10+''0''; pyus[2] =pyu%10+''0''; pyus[3
] =0; OLED_ShowString(105,40,pyus,16);OLED_Refresh();}} if(USART2
_RX_STA==1){USART2_RX_STA=0;Flag4=0;p=0;for(i=0;i<60;i++){if(USAR
T2_RX_BUF[i]==''I''&&USART2_RX_BUF[i+1]==''r''&&USART2_RX_BUF[i+2]==''
m''&&USART2_RX_BUF[i+3]==''s''&&USART2_RX_BUF[i+4]==''=''){number1=0;F
lag1=1;}if(USART2_RX_BUF[i]==''V''&&USART2_RX_BUF[i+1]==''r''&&USART2
_RX_BUF[i+2]==''m''&&USART2_RX_BUF[i+3]==''s''&&USART2_RX_BUF[i+4]==''
=''){number2=0;Flag2=1;}if(USART2_RX_BUF[i]==''P''&&USART2_RX_BUF[i+
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_RX_BUF[i+5];number1++;if(USART2_RX_BUF[i+5]==''A''){Flag1=0;dianli
us[number1]=0;}}if(Flag2==1){dianyas[number2]=USART2_RX_BUF[i+5];
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''.''){Flag4=1;}if(Flag4==0){p=p10+USART2_RX_BUF[i+2]-''0'';}}}if(p>
pyu){ JDQ1=0;bjFlag1=0;beep=0;}OLED_ShowString(45,20,dianyas,16);
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ED_Refresh();}USART2_Puts("AT+ALL\r\n");send[0]=''w'';for(i=0;i