基于32位ARMMCU設計具備串行OLED顯示屏的智能電容器的制作方法

本實用新型屬于0.4KV低壓電網無功補償裝置領域，具體涉及一種基于32位ARM MCU設計具備串行OLED顯示屏的智能電容器。

背景技術：
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現有的智能電容器技術方案多為采用8位單片機作為控制核心，由于8位單片機運算能力弱，硬件資源相對有限，故電壓、電流、相位的數據獲取采用硬件+軟件的方式來實現，運算速度低、精度差，使得目前智能電容器產品對負載無功變化響應速度慢，且常常導致誤動作；且8位機運算能力很差，無法計算系統電壓、電流諧波，從而無法實現電容器的諧波保護功能，導致電力電容器在大諧波環境下迅速失效、損壞；8位機低下的運算能力導致不可能采用復雜的投切策略算法，因此補償電容器的投切只能按照功率因數的大小制定粗糙的控制策略，無法滿足用戶對智能電容器越來越高的技術要求。

LCD液晶屏幕是當下許多智能電容器技術方案中采用的顯示模塊，它是一種透射式顯示技術，利用薄膜技術所做成的電晶體電極，采用掃描的方法主動地控制顯示點的開和關，從而控制液晶分子的排列狀態，進而改變遮光和透光狀態以達到顯示目的。雖然LCD顯示技術目前已經比較成熟，但隨著新技術的不斷涌現也暴露出諸多技術層面的劣勢，如：LCD本身不發光，需要背光源，其亮度及對比度主要取決于背光源的分布及亮度，因此其功耗較大，并造成電能的浪費；其輸出光線的方向性導致其可視角度較小，從側面觀察會出現圖像失真；體積大，顯示內容少，無法實現裝置的小型化；響應時間較長，大約幾十毫秒，如超過40ms，就會造成拖影現象。以上這些弱點都使LCD顯示屏在新形勢下逐漸無法滿足用戶對顯示技術日益增長的技術需求，同時，在工業應用領域，基于并行接口的顯示裝置雖然傳輸速度較快，但是在復雜的工業環境中很容易受到電磁干擾的影響，導致數據傳輸的錯誤，從而影響顯示效果。

在串行接口中，RS232和SPI接口應用最為廣泛，但由于RS232傳輸速度較慢，只有115200bps，很難在需要頻繁刷新顯示內容的場合進行應用，而且RS232連接沒有同步時鐘，很容易發生傳輸錯誤，其可靠性也因此受到質疑。

技術實現要素：
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本實用新型的設計目的是提供一種基于32位ARM MCU設計具備串行OLED顯示屏的智能電容器應用方案，解決現有智能電容器因采用運算能力弱的低端8位單片機作為控制核心而 無法滿足目前供電系統復雜無功需求的問題。同時，克服落后的LCD顯示技術在人機交互層面上的不足，并采用SPI串行接口與MCU連接，提高數據傳輸速度，保證數據的準確性。

本實用新型所提供的一種基于32位ARM MCU設計具備串行OLED顯示屏的智能電容器，其特征是：包括32位ARM MCU，32位ARM MCU連接信號調理電路、數模轉換電路、復合開關、網絡通信單元和人機交互單元。

所述人機交互單元包括OLED顯示屏、按鍵及撥動開關，其中OLED顯示屏包括MCU接口、圖形顯示數據RAM、顯示控制單元、命令解碼器、時序產生單元，所述MCU接口為SPI串行接口并連接MCU與OLED顯示屏的數據、時鐘和讀寫使能針腳。

所述OLED顯示屏采用電源芯片單獨供電，供電電路中增加共模、差模電感，并設有斷電復位模塊。

母線電壓、電流信號經裝置信號調理電路處理后，由32位ARM MCU直接進行A/D同步采樣轉換，每工頻周波采樣64點，采樣數據經FIR軟件濾波后以FFT算法計算出母線系統各相電壓、電流、電壓和電流間的相位差、電壓電流的各次諧波分量，據此計算出母線系統的無功、有功、視在功率和功率因數，并以此作為補償電容器的投切依據，投切動作的執行是通過32位ARM MCU控制雙向晶閘管及磁保持繼電器來完成。在人機交互層面，采用OLED顯示屏作為裝置顯示模塊，所述OLED顯示模塊包括MCU接口、圖形顯示數據RAM、顯示控制單元、命令解碼器、時序產生單元，其MCU接口為SPI串行接口并連接MCU與OLED顯示模塊的SDIN(數據)、SCLK(時鐘)和D/C(讀寫使能)針腳，所述顯示控制單元在時序的控制下通過SPI串行接口接收數據或指令，實現對應時序控制下對OLED顯示屏的顯示內容控制。同時，顯示模塊采用電源芯片單獨供電，并在電路中增加共模、差模電感，消除電路共模、差模干擾，設有斷電復位模塊。軟件方面OLED具有相應的可靠性控制策略，結合所述斷電復位模塊實現對OLED顯示模塊的保護功能，避免電路中的較大諧波或智能電容器投切對顯示模塊造成影響，在60s無操作的情況下OLED顯示屏幕自動進入休眠狀態。

本實用新型的有益效果是：

1、基于32位ARM MCU設計，較8位單片機其運算能力顯著增強，因此可以對系統電壓、電流進行精度更高的計算，所以能保證對負載的無功變化及時作出響應，避免因為運算能力弱帶來的延遲所導致的電容器誤動作；

2、基于32位ARM MCU設計，依托其強大的數據處理能力，快速實現對系統電壓、電流的2-30次諧波分析運算，因此可以在智能電容器中實現諧波保護功能，消除高次諧波對電容器的影響，避免低壓補償電容器的損壞，延長其使用壽命，并可根據需要制作消除諧波型智能電容器，能有效的抑制高次諧波和涌流，保護電路及低壓補償電容器，避免過載。

3、基于32位ARM MCU設計，可以設計更加復雜高效的投切策略，實踐證明低端8位單片機僅依據功率因數的大小所制定的控制策略無法滿足當前供電系統日益復雜的無功需求，本實用新型采用高度優化投切策略，運行可靠性高，并提供全波或基波算法來調整系統無功功率的評估策略，支持“電壓優先”和“無功功率優先”兩種無功補償控制策略進行電容器的投切，以滿足供電現場不同的需求。

4、OLED顯示模塊通過SPI串行接口與MCU連接，占用端口少，電路結構簡單，易于實現，并且具備SCLK同步時鐘，可保證數據傳輸的準確性；

5、OLED顯示模塊采用電源芯片單獨供電，并設有斷電復位電路，結合系統可靠性控制策略實現對顯示模塊的保護和抗干擾功能；

6、OLED顯示屏其核心層厚度很薄，可以小于1mm，為LCD屏幕的1/3，因此可以實現裝置的小型化。

7、OLED屏幕只有需要點亮的單元才加電，較傳統LCD加背光燈的方式功耗小、省電；

8、基于OLED屏幕設計，由于OLED會自行發光，發光轉化效率高，所以較LCD屏要亮的多，對比度更大，且OLED沒有視角范圍的限制，視角可達到170°，從側面觀察也不會失真。

附圖說明

下面結合附圖及實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明：

圖1為本實用新型方框原理圖；

圖2為本實用新型數據處理、控制流程；

圖3為本實用新型OLED顯示模塊系統結構框圖；

圖4為OLED顯示模塊電源前置處理及電源管理芯片電路結構圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實施例的一種以32位ARM MCU為核心的智能電容器，以32位ARM MCU為核心，同時輔以信號調理電路、數模轉換電路、復合投切開關、網絡通信單元、人機交互單元和低壓補償電容器構成無功補償裝置。

見圖2，母線系統電壓、電流經互感器轉換為原始信號，經信號調理電路后，由32位ARM MCU直接進行A/D同步采樣轉換，每工頻周波采樣64點，采樣數據經FIR軟件濾波，然后以FFT算法計算出母線各相系統電壓、電流、及電壓和電流間的相位差、電壓電流的各次諧波分量，據此計算出系統無功、有功、視在功率、功率因數，所計算出的無功功率即為系統無功缺額，并以此作為補償電容器的投切依據，32位ARM MCU通過控制雙向晶閘管及磁保持繼電器來完成投切電容的動作執行，然后系統重新采集分析當前母線實時無功功率狀態，以實現補償 電容器的快速、實時、精確投切。

見圖3，本實施例的一種串行接口OLED顯示屏在智能電容器中的應用，包括MCU接口、圖形顯示數據RAM、顯示控制單元、命令解碼器、時序產生單元，通過SPI串行接口連接MCU與OLED顯示模塊的SDIN(數據)、SCLK(時鐘)和D/C(讀寫使能)針腳，顯示控制單元在時序的控制下通過SPI串行接口接收數據或指令，實現對應時序控制下針對OLED顯示屏的顯示內容控制。

見圖4,顯示了本實施例中的OLED顯示模塊的供電部分電路結構圖，采用電源芯片單獨供電，電路中增加共模、差模電感，消除電路共模、差模干擾，同時設有斷電復位模塊。

為實施中的OLED顯示模塊的軟件可靠性控制策略流程圖，結合電路中的斷電復位模塊在電容器的投切動作執行的同時切斷OLED顯示模塊供電，動作執行完畢后恢復其供電，避免電容器投切對顯示模塊造成影響，在60s無操作的情況下OLED顯示屏幕自動進入休眠狀態，實現對OLED顯示模塊的保護功能。

上述實施案例僅是為清楚本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型實施方式的限定。對屬于本實用新型的精神所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍內。