基于STM32单片机的分布式智能配电终端设计

基于STM32单片机的分布式智能配电终
端设计
摘要：本文基于STM32单片机设计了一种分布式智能配电终端，旨在解决传
统配电系统中存在的信息不对称、操作不便等问题。

通过该终端，用户可以实现
对电力系统的监测、控制、保护等多种功能，实现配电系统的自动化、智能化。

在系统设计中，我们使用了基于CAN总线的分布式控制架构，以及基于嵌入式系
统的设计方法，使得该终端具有可靠性、稳定性和实用性。

最后，通过实验验证
了该终端的性能和可行性。

关键词：STM32单片机；分布式智能配电终端；CAN总线；嵌入式系统
引言：随着信息技术和自动化技术的不断发展，电力系统的自动化、智能化
已经成为发展趋势。

传统的配电系统中存在着信息不对称、操作不便等问题，给
配电系统的安全和稳定带来了很大的隐患。

因此，设计一种高可靠性、稳定性和
实用性的分布式智能配电终端，对于实现配电系统的自动化和智能化具有重要意义。

目前，单片机技术已经成为智能电力系统中不可或缺的组成部分。

STM32单
片机是一款功能强大、性能稳定的单片机芯片，具有低功耗、高速度、高精度等
特点，适用于各种工业控制、智能家居等领域。

一．传统配电系统的问题与不足
（一）信息不对称
传统配电系统中，信息流动不畅，各个环节之间缺乏有效的信息传递和处理，导致信息不对称。

例如，传统的配电系统中，电力信息需要手动收集，而且数据
精度低，容易出现错误，使得对电力系统的监测和保护变得困难。

此外，对于故
障信息的传递和处理也存在问题。

由于缺乏有效的通讯手段，故障信息往往需要
经过多次传递才能到达责任部门，导致故障响应时间较长，影响配电系统的安全
和稳定。

（二）操作不便
传统配电系统的操作往往需要人工干预，人工操作控制，效率低下，存在安全隐患。

例如，传统配电系统的开关操作需要人工进行，操作不便，容易出现误操作或操作不当，造成安全事故。

此外，对于配电系统的监测和保护，也需要人工干预，无法实现自动化和智能化，效率低下，使得配电系统的运行效率和稳定性下降。

二．分布式智能配电终端的设计方案
（一）系统架构设计
本系统采用基于CAN总线的分布式控制架构，包括中央控制器、分布式智能节点和配电终端三个部分。

其中，中央控制器负责系统的整体控制和监测，分布式智能节点负责采集和处理电力信息，配电终端负责实际的开关控制。

（二）分布式智能节点的设计
分布式智能节点是基于STM32单片机的分布式智能配电终端系统中最核心的部分之一。

其主要功能是采集电力信息、进行处理和分析，并将处理后的数据发送到中央控制器进行分析和处理。

具体而言，分布式智能节点包括电力数据采集模块、数据处理模块和通讯模块三个部分。

电力数据采集模块通过电力传感器采集电力数据，并将采集到的数据发送到控制器进行处理。

数据处理模块则对采集到的数据进行处理和分析，如电压、电流、功率等数据的计算和分析，并通过CAN总线发送到中央控制器进行分析和处理。

通讯模块则采用CAN总线协议与中央控制器进行通讯，将处理后的数据发送到中央控制器进行分析和处理。

这样，分布式智能节点可以高效、准确地采集、处理、传输电力数据，从而为系统整体的运行提供有力的支持。

（三）配电终端的设计
配电终端是基于STM32单片机的分布式智能配电终端系统中最直接的部分之一。

其主要功能是控制开关的开关状态，实现电力系统的控制。

具体而言，配电终端包括开关控制模块、电力信息采集模块和通讯模块三个部分。

开关控制模块
负责控制开关的开关状态，通过CAN总线接收中央控制器发送的指令，实现开关
的开关控制。

电力信息采集模块则通过电力传感器采集电力信息，如电流、电压等，并通过CAN总线发送到中央控制器进行处理。

通讯模块采用CAN总线协议与
中央控制器进行通讯，接收中央控制器发送的指令并实现开关的开关控制。

这样，配电终端可以有效地实现电力系统的控制，为系统整体的运行提供有力的支持。

（四）系统实现方法
1.系统硬件设计
系统硬件设计是基于STM32单片机的分布式智能配电终端系统中的关键部分
之一。

系统硬件主要由中央控制器、分布式智能节点和配电终端三个部分组成。

在硬件设计中，我们采用了STM32系列单片机作为控制器，使用CAN总线协议进
行通讯，这样可以大大提高系统的稳定性和可靠性。

中央控制器采用STM32F407
单片机，具有强大的处理能力和丰富的外设资源，可用于处理大量的数据和控制
任务。

在设计中，中央控制器主要负责对分布式智能节点和配电终端进行控制和
监测，并对采集到的电力数据进行处理和分析。

同时，中央控制器还负责与上位
机进行通讯，实现远程监控和控制。

分布式智能节点和配电终端采用STM32F103
单片机，可以满足系统的数据采集和控制任务。

其中，分布式智能节点负责采集
电力数据并进行处理和分析，将处理后的数据通过CAN总线发送到中央控制器进
行进一步的分析和处理。

配电终端则主要负责实现电力系统的控制任务，包括开
关的开关控制和电力信息的采集。

配电终端通过CAN总线接收中央控制器发送的
指令，实现开关的开关控制，并通过电力传感器采集电力信息并将其发送到中央
控制器进行处理。

2.系统软件设计
在系统软件设计方面，中央控制器、分布式智能节点和配电终端的软件程序
都是基于STM32的嵌入式系统开发平台进行开发的。

在开发过程中，需要针对不
同的功能模块进行开发，包括控制程序、通讯程序、数据采集程序等。

在中央控
制器的控制程序设计中，使用Keil编译器进行编程，通过对硬件资源的调用和
操作，实现系统对配电终端和分布式智能节点的控制。

同时，在控制程序的设计
中，需要考虑到系统的实时性、可靠性和可扩展性，以便更好地适应各种复杂的电力系统控制场景。

分布式智能节点和配电终端的程序设计则是采用
STM32CubeMX进行编写。

在编写过程中，需要对各种传感器和执行器进行接口定义和配置，实现数据采集和控制功能。

同时，在通讯程序的设计中，需要考虑到CAN总线通讯的稳定性和可靠性，以保证系统的稳定运行和数据传输的准确性。

结束语：
分布式智能配电终端是当前电力系统自动化的重要发展方向。

基于STM32单片机的分布式智能配电终端具有较高的可靠性和稳定性，能够满足复杂的电力系统控制需求。

基于STM32单片机的分布式智能配电终端设计是当前智能电网技术研究的热点之一，通过本论文的研究，我们对分布式智能配电终端的设计和实现有了更深入的了解，掌握了具体的实现方法和技术路线。

同时，我们也发现了该系统的优点和不足之处。

未来的研究可以进一步优化该系统的设计，提高其性能和可靠性，使其更好地满足电力系统的控制需求。

相信这一研究成果对于智能电网的建设和发展有着重要的推动作用。

参考文献：
[1]于亮,叶林,庞清乐,朱文双,陈逃,王千涛.基于STM32单片机的分布式智能配电终端设计[J].电工电气,2022(01):14-19.
[2]姚光,方锦,张伟.基于分布式配电终端的智能环网柜设计[J].通信电源技术,2019,36(03):73-74.
[3]李永岗,邵清华,李永明,徐凯,聂萌.基于分布式FA的智能配电终端设计[J].信息技术与信息化,2018(01):65-68.
[4]马颖,朱新刚,王莹,成金海.多通道分布式智能终端研究与设计[J].物联网技术,2014,4(04):66-68+71.
大学生创新创业训练计划项目：基于STM32的智能远程配电数据采集终端设计项目编号：202213604017
第一作者简介：杨茗然，（2002-）女，吉林省吉林市，吉林建筑科技学院，本科，研究方向：物联网开发技术。

第二作者：曹士明，（1981-），男，吉林四平，吉林建筑科技学院，本科，研究方向：网络信息安全。