【野火】瑞萨RA MCU创意氛围赛+高压电网电流监测

tom_green

主要参考资料如下：

[ [野火]瑞萨RA系列FSP库开发实战指南——基于野火启明开发板

本人新手小白，借鉴和学习了参加本次试用活动的大佬的代码和开发流程，

本项目用于监测高压三相电流数据，并对故障进行判断的设备，使用了串口，硬件I2C，ADC,OLED等硬件，

使用瑞萨的FSP3.5版本，整体工程见附件

启明6M5

开发板硬件资源如图所示：

项目框架

三路ADC获取三相瞬时正弦波电流信息

正弦波转化为三相电流有效值

判断三相电是否发生故障

本地OLED显示，并上传云平台

开发流程

本人使用j-link的SWD 接口用于RA MCU的调试和程序下载，使用keil较为方便使用，需要如下配置：

• P300/TCK/SWCLK 可通过跳线帽可接到 P201/MD 引脚。用于控制 MD 引脚电平，使MCU上电时进入不同的启动模式。

• P112/UART2_TXD 和 P113/UART2_RXD 两个引脚可配置为串口功能

  
  

1.     /* TODO: add your own code here */
   
2.     Debug_UART2_Init(); // SCI4 UART 调试串口初始化
   
3. 
   
4.     ESP8266_UART9_Init();  // ESP8266 (SCI9 UART) 串口初始化
   
5.    
   
6.     printf("欢迎使用野火启明6M5开发板\n\n");

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硬件I2C的OLED

使用EBF Module 接口的P505，P506配置硬件I2C，驱动OLED屏幕

使用相关驱动初始化后，OLED打印信息

1.   OLED_ShowString(0, 16, (const uint8_t*)"AIrms", 16, 1);
   
2.                 OLED_ShowString(43, 16,(const uint8_t*)"BIrms", 16, 1);
   
3.                 OLED_ShowString(87, 16,(const uint8_t*)"CIrms", 16, 1);
   
4.                
   
5.                 OLED_ShowString(0, 32, AIrms_str, 16,1);               
   
6.                 OLED_ShowString(43, 32, BIrms_str, 16,1);        
   
7.                 OLED_ShowString(87, 32, CIrms_str, 16,1);        
   
8.                 OLED_ShowString(0, 0, (const uint8_t*)"state:", 16, 1);
   
9.                 OLED_ShowNum(87, 0, state,1,16, 1);
   
10.     OLED_Refresh_Gram();

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数据采集

使用开口式电流互感器，可选一次侧与二次侧的变比100：1，200：1，500：1，将开口式电流互感器二次侧接入采样电阻，可转化为电压值进行ADC采样

ADC配置

配置ADC扫描参数，赋能ADC通道。在此函数中设置通道特定设置。

1. /* Enable scan triggering from ELC events. */
   
2.         (void) R_ADC_ScanStart(&g_adc0_ctrl);
   

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回调函数adc_callback ()

1. void adc_callback(adc_callback_args_t * p_args)
   
2. {
   
3.     FSP_PARAMETER_NOT_USED(p_args);
   
4.     scan_complete_flag = true;
   
5. }

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读取ADC值

1. err =R_ADC_Read(&g_adc0_ctrl, ADC_CHANNEL_0, &adc_data1);
   
2.         assert(FSP_SUCCESS == err);
   
3. 
   
4.         a1=(double)(adc_data1/4095.0)*3.3;
   
5. 
   

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读取三通道ADC值

1. //ADC转换完成标志位
   
2. volatile bool scan_complete_flag = false;
   
3. 
   
4. void adc_callback(adc_callback_args_t * p_args)
   
5. {
   
6.     FSP_PARAMETER_NOT_USED(p_args);
   
7.     scan_complete_flag = true;
   
8. }
   
9. 
   
10. void ADC_Init(void)
    
11. {
    
12.     fsp_err_t err;
    
13.     err = R_ADC_Open(&g_adc0_ctrl, &g_adc0_cfg);
    
14.     err = R_ADC_ScanCfg(&g_adc0_ctrl, &g_adc0_channel_cfg);
    
15.     assert(FSP_SUCCESS == err);
    
16. }
    
17. 
    
18. /* 进行ADC采集，读取ADC数据并转换结果 */
    
19. void Read_ADC_Voltage_Value(double *adcdata)
    
20. {
    
21.    
    
22.                         uint16_t adc[3];
    
23. 
    
24.     (void) R_ADC_ScanStart(&g_adc0_ctrl);
    
25.     while (!scan_complete_flag) //等待转换完成标志
    
26.     {
    
27.         ;
    
28.     }
    
29.     scan_complete_flag = false; //重新清除标志位
    
30.                
    
31.     /* 读取通道0数据 */
    
32.                 R_ADC_Read(&g_adc0_ctrl, ADC_CHANNEL_1, &adc[0]);
    
33.     /* ADC原始数据转换为电压值（ADC参考电压为3.3V） */
    
34.     adcdata[0] = (double)(adc[0]*3.3/4095);
    
35.                
    
36.                     /* 读取通道0数据 */
    
37.                 R_ADC_Read(&g_adc0_ctrl, ADC_CHANNEL_2, &adc[1]);
    
38.     /* ADC原始数据转换为电压值（ADC参考电压为3.3V） */
    
39.     adcdata[1] = (double)(adc[1]*3.3/4095);
    
40.                
    
41.                     /* 读取通道0数据 */
    
42.                 R_ADC_Read(&g_adc0_ctrl, ADC_CHANNEL_3, &adc[2]);
    
43.     /* ADC原始数据转换为电压值（ADC参考电压为3.3V） */
    
44.     adcdata[2] = (double)(adc[2]*3.3/4095);
    
45.                
    
46. }
    

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计算出电流有效值

1. /******************************************************
   
2. 函数名称：        getrms
   
3. 描述：                遍历查找电流样本点，得到极致点序列，计算出电流有效值
   
4. 输入：                iphase：电流样本数组
   
5.                                 SAMPLE_N：电流样本数据点数
   
6.                                 
   
7. 输出：        
   
8. 返回：                电流有效值
   
9. ******************************************************/
   
10. float getrms(float *phase,int SAMPLE_N)
    
11. {
    
12.         int changeSignCount=0;
    
13.         int changeSignIndex[changeSignCount];
    
14. // 遍历查找电流样本点
    
15. for (int i = 1; i < SAMPLE_N; i++)
    
16. {      
    
17. 
    
18.         //极大值，
    
19. if((phase[i-1] <= phase[i] && phase[i] >=phase[i+1]) )
    
20.         {
    
21.             changeSignIndex[changeSignCount] = i;
    
22.             changeSignCount++;  
    
23.         }
    
24. }
    
25. // 创建新数组，放置查找结果
    
26. float changeSignSeq[changeSignCount];
    
27.          float max = 0;
    
28.         float min = 0;
    
29. for(int i = 0; i < changeSignCount; i++)
    
30.                 {
    
31.         changeSignSeq[i] = phase[changeSignIndex[i]];
    
32.                         if (max<changeSignSeq[i])  {
    
33.                         max=changeSignSeq[i];
    
34.                         }
    
35.                         if (min>changeSignSeq[i])  {
    
36.                         min=changeSignSeq[i];
    
37.                         }
    
38.                         
    
39.     }
    
40.                 //得出电流有效值
    
41.                 if(fabs(max)>fabs(min)) {
    
42.                 return (float)(fabs(max) * 0.707);
    
43.                 }
    
44.                 else {
    
45.                 return (float)(fabs(min) * 0.707);
    
46.                 }
    
47. }
    

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电流故障类型判断

1. /******************************************************
   
2. 函数名称：        changesign
   
3. 描述：                电流故障类型判断
   
4. 输入：                Aphase,Bphase,Cphase三相电有效值
   
5.                                         maxphase理论最大电流
   
6.                                                                         
   
7. 输出：        
   
8. 返回：                错误类型
   
9. ******************************************************/
   
10. 
    
11. int GetCableFaulttype(float Aphase,float Bphase,float Cphase,float maxphase)
    
12. {
    
13.         int Fault;
    
14.                
    
15.         if(Aphase<maxphase&&Bphase<maxphase&&Cphase<maxphase)
    
16.         {
    
17.                 if(Aphase<2||Bphase<2||Cphase<2)
    
18.                 {
    
19.                         
    
20.                         Fault        = 5;//接地网脱落,或三相电未全部接地
    
21.                 }
    
22.                
    
23.                
    
24.                 Fault =6;//接地正常
    
25.         }
    
26.         
    
27.         else{
    
28.         if(Aphase>100||Bphase>100||Cphase>100)
    
29.         {
    
30.                 Fault = 3;//隔板击穿
    
31.                
    
32.         }
    
33.         //排序得到最大最小值
    
34.         float max=Aphase;
    
35.         float min=Bphase;
    
36.         if(max<=Bphase)
    
37.                 {
    
38.                         max=Bphase;
    
39.                         min=Aphase;
    
40.                 }
    
41.         if(max<=Cphase)
    
42.                 {
    
43.                         max=Cphase;
    
44.                 }               
    
45.         if(min>=Cphase)
    
46.                 {
    
47.                         min=Cphase;
    
48.                 }        
    
49.                
    
50.         if(max>6*min)
    
51.         {
    
52.                 Fault = 0;////接地错误
    
53.                
    
54.         }        
    
55.         if(max>6+min)
    
56.         {
    
57.                 Fault = 2;//外护套破损
    
58.                
    
59.         }        
    
60.         
    
61.         
    
62. }
    
63.         return Fault;
    
64. }

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GROUND_ERROR = 0,//接地错误

WATER_IN_BOX = 1,//接地箱进水

OUTER_SHEATH_DAMAGE = 2,//护套破损

PARTITION_BREAKDOWN = 3,//隔板击穿

PROTECTOR_BREAKDOWN = 4,//保护器击穿

GROUND_GRID_LOOSE = 5,//接地网脱落

GROUND_OK = 6//正常

一般使用4G模块，也可使用本开发板上板载的ESP8266

实现效果如下：

没有实际接入高压电，ADC通道1，直接接入函数发生器生成的50HZ正弦波3.3V波峰，有效值为3.3*0.7.7=2.3331V，故障状态6表示正常。

以上内容如有侵权，请联系删减，谢谢