接地是最有效的静电和雷电保护措施，接地系统的工作条件主要通过测量接地电阻值来反映，因此实时掌握接地电阻值非常重要。针对现有接地电阻测量方法的优缺点，本文研究设计了基于双线圈载波传感器的在线接地电阻监测系统，可实现多点接地电阻的无接触在线监测。
本系统采用 STM32F03R6 单片机内部 DA 作为传感器的输入激励信号，产生不同频率的正弦信号，并通过功率放大器进行放大。单片机内部同时使用 AD 采样传感器输出信号，使用二阶低通滤波器和微信放大器对传感器输出信号进行抗混叠和放大。在数据处理方面，使用汉宁窗函数对 FFT 改进快速傅里叶变换后，采样信号的振幅值和相位信息可以有效提取，采样信号振幅值和接地电阻值可以使用多个函数非线性拟合。在数据通信方面，通过 RS-485 接口网络连接多个传感器和上位机 Modbus 协议将数据传输到上位机。利用 LabVIEW 软件编写上位机程序，实现与多个传感器的数据通信，绘制接地电阻测量值波形图和存储功能。模拟实验表明，该系统可以实时监测多个接地电阻值的变化，接地电阻值范围在 1~10Ω内时，测量精度为 0.01Ω。
接地电阻在线监控系统总体设计
通过两个变压过程，测量电路中的电压和电流，以获得接地电阻的大小。根据双线圈载波传感器多点监测接地电阻的原理，设计了在线监测硬件、传感器数字信号处理、通信模式和通信协议设计、上位机编程四个部分。
接地电阻在线监测系统结构图
接地电阻在线监测系统原理图
硬件系统设计
接地电阻在线监控硬件主要实现传感器激励信号的发生和传感器传感信号的收集，并适当调节信号，便于后续数据处理。
接地电阻在线监测硬件系统
Proteus仿真软件进行仿真
激励信号发生仿真电路图
激励信号输出波形图
数据处理
经过 AD 采集和滤波后的信号为时域信号，无法反映信号的频域成分，而通过离散傅里叶变换可以将采集的信号从时域转换到频域，从而可以提取想要的频率信号的幅值、相位等信息。通过建立采样信号幅值与接地电阻之间的映射关系，就能得到接地电阻的大小。
AD 采样数据波形图
AD 图
利用 LabVIEW 设计上位机
主要包括数据通信、数据存储和显示。 LabVIEW 中的 VISA 函数编写 Modbus 通信协议实现与传感器的通信，包括接地电阻值读取命令和接地电阻值接收命令。
基于 LabVIEW的FFT变换程序框图
导师简介
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副教授
传感与振动工程研究所
硕士生导师
chenxing@dlut.edu.cn
研究方向
1 现场总线和工业物联网
2 工业配电和电机保护
3 智能仪表及监控系统
THE END
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