【正文】 電壓時給控制器供電。在斷路器故障分斷后，亦可實現(xiàn)各種故障狀態(tài)指示、報警觸點輸出等輔助功能，從而保證控制器正常工作。電壓變換器自動切換上述兩種電源，自動釋放速飽和電壓互感器提供的多余能量［ 2］。 信號采集與處理單元 線路電流傳感器采用空芯互感器，保證在整個電流范圍內(nèi)采樣信號的線性度?？招净ジ衅鳌⑺亠柡丸F芯互感器是互相獨立的部件，同時套裝在斷路器主回路的母排上?？紤]到一次回路電流高達 50kA/75kA，進入 A/D 轉(zhuǎn)換器的電流信號范圍較大，為了提高精度和采樣分辨率，把電流信號分為小信號和大信號兩 組，對于小信號利用硬件電路進行放大處理，而大信號直接輸入。接地電流信號一般較小，需經(jīng)放大處理，其取樣方式有兩種。 一種方式為測量中線電流。直接取三相電流信障情況下，矢量和不等于零，取出此電流信號作為中線保護電流信號。這種方式不能區(qū)分系統(tǒng)不平衡電流和接地故障電流。 另一種方式為測量接地電流。接地信號取于中關(guān)，此電流可作為接地電流的保護信號。 A、 B、C三相電流大信號、電流小信號、電壓信號和接地漏電信號共 10路輸入經(jīng)過濾波、隔離、放大等處理后送嵌入式系統(tǒng)的 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，輸入端被配置為單端輸入方式，溫度采樣 的輸入由嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部的溫度傳感器完成，嵌入式系統(tǒng)控制電子開關(guān)選通所需的各路信號進行輪流采樣。 10路信號采樣處理周期為 。瞬動短路故障采用峰值采樣，考慮抗尖峰干擾，信號處理時間為雙周期 ，短路故障電流較大時瞬動處理較快。 微處理器單元 控制器微處理器采用嵌入式微處理器 C8051系列，該系統(tǒng)是真正能獨立工作的集成的混合信號片上系統(tǒng)（ SOC），它具有與 MCS51 內(nèi)核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有標準 8051 的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其它 數(shù)字外設(shè)及功能部件，減少了系統(tǒng)的外圍元件，有利于提高系統(tǒng)的抗干擾能力。內(nèi)部的數(shù)字資源通過優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼器分配 I/O口，可完全由用戶支配。系統(tǒng)具有幾種串行總線接口，通過交叉開關(guān)可配置到端口，可方便地與上位機及編程器通訊。嵌入式系統(tǒng)采用流水線結(jié)構(gòu)，處理能力大大提高，峰大連海洋大學(xué)專科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 智能時間控制器設(shè)計 6 值性能可達 25MIPS。每個系統(tǒng)都能有效地管理模擬和數(shù)字外設(shè)，可以關(guān)閉暫時不工作的外設(shè)以降低功耗。 FLASH 存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新固件，這一特性允許將程序存儲器用于非易失性數(shù)據(jù)存儲以及在軟件控制下 更新程序代碼。片內(nèi)JTAG調(diào)試支持功能允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品 MCU進行非侵入式（不占用片內(nèi)資源）、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持斷點、單步、運行和停機命令。在使用 JTAG 調(diào)試時，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運行。嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部有一個能獨立工作的時鐘發(fā)生器，在復(fù)位后被默認為系統(tǒng)時鐘。如有需要，時鐘源可以在運行時切換到外部振蕩器。擴展的中斷系統(tǒng)向嵌入式系統(tǒng)提供 22 個中斷源，允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。一個中斷驅(qū)動的系統(tǒng)需要較少的系統(tǒng)干預(yù)，卻有更高的執(zhí)行效率 。在智能控制器多任務(wù)實時系統(tǒng)時，這些增加的中斷源是非常有用的。 鍵盤顯示單元 顯示曾采用液晶顯示方案，但是由于液晶顯示在高溫和振動情況下容易損壞，特別是在部分現(xiàn)場環(huán)境較暗時，控制器是否正常運行不便監(jiān)察，因此，采用 LED顯示。系統(tǒng)通過一個高效的鍵盤顯示管理芯片 BC7281，利用 3 個信號線便完成了主要的面板顯示和按鍵操作。采用數(shù)碼管和LED 發(fā)光二極管循環(huán)顯示電路運行參數(shù)及故障狀態(tài)下的故障電流和指示故障類型。在正常運行狀態(tài)下，用戶使用控制器面板上的鍵盤或者上位機和編程器的通訊可進行定位顯示、電流整定值調(diào)整、 延時脫扣時間調(diào)整、試驗、存儲、復(fù)位等各項操作。由于其中兩個按鍵要求有連續(xù)按鍵功能，因此單獨接到系統(tǒng)的普通 I/O口上。 為了滿足系統(tǒng)的實時性需要，需由一時鐘電路給系統(tǒng)提供時鐘信號。系統(tǒng)時鐘信號由串行時鐘芯片 DS1302產(chǎn)生，采用串行通訊方式 , 只需三條線即可與單片機通訊；雖沒有采用光電隔離，但由于讀寫靠時序控制，且具有寫保護位，抗干擾效果明顯；同時體積小，連線少，外圍只有，使用靈活。 軟件的設(shè)計 軟件主要由主程序和中斷服務(wù)程序兩部分組成。主程序主要完成鍵盤輸入（采用查詢方式）、數(shù)據(jù) 處理及顯示刷新、故障檢測及處理和故障脫扣等功能；中斷服務(wù)程序主要完成電壓、電流的采樣、頻率、功率因數(shù)的計量以及瞬時故障檢測和連續(xù)按鍵等功能。主程序開始上電初始化，配置 I/O端口，系統(tǒng)自檢，然后進行 FFT對電壓、電流的采樣數(shù)據(jù)處理，求取各項電路參數(shù)，并判斷是否有故障需要進行延時脫扣。若有故障，則需跳轉(zhuǎn)到各項故障處理子程序，此期間以查詢方式處理鍵盤程序，定時刷新顯示。中斷服務(wù)程序主要包括各個定時器中斷和兩個外部中斷 INTINT2。 INT1 是電壓方波中斷， INT2 是電流方波中斷，兩個外部中斷通過定時器 0 經(jīng)過處 理得到電路的頻率和功率因數(shù)。定時器 1中斷作為延時時間計數(shù)和刷新顯示計數(shù)及其它的計數(shù)。為了防止中斷及顯示沖突，刷新顯示及延時程序放在主程序里完成。定時器 2中斷作為和上位機及編程器的串行通訊。定時器 3中斷中進行電壓、電流采樣和瞬時脫扣處理，基于同樣的原因，采樣的數(shù)據(jù)處理應(yīng)該放在主程序里完成。 TMS320C54xx是 TI公司針對音頻信號處理領(lǐng)域推出的一種定點大連海洋大學(xué)?？飘厴I(yè)論文 (設(shè)計 ) 智能時間控制器設(shè)計 7 DSP系列芯片，已經(jīng)在很多語音信號處理系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。在這些系統(tǒng)中，通常包含 DSP和單片機兩個子系統(tǒng)。 DSP 系統(tǒng)作為從設(shè)備，完成采樣、計算等功能；單片 機系統(tǒng)作為主設(shè)備，完成交互界面的控制。主從設(shè)備之間也要以一定的方式接口，來進行數(shù)據(jù)通信。下面就介紹 DSP和單片機之間的接口技術(shù)。 這里單片機選擇的是 MCS51系列。 51系列是一種很經(jīng)典的單片機， 20多年來一直久盛不衰。而且 Intel通過授權(quán) 51內(nèi)核，出現(xiàn)很多第三方生產(chǎn)的 51系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品一般都具有較高的時鐘頻率和較大的存儲空間，而且還能運動嵌入式操作系統(tǒng)。這些都極大地提高了它的性能，擴大了它的應(yīng)用范圍。 DSP 芯片中的 HPI（主機接口）是為了滿足 DSP 與其它的微處理器接口而專門設(shè)計的。它分為 HPI8和 HPI16，分別針對具有 8位和 16位數(shù)據(jù)線的單片機。每一種又分為標準型和增強型。兩值得的區(qū)別在于標準型只可以訪問固定的地址空間，而增強型可以訪問整個DSP的片內(nèi)存儲器。這里以增強型的 HPI8為例為說明。 HPI8總共有 18根信號線。其中數(shù)據(jù)線 8根（ HD0～ HD7） ,其余 10根都是控制線，如表 1所列。表 1 HPI 接口信號及功能 HAS 鎖存信號，用來鎖存 HBIL、 HCNTL0/1， HR/W HBIL 字節(jié)控制信號， 0 表示傳輸?shù)?1 個字節(jié)， 1 表示傳輸?shù)?2個字節(jié) HCNTL0/1 與 HCNTL1配合選擇 HPI寄存器 HD0～ HD7 數(shù)據(jù)線 HCS 片選信號 HDS1 傳輸時序控制信號 HDS2 傳輸時序控制信號 HINT 主機中斷信號 HRDY 準備就緒信號 HR/W 讀或?qū)懣刂菩盘? ① HAS：在數(shù)據(jù)線和地址復(fù)用的 MCU中，與 ALE信號連接，在下降沿鎖存 HBIL、 HCNTL0/HR/W，因數(shù)這些信號通常與地址線連接。如果 MCU的數(shù)據(jù)線和地址線沒有復(fù)用，則應(yīng)該接高電平。② HDS HDS2：數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序控制。時序見圖 1，即下降沿傳輸開始，上升沿傳輸結(jié)束。另外如果不使用 HAS（即接高電平），也 可以配合 HCS對 HBIL、 HCNTL0/ HR/W進行鎖存。③ HCNTL0/：選擇 HPI內(nèi)部寄存器，如表 2所列。 表 2 HPI 內(nèi)部寄存器的選擇方式 HCNTL1 HCNTL0 0 0 控制寄存器 HPC 0 1 數(shù)據(jù)寄存器 HPID，并且使地址寄存器 HPIA為自動增加模式 1 0 地址寄存器 HPIA 1 1 HPID，并且 HPIA不自動增加 主動振動控制具有隔振率高、適應(yīng)性強、可抗強沖擊振動等優(yōu)點，可使關(guān)鍵設(shè)備在惡劣沖擊大連海洋大學(xué)?？飘厴I(yè)論文 (設(shè)計 ) 智能時間控制器設(shè)計 8 振動環(huán)境下可靠工作。但是，主動振動控制系統(tǒng)對相位要求較為嚴格，要求系統(tǒng)具有極 強的實時性，否則由于相位滯后，控制效果將會受到嚴重影響。因而在數(shù)字式主動振動控制系統(tǒng)中，通常在單片機難以達到實時性要求，本文采用高速 DSP 器件解決控制的實時性問題。 TMS320LF2407是 TI公司專為實時控制而設(shè)計的高性能 16位定點 DSP器件，指令周期為 33ns，其內(nèi)部集成了前端采樣 A/D轉(zhuǎn)換器和后端 PWM輸出硬件，在滿足系統(tǒng)實時性要求的同時可簡化硬件電路設(shè)計。本文在總結(jié)模擬主動控制系統(tǒng)設(shè)計制作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計了以 TMS320F2407為核心的數(shù)字式主動振動控制系統(tǒng)。 控制策略及控制器 控制策略 根據(jù)系統(tǒng)各部分數(shù)學(xué)模型可計算出控制電壓輸出，如式（５）所示。 式中，ｓ為相對位移ｕ－ｘ， s和 s分別為相對位移的一次微分和二次微分。在實際應(yīng)用中，上述控制參數(shù)并不能準確得出，而且有些參數(shù)如彈性體剛度、磁場強度等并不是恒定值。在控制過程中，先以估算值作為初始值，再以一定控制算法（自整定 PID），根據(jù)加速度反饋，對控制 參數(shù)進行實時校正。 控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 位移傳感器（ PSD）輸出信號經(jīng)由信號處理電路、加速度傳感器輸出信號經(jīng)由電荷放大器后，再分別通過 TMS320F2407中的 A/D 轉(zhuǎn)換器輸入到 DSP核心中。 DSP核心根據(jù)加速度反饋修正控制參數(shù)，由位移輸入計算出控制量，進行 PM調(diào)制后送到 PWM功率驅(qū)動。 F2407中集成了 32K 字的 FLASH ， EEPROM 和 RAM，由于控制算法的需要，本系統(tǒng)需擴充外部 RAM。 TMS320F2407 片內(nèi)的 FLASH 可用作程序存儲器，但在開發(fā)階段使用 FLASH作為程序存儲器極為不便，因為每一次程序的修改都需要對 FLASH進行清除、擦除和編程操作，而且進行 CCS 調(diào)試時只能設(shè)置硬件斷點，故從調(diào)試的角度考慮，應(yīng)擴充程序 RAM。為了不增加系統(tǒng)復(fù)雜度，從擴充的數(shù)據(jù) RAM中分出一塊作為調(diào)試時的程序 RAM。如圖 3所示， CY7C1021為 64K 16的 SRAM。 大連海洋大學(xué)專科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 智能時間控制器設(shè)計 9 在調(diào)試時，用跳線短接 PS和與門輸入腳，在存儲映像文件中將 CY7C1021前 32K字設(shè)為數(shù)據(jù)RAM，后 32K字設(shè)為程序 RAM，可將程序?qū)崟r下載到程序 RAM中進行調(diào)試，避免了對 FLASH的繁瑣操作。當開發(fā)完成時將 VCC和與門短接，同時修改映像文件，將 64K RAM全部用作數(shù)據(jù)存儲器，而將程序?qū)懭雰?nèi)部 FLASH中，系統(tǒng)即可脫離開發(fā)環(huán)境獨立運行。 微控制器，除了具有標 準