【正文】 電壓時(shí)給控制器供電。在斷路器故障分?jǐn)嗪?，亦可?shí)現(xiàn)各種故障狀態(tài)指示、報(bào)警觸點(diǎn)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(dòng)切換上述兩種電源，自動(dòng)釋放速飽和電壓互感器提供的多余能量［ 2］。 信號(hào)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(gè)電流范圍內(nèi)采樣信號(hào)的線性度。空芯互感器、速飽和鐵芯互感器是互相獨(dú)立的部件，同時(shí)套裝在斷路器主回路的母排上?？紤]到一次回路電流高達(dá) 50kA/75kA，進(jìn)入 A/D 轉(zhuǎn)換器的電流信號(hào)范圍較大，為了提高精度和采樣分辨率，把電流信號(hào)分為小信號(hào)和大信號(hào)兩 組，對(duì)于小信號(hào)利用硬件電路進(jìn)行放大處理，而大信號(hào)直接輸入。接地電流信號(hào)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(cè)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(hào)作為中線保護(hù)電流信號(hào)。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(cè)量接地電流。接地信號(hào)取于中關(guān)，此電流可作為接地電流的保護(hù)信號(hào)。 A、 B、C三相電流大信號(hào)、電流小信號(hào)、電壓信號(hào)和接地漏電信號(hào)共 10路輸入經(jīng)過(guò)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(kāi)關(guān)選通所需的各路信號(hào)進(jìn)行輪流采樣。 10路信號(hào)采樣處理周期為 。瞬動(dòng)短路故障采用峰值采樣，考慮抗尖峰干擾，信號(hào)處理時(shí)間為雙周期 ，短路故障電流較大時(shí)瞬動(dòng)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(dú)立工作的集成的混合信號(hào)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(biāo)準(zhǔn) 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(guò)優(yōu)先權(quán)交叉開(kāi)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(guò)交叉開(kāi)關(guān)可配置到端口，可方便地與上位機(jī)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)?？飘厴I(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 智能時(shí)間控制器設(shè)計(jì) 6 值性能可達(dá) 25MIPS。每個(gè)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(shí)不工作的外設(shè)以降低功耗。 FLASH 存儲(chǔ)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(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新固件，這一特性允許將程序存儲(chǔ)器用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jìn)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(chǔ)器和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、運(yùn)行和停機(jī)命令。在使用 JTAG 調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部有一個(gè)能獨(dú)立工作的時(shí)鐘發(fā)生器，在復(fù)位后被默認(rèn)為系統(tǒng)時(shí)鐘。如有需要，時(shí)鐘源可以在運(yùn)行時(shí)切換到外部振蕩器。擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)向嵌入式系統(tǒng)提供 22 個(gè)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(gè)中斷驅(qū)動(dòng)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(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)，這些增加的中斷源是非常有用的。 鍵盤(pán)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(dòng)情況下容易損壞，特別是在部分現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較暗時(shí)，控制器是否正常運(yùn)行不便監(jiān)察，因此，采用 LED顯示。系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)高效的鍵盤(pán)顯示管理芯片 BC7281，利用 3 個(gè)信號(hào)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(yùn)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(yùn)行狀態(tài)下，用戶使用控制器面板上的鍵盤(pán)或者上位機(jī)和編程器的通訊可進(jìn)行定位顯示、電流整定值調(diào)整、 延時(shí)脫扣時(shí)間調(diào)整、試驗(yàn)、存儲(chǔ)、復(fù)位等各項(xiàng)操作。由于其中兩個(gè)按鍵要求有連續(xù)按鍵功能，因此單獨(dú)接到系統(tǒng)的普通 I/O口上。 為了滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性需要，需由一時(shí)鐘電路給系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)由串行時(shí)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(jī)通訊；雖沒(méi)有采用光電隔離，但由于讀寫(xiě)靠時(shí)序控制，且具有寫(xiě)保護(hù)位，抗干擾效果明顯；同時(shí)體積小，連線少，外圍只有，使用靈活。 軟件的設(shè)計(jì) 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(pán)輸入（采用查詢方式）、數(shù)據(jù) 處理及顯示刷新、故障檢測(cè)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(jì)量以及瞬時(shí)故障檢測(cè)和連續(xù)按鍵等功能。主程序開(kāi)始上電初始化，配置 I/O端口，系統(tǒng)自檢，然后進(jìn)行 FFT對(duì)電壓、電流的采樣數(shù)據(jù)處理，求取各項(xiàng)電路參數(shù)，并判斷是否有故障需要進(jìn)行延時(shí)脫扣。若有故障，則需跳轉(zhuǎn)到各項(xiàng)故障處理子程序，此期間以查詢方式處理鍵盤(pán)程序，定時(shí)刷新顯示。中斷服務(wù)程序主要包括各個(gè)定時(shí)器中斷和兩個(gè)外部中斷 INTINT2。 INT1 是電壓方波中斷， INT2 是電流方波中斷，兩個(gè)外部中斷通過(guò)定時(shí)器 0 經(jīng)過(guò)處 理得到電路的頻率和功率因數(shù)。定時(shí)器 1中斷作為延時(shí)時(shí)間計(jì)數(shù)和刷新顯示計(jì)數(shù)及其它的計(jì)數(shù)。為了防止中斷及顯示沖突，刷新顯示及延時(shí)程序放在主程序里完成。定時(shí)器 2中斷作為和上位機(jī)及編程器的串行通訊。定時(shí)器 3中斷中進(jìn)行電壓、電流采樣和瞬時(shí)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(duì)音頻信號(hào)處理領(lǐng)域推出的一種定點(diǎn)大連海洋大學(xué)專科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 智能時(shí)間控制器設(shè)計(jì) 7 DSP系列芯片，已經(jīng)在很多語(yǔ)音信號(hào)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(jī)兩個(gè)子系統(tǒng)。 DSP 系統(tǒng)作為從設(shè)備，完成采樣、計(jì)算等功能；單片 機(jī)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(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。下面就介紹 DSP和單片機(jī)之間的接口技術(shù)。 這里單片機(jī)選擇的是 MCS51系列。 51系列是一種很經(jīng)典的單片機(jī)， 20多年來(lái)一直久盛不衰。而且 Intel通過(guò)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(shí)鐘頻率和較大的存儲(chǔ)空間，而且還能運(yùn)動(dòng)嵌入式操作系統(tǒng)。這些都極大地提高了它的性能，擴(kuò)大了它的應(yīng)用范圍。 DSP 芯片中的 HPI（主機(jī)接口）是為了滿足 DSP 與其它的微處理器接口而專門(mén)設(shè)計(jì)的。它分為 HPI8和 HPI16，分別針對(duì)具有 8位和 16位數(shù)據(jù)線的單片機(jī)。每一種又分為標(biāo)準(zhǔn)型和增強(qiáng)型。兩值得的區(qū)別在于標(biāo)準(zhǔn)型只可以訪問(wèn)固定的地址空間，而增強(qiáng)型可以訪問(wèn)整個(gè)DSP的片內(nèi)存儲(chǔ)器。這里以增強(qiáng)型的 HPI8為例為說(shuō)明。 HPI8總共有 18根信號(hào)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(hào)及功能 HAS 鎖存信號(hào)，用來(lái)鎖存 HBIL、 HCNTL0/1， HR/W HBIL 字節(jié)控制信號(hào)， 0 表示傳輸?shù)?1 個(gè)字節(jié)， 1 表示傳輸?shù)?2個(gè)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(hào) HDS1 傳輸時(shí)序控制信號(hào) HDS2 傳輸時(shí)序控制信號(hào) HINT 主機(jī)中斷信號(hào) HRDY 準(zhǔn)備就緒信號(hào) HR/W 讀或?qū)懣刂菩盘?hào) ① HAS：在數(shù)據(jù)線和地址復(fù)用的 MCU中，與 ALE信號(hào)連接，在下降沿鎖存 HBIL、 HCNTL0/HR/W，因數(shù)這些信號(hào)通常與地址線連接。如果 MCU的數(shù)據(jù)線和地址線沒(méi)有復(fù)用，則應(yīng)該接高電平。② HDS HDS2：數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)序控制。時(shí)序見(jiàn)圖 1，即下降沿傳輸開(kāi)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(duì) HBIL、 HCNTL0/ HR/W進(jìn)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(dòng)增加模式 1 0 地址寄存器 HPIA 1 1 HPID，并且 HPIA不自動(dòng)增加 主動(dòng)振動(dòng)控制具有隔振率高、適應(yīng)性強(qiáng)、可抗強(qiáng)沖擊振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，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(jì) ) 智能時(shí)間控制器設(shè)計(jì) 8 振動(dòng)環(huán)境下可靠工作。但是，主動(dòng)振動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)相位要求較為嚴(yán)格，要求系統(tǒng)具有極 強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，否則由于相位滯后，控制效果將會(huì)受到嚴(yán)重影響。因而在數(shù)字式主動(dòng)振動(dòng)控制系統(tǒng)中，通常在單片機(jī)難以達(dá)到實(shí)時(shí)性要求，本文采用高速 DSP 器件解決控制的實(shí)時(shí)性問(wèn)題。 TMS320LF2407是 TI公司專為實(shí)時(shí)控制而設(shè)計(jì)的高性能 16位定點(diǎn) 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(shí)時(shí)性要求的同時(shí)可簡(jiǎn)化硬件電路設(shè)計(jì)。本文在總結(jié)模擬主動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了以 TMS320F2407為核心的數(shù)字式主動(dòng)振動(dòng)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?jǐn)?shù)學(xué)模型可計(jì)算出控制電壓輸出，如式（５）所示。 式中，ｓ為相對(duì)位移ｕ－ｘ， s和 s分別為相對(duì)位移的一次微分和二次微分。在實(shí)際應(yīng)用中，上述控制參數(shù)并不能準(zhǔn)確得出，而且有些參數(shù)如彈性體剛度、磁場(chǎng)強(qiáng)度等并不是恒定值。在控制過(guò)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(duì)控制 參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正。 控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 位移傳感器（ PSD）輸出信號(hào)經(jīng)由信號(hào)處理電路、加速度傳感器輸出信號(hào)經(jīng)由電荷放大器后，再分別通過(guò) 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(jì)算出控制量，進(jìn)行 PM調(diào)制后送到 PWM功率驅(qū)動(dòng)。 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(kuò)充外部 RAM。 TMS320F2407 片內(nèi)的 FLASH 可用作程序存儲(chǔ)器，但在開(kāi)發(fā)階段使用 FLASH作為程序存儲(chǔ)器極為不便，因?yàn)槊恳淮纬绦虻男薷亩夹枰獙?duì) FLASH進(jìn)行清除、擦除和編程操作，而且進(jìn)行 CCS 調(diào)試時(shí)只能設(shè)置硬件斷點(diǎn)，故從調(diào)試的角度考慮，應(yīng)擴(kuò)充程序 RAM。為了不增加系統(tǒng)復(fù)雜度，從擴(kuò)充的數(shù)據(jù) RAM中分出一塊作為調(diào)試時(shí)的程序 RAM。如圖 3所示， CY7C1021為 64K 16的 SRAM。 大連海洋大學(xué)?？飘厴I(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 智能時(shí)間控制器設(shè)計(jì) 9 在調(diào)試時(shí)，用跳線短接 PS和與門(mén)輸入腳，在存儲(chǔ)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(shí)下載到程序 RAM中進(jìn)行調(diào)試，避免了對(duì) FLASH的繁瑣操作。當(dāng)開(kāi)發(fā)完成時(shí)將 VCC和與門(mén)短接，同時(shí)修改映像文件，將 64K RAM全部用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，而將程序?qū)懭雰?nèi)部 FLASH中，系統(tǒng)即可脫離開(kāi)發(fā)環(huán)境獨(dú)立運(yùn)行。 微控制器，除了具有標(biāo) 準(zhǔn)