【正文】 電流互感器整理也送入采集芯片CS5460A，微處理器(簡(jiǎn)稱MPU)從CS5460A中讀出當(dāng)前的電流、電壓、電能等參量送顯示。 硬件系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【7】【8】【9】硬件電路是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)，硬件設(shè)計(jì)的好壞不僅直接影響硬件系統(tǒng)本身功能的實(shí)現(xiàn)，而且對(duì)后面的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)有很大的影響。專為實(shí)現(xiàn)低壓開關(guān)柜與低壓配電系統(tǒng)自動(dòng)化而設(shè)計(jì)，集遙感、遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)和通訊功能為一體，可用于低壓開關(guān)柜、配電箱等。4) 生產(chǎn)工藝技術(shù)落后，自動(dòng)化水平低。主要表現(xiàn)：軍品環(huán)境適應(yīng)性差、可靠性水平低、產(chǎn)品品種少，不能完全滿足武器裝備發(fā)展和高技術(shù)條件作戰(zhàn)的需求；通用繼電器質(zhì)量一致性和可靠性差、合格率低、品種更新?lián)Q代較慢，不能滿足國內(nèi)國際市場(chǎng)的需求，也不能完全取代進(jìn)口。 繼電器的市場(chǎng)需求分析【5】根據(jù)“十一五”規(guī)劃分析,電器行業(yè)市場(chǎng)新的增長點(diǎn)應(yīng)在兩網(wǎng)改造、電氣化鐵道及城市軌運(yùn)輸自動(dòng)化、電力調(diào)度與配網(wǎng)自動(dòng)化等方面。 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 國內(nèi)科研與開發(fā)由于新產(chǎn)品投資較少，科研與設(shè)計(jì)手段較落后，新技術(shù)得不到應(yīng)用，關(guān)鍵技術(shù)研究不夠深入，一些單位從20世紀(jì)90年代后期才開始研究智能化保護(hù)繼電器。美國、德國、日本、韓國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的許多繼電器制造公司均投入大量資金和眾多科研人員研制出了具有各自特點(diǎn)的智能化保護(hù)繼電器。有的裝置增加了通訊接口，通過該通訊接口可將很多裝置和計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)連接起來形成一個(gè)分布式控制系統(tǒng)，這樣各種智能裝置可利用該通訊接口將各種測(cè)量和處理結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)上傳給上位計(jì)算機(jī)，然后利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能將數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄保存并進(jìn)行更進(jìn)一步處理分析。西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)低壓數(shù)字繼電器的硬件設(shè)計(jì)畢業(yè)論文第1章 緒論本章簡(jiǎn)要介紹了數(shù)字繼電保護(hù)的發(fā)展現(xiàn)狀，比較了國內(nèi)外數(shù)字繼電器的特色，簡(jiǎn)述了開發(fā)低壓數(shù)字繼電器的背景和意義，并介紹了本文所完成的主要工作。同樣，裝置也能通過通訊接口接收上位機(jī)的各種命令從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方管理和控制功能，從而使綜合自動(dòng)化成為現(xiàn)實(shí)。智能化電動(dòng)機(jī)保護(hù)不僅具有集成電路保護(hù)的全部優(yōu)點(diǎn)，更重要的是可以在不增加硬件的基礎(chǔ)上，利用軟件去實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能，由控制字完成每項(xiàng)保護(hù)的投退，這對(duì)于開發(fā)集多種保護(hù)功能于一體的綜合式保護(hù)或具有相同硬件電路而保護(hù)配置不同系列化產(chǎn)品極為便利。我國電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的發(fā)展經(jīng)歷了全面仿蘇、自行設(shè)計(jì)、更新?lián)Q代、引進(jìn)技術(shù)、跟蹤國外新產(chǎn)品等幾個(gè)階段，從熱繼電器、溫度繼電器發(fā)展到晶體管(或集成電路)保護(hù)裝置，在綜合保護(hù)的基礎(chǔ)上發(fā)展了智能化保護(hù)器。因此，線路保護(hù)和自動(dòng)化裝置類產(chǎn)品將有較大增長。 2) 支撐技術(shù)薄弱。 5) 管理水平低，以質(zhì)量管理為綱觀念淡薄，經(jīng)營模式陳舊。廣泛用于工廠、樓宇 變電所進(jìn)線柜或其它需顯示各種電量參數(shù)的電力設(shè)備，可取代傳統(tǒng)的電流表、電壓表、頻率表、功率因數(shù)表、有功／無功表等，還具有電流、電壓等多種保護(hù)繼電器的功能，外型小巧、美觀，安裝省時(shí)、省力、省體積，是用于保護(hù)供電線路、電動(dòng)機(jī)、水泵等重要電力設(shè)備的理想儀器。所以，硬件電路的設(shè)計(jì)不僅要考慮裝置系統(tǒng)功能的要求，還要考慮到使系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)時(shí)簡(jiǎn)單、方便。根據(jù)整定值和測(cè)量值控制輸出觸點(diǎn)的閉合，還可根據(jù)外部狀態(tài)輸入顯示外部狀態(tài)。 圖21 低壓數(shù)字繼電器原理框圖 硬件系統(tǒng)各主要部分電路簡(jiǎn)介 CPU最小系統(tǒng)模塊 CPU 最小系統(tǒng)模塊是保護(hù)裝置智能核心部分，具體任務(wù)是完成采集數(shù)據(jù)的處理、保護(hù)邏輯判斷、保護(hù)故障巡檢、開關(guān)量輸入與輸出及人機(jī)接口的串行通信等任務(wù)?；ジ衅鞯淖饔镁褪前岩淮蝹?cè)強(qiáng)電的交流電壓、電流轉(zhuǎn)換為交流弱電信號(hào)輸出給數(shù)據(jù)采集處理模塊，數(shù)據(jù)采集處理模塊對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行高速A/D轉(zhuǎn)換，得到電壓、電流在采樣點(diǎn)的瞬時(shí)值。廣泛應(yīng)用于電子式電度表、電量變送器、電測(cè)儀器儀表、智能儀器儀表、智能開關(guān)柜、智能電機(jī)保護(hù)器、電力監(jiān)控系統(tǒng)、電信監(jiān)控系統(tǒng)中。%（電流互感器）；≤177。CS5460A芯片是采用CMOS工藝制造的用于測(cè)量能量的單片集成電路芯片，具有兩個(gè)?Σ模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、高速電能計(jì)算功能和一個(gè)串行接口的高度集成的功率/電能芯片，它可以精確測(cè)量和計(jì)算電能、瞬時(shí)功率、電流有效值和電壓有效值。 (3) 通過串行E2PROM實(shí)現(xiàn)智能“自引導(dǎo)”，不需要微控制器。 (7) (最大溫漂60ppm/℃)。CS5460A包含兩個(gè)高速濾波器，它以(MCLK/K)/1024的字輸出速率(0WR)輸出數(shù)據(jù)(MCLK為系統(tǒng)時(shí)鐘，K為分頻系數(shù))。如果需要更高的精確度/ 穩(wěn)定性，可以使用外部基準(zhǔn)電壓。CS5460A可以測(cè)量瞬時(shí)電流、瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)功率、電能、電流有效值和電壓有效值。若中斷未被屏蔽，則INT管腳被激活，數(shù)據(jù)就緒標(biāo)志置位，此時(shí)就可以從CS540A的內(nèi)部寄存器中讀取結(jié)果，再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)，CS5460A數(shù)據(jù)流圖如圖27所示。接著，再從SDI腳(或SDO腳)輸入(或輸出)24位數(shù)據(jù)(MSB位先)。在對(duì)CS5460A操作之前，要對(duì)芯片進(jìn)行初始化或復(fù)位。CS5460A提供了啟動(dòng)轉(zhuǎn)換、SYNC0、SYNC1上電/停止控制、省電控制、校準(zhǔn)控制、寄存器讀寫等只寫的命令，這些命令都是8位長。 開關(guān)量輸入輸出系統(tǒng) 所謂開關(guān)量就是觸點(diǎn)狀態(tài)（接通或斷開）或是邏輯電平的高低等。圖28 開關(guān)量輸入 開關(guān)量輸出主要用來驅(qū)動(dòng)中間繼電器，通過繼電器控制斷路器的開合 。 圖29 開關(guān)量輸出 人機(jī)接口 利用單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)，其中必不可少的部分是鍵盤和顯示接口。該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣, 單片即可完成LED顯示﹑鍵盤接口的全部功能。Zlg7289A 采用串行方式與微處理器通訊，如圖20所示，整個(gè)顯示電路由兩片數(shù)碼管和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)接口芯片組成。數(shù)碼管選擇國內(nèi)同類產(chǎn)品廣泛采用的7段數(shù)碼管和發(fā)光二極管。在低壓數(shù)字繼電器中，選用由MAXIM公司生產(chǎn)的MAX3082【19】。故MAX3082的DI引腳接單片機(jī)的TXD引腳，RI引腳接單片機(jī)的RXD引腳。主機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)從機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、顯示，并向從機(jī)發(fā)布各種控制命令。一幀信息為11位組成，即1位起始位，8位數(shù)據(jù)位（低位在先），1位可編程位（第9數(shù)據(jù)位）和一位停止位。 看門狗及掉電保護(hù)電路【20】【21】“看門狗”用以保證系統(tǒng)因受干擾失控以后能自動(dòng)復(fù)位。美國Xicor公司的可編程看門狗監(jiān)控E2PROM芯片X25045集成了看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控和E2PROM三種常用的功能，從而大大降低了成本并節(jié)約了電路空間。圖212 看門狗及掉電保護(hù) 第3章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和保護(hù)功能實(shí)現(xiàn) 軟件是整個(gè)控制系統(tǒng)的靈魂，一套好的軟件不僅能增加控制系統(tǒng)的靈活性，充分發(fā)揮微處理器在數(shù)據(jù)處理上的優(yōu)勢(shì)，而且能在不增加硬件的基礎(chǔ)上更好的發(fā)揮系統(tǒng)的各項(xiàng)功能和提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 （2）實(shí)時(shí)性。 （3）可測(cè)試性。系統(tǒng)中要進(jìn)行大量的計(jì)算，算法的正確性與精確性問題對(duì)控制結(jié)果有著直接的影響，因此在算法選擇方面要適合要求。 軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【23】【24】【25】本文以功能字模快為基本單位，引入嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)機(jī)制組織各個(gè)字模快，形成了一種高度可靠的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)。由于裝置對(duì)測(cè)量的精確性，保護(hù)動(dòng)作的可靠性、迅速性、安全性都有很高的要求，為了測(cè)量達(dá)到一定精度，就必須在測(cè)量點(diǎn)數(shù)上保證一定密度；為了使保護(hù)動(dòng)作安全可靠，就要求保護(hù)的算法必須做到完整可靠，這樣又會(huì)減慢裝置的響應(yīng)速度。 ②任務(wù)調(diào)度：進(jìn)行任務(wù)的調(diào)度算法和任務(wù)的調(diào)度。 ⑥顯示任務(wù)：最低級(jí)任務(wù)，完成LED的顯示。顯示函數(shù)主要是把采樣處理的數(shù)據(jù)換算成 數(shù)碼管所需要的顯示碼，以供定時(shí)掃描顯示的中斷程序使用；按鍵檢測(cè)和處理模塊完成按鍵的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)按鍵相應(yīng)的功能；采樣模塊主要啟動(dòng)CS5460A進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和進(jìn)行電流電壓有效值與基波值的計(jì)算。無時(shí)限電流速斷保護(hù)的作用是保證在任何情況下，只切除本線路上的故障。反映三段式電流保護(hù)的邏輯圖如圖37所示。同理，當(dāng)任一線電壓U大于過電壓整定值Uhzd時(shí)，如過電壓保護(hù)投入則保護(hù)經(jīng)延時(shí)Th動(dòng)作于跳閘。一般在被保護(hù)線路首端和末端短路時(shí)電流變化較小的情況下，常采用定時(shí)限過流保護(hù)，定時(shí)限可以認(rèn)為是一種特殊的反時(shí)限特性，即r=0；而在線路首末端短路時(shí)電流變化較大的情況下，則采用非常反時(shí)限特性，即r=1；通常輸電線路采用一般反時(shí)限特性，即0r1；對(duì)于反應(yīng)過熱狀態(tài)的元件（如電纜及電動(dòng)機(jī)等），則采用特別反時(shí)限特性，即r=2 。再進(jìn)行查表，查出式(3－3)的值，然后根據(jù)用戶整定的tk，由式(3－3)計(jì)算出時(shí)間t。軟、硬壓板任一投入，裝置設(shè)置了啟動(dòng)延時(shí)功能，當(dāng)延時(shí)壓板投入時(shí)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)Ty時(shí)間后反時(shí)限保護(hù)才會(huì)投入。電磁干擾的傳播方式主要有兩種：（1）輻射：電磁干擾的能量通過空間的電場(chǎng)、磁場(chǎng)或者以電磁波的形式使干擾源與受干擾體之間產(chǎn)生耦合。由于干擾而造成的信號(hào)疏漏、計(jì)量不準(zhǔn)、計(jì)算機(jī)出錯(cuò)、控制失誤、斷路器誤動(dòng)等事件在國內(nèi)外都有發(fā)生；特別是在分布式控制系統(tǒng)中，前置單元被下放到保護(hù)環(huán)境極為惡劣的保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)， 甚至緊挨著干擾源，這就使得EMC問題變得更加突出了。 電磁兼容性設(shè)計(jì)主要遵循下列三個(gè)原則 ：【 45 】1）抑制噪聲源，直接消除噪聲產(chǎn)生的原因。總體來說可分為硬件和軟件兩個(gè)方面。 ●傳導(dǎo)性質(zhì)的瞬變及高頻干擾： ① 20kHz/100kHz以上的電壓/電流浪涌 由于低壓電網(wǎng)中因大容量熔斷器熔斷所產(chǎn)生；這類瞬變的持續(xù)時(shí)間長、能量大，盡管幅度較低，也能使電子設(shè)備（特別是靈敏度高的設(shè)備）的工作遭受影響，甚至造成損害。 ●磁場(chǎng)干擾： ① 由工頻電流或變壓器泄漏所造成的工頻磁場(chǎng)干擾； ② 由雷擊引起的脈沖磁場(chǎng)干擾； 靜電放電干擾普通人身體和周圍帶有很高的靜電電壓，通常為幾百伏至幾萬伏。 電網(wǎng)電壓跌落和短時(shí)中斷 電壓跌落是指電壓偶然跌落到大于10%～15%，～50周的電壓變化；短時(shí)中斷是指100%的電壓跌落。在電壓跌落或短暫中斷后，儲(chǔ)能電容和電感開始放電以維持系統(tǒng)短時(shí)內(nèi)的正常工作；同時(shí)本裝置增加對(duì)電源供電的監(jiān)視，如果裝置失電，繼電器會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)通知運(yùn)行人員。 浪涌信號(hào)最易通過電源線、端子排進(jìn)入裝置的內(nèi)部，因此為保護(hù)單元免受浪涌的襲擊，采取如下措施：在電源濾波器前并接了浪涌吸收器 壓敏電阻，并在電源的輸出端加入瞬態(tài)電壓抑制器TVS。對(duì)開關(guān)量輸入電路，與模擬輸入一樣，在開關(guān)量輸入電路上也加入了瓷片電容、鐵氧體瓷環(huán)和TVS等抗干擾措施?？焖倜}沖群的頻率一般為 5KHz～10KHz，脈沖周期在50us以內(nèi)，重復(fù)周期為10～1000ms。為此，在裝置的電源輸入端安裝了高品質(zhì)的無源濾波器，以最大限度的將干擾信號(hào)阻隔在裝置的外部。在本裝置 中，電子線路采用的都是印制板裝配方式，在設(shè)計(jì)和制作印制板時(shí)從下列幾個(gè)方面加以考慮。盡量加粗各種印制線，減小印制線本身的阻抗。 在每塊印制板上，充分使用去耦和充放電電容。在本裝置中， 181。 裝置軟件的抗干擾設(shè)計(jì)【49】【50】 抗干擾防系統(tǒng)死機(jī)程序的設(shè)計(jì)【51】裝置死機(jī)是指在受到外界干擾諸如強(qiáng)電磁輻射和傳導(dǎo)干擾等影響時(shí)，系統(tǒng)CPU的地址寄存器中的數(shù)據(jù)（地址指針）發(fā)生“錯(cuò)亂”，造成程序跑飛，系統(tǒng)死循環(huán)或停機(jī)。因此不僅要研究干擾對(duì)系統(tǒng)造成影響產(chǎn)生的結(jié)果，還要分析這種結(jié)果可能產(chǎn)生程序的走向的變化，這是進(jìn)行軟件系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。 因此系統(tǒng)監(jiān)控程序應(yīng)設(shè)計(jì)成不論程序運(yùn)行至何處走飛、走飛至何處及走飛前后對(duì)內(nèi)存和寄存器產(chǎn)生何種破壞，均應(yīng)停發(fā)定時(shí)復(fù)位脈沖，這是正常的看門狗電路不發(fā)生非正常失效的唯一的和根本性的條件，也是評(píng)價(jià)其應(yīng)用有效與否的根據(jù)。 （2）避免在局部循環(huán)圈內(nèi)加看門狗定時(shí)器復(fù)位指令。如果構(gòu)成死循環(huán)，而此循環(huán)內(nèi)恰又因機(jī)器碼錯(cuò)位構(gòu)成新的看門狗定時(shí)器復(fù)位指令，這就會(huì)使看門狗電路發(fā)生意想不到的失敗。本文采取的容錯(cuò)設(shè)計(jì)可使裝置即使受干擾發(fā)生程序執(zhí)行方面的錯(cuò)亂，也不致系統(tǒng)死機(jī)或執(zhí)行錯(cuò)誤的工作，而是使系統(tǒng)自動(dòng)回到正常運(yùn)行狀態(tài)，從而提高整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性。 （2）指令間加入空操作指令 不用地址的空間全用NOP空操作指令填充，在程序塊中，每隔若干條指令也插入兩條NOP指令，使后面的指令不易出現(xiàn)“胡亂拼湊”的情況，減少改寫 RAM數(shù)據(jù)的