【導(dǎo)讀】研究工作及取得的研究成果；包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過(guò)的材料；2月20日至3月12日：查閱資料；撰寫文獻(xiàn)綜述、撰寫開(kāi)題報(bào)告。3月28日至4月9日：畢業(yè)實(shí)習(xí)、撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告；4月10日至5月31日：畢業(yè)設(shè)計(jì)；6月1日至6月10日：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文,修改論文，準(zhǔn)備答辯；6月11日至6月13日：畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。

　　

【正文】 干擾信號(hào)； （ 3）靜電耦合：在系統(tǒng)內(nèi)部，元件之間、導(dǎo)線之間、元件與導(dǎo)線之 間等，都存在著分布電容，干擾很容易通過(guò)分布電容進(jìn)行傳遞，這稱為靜電耦合； （ 4）電磁耦合：電磁耦合時(shí)通過(guò)電路之間的互感耦合的。 各種干擾對(duì)系統(tǒng)的正常工作都是有害的，因此，必須采取有效的抗干擾措施。 在硬件方面，印刷電路板是系統(tǒng)中元件、信號(hào)線、電源線的高密度集合體，印刷電智能脫扣器的設(shè)計(jì) 18 路板設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾（特別是內(nèi)部的干擾）的能力影響很大，因此，印刷電路板設(shè)計(jì)不單是器件、線路的簡(jiǎn)單布局安排，還須符合抗干擾的設(shè)計(jì)原則。 印刷電路板的大小要適中，過(guò)大時(shí)，印刷線條長(zhǎng)，阻抗增加，不僅抗噪聲能力下降，成本也高；過(guò)小，則散熱不好，同 時(shí)易受臨近線條干擾。我們盡量使得印刷電路板元器件布局合理，輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行。線間加地線，以免發(fā)生反饋藕合。在印制導(dǎo)線拐彎處取直角或夾角在高頻電路中會(huì)影響電氣性能，所以采用圓弧形。根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時(shí)、使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。盡量加粗地線并使其包圍整個(gè)電路板。在元件布置方面，與其他邏輯電路一樣，將相互有關(guān)的元器件盡量放的靠近些，這樣能獲得較好的抗噪聲效果。 在本設(shè)計(jì)中，接地是抑制干擾的重要方法，地線結(jié)構(gòu) 大致有系統(tǒng)地、屏蔽地、數(shù)字地（邏輯地）和模擬地等，將接地和屏蔽正確結(jié)合起來(lái)使用，可解決大部分干擾問(wèn)題，在地線設(shè)計(jì)中我們所注意到的有以下幾方面。 （ 1）單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地選擇 任何導(dǎo)體都有阻抗，當(dāng)其中流過(guò)電流時(shí)，導(dǎo)體中便會(huì)出現(xiàn)電壓梯度。對(duì)于兩個(gè)分開(kāi)的接地點(diǎn)，電流越大，兩點(diǎn)間的電位差也就越大。此外，這種電位差還與電流頻率有關(guān)，當(dāng)在高頻時(shí)由于導(dǎo)線上的分布電感加大，電位差也就增大。 一點(diǎn)接地又分為串聯(lián)一點(diǎn)接地合并聯(lián)一點(diǎn)接地兩種方式。串聯(lián)一點(diǎn)接地方式會(huì)導(dǎo)致各接地點(diǎn)電位不同，而且還要受到其他電路工作電流的影響。并聯(lián)一點(diǎn) 接地方式中，各電路的電位僅與本電路的地電流和地電阻有關(guān)。這種接地方式避免各個(gè)工作電路的地電流耦合，減少相互干擾。因此，在低頻電路中采用這種接地方式為宣；當(dāng)電路在高頻時(shí)，地線阻抗中的感抗分量增大。欲減少感抗，就得縮短地線的長(zhǎng)度，而采用一點(diǎn)接地方式往往連線太長(zhǎng)。因此在高頻電路中多采用多點(diǎn)接地方式。綜合考慮本設(shè)計(jì)電路的具體情況，故采用一點(diǎn)接地。 （ 2）數(shù)字、模擬電路分開(kāi) 當(dāng)電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路時(shí)，將它們盡量分開(kāi)，并且使兩者的地線不相混，分別與電源端地線相連，并盡量加大線性電路的接地面積。 （ 3） 接地線盡量加粗 若接地用線條很細(xì)，接地電位則隨著電流的變化而變化，致使單片機(jī)的定時(shí)信號(hào)電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞。因此，我們將地線加粗，便它能通過(guò)三倍于印刷電路板上的允許電流，在此將接地線加粗約為 3mm。 （ 4）接地線構(gòu)成閉環(huán)路 智能脫扣器的設(shè)計(jì) 19 在只有數(shù)字電路組成的印刷電路板接地時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)，將接地電路做成閉環(huán)路大多都明顯的提高抗噪聲能力。其原因是：一塊印刷電路板上有很多集成電路，尤其是有耗電多的元件時(shí)，因受到線條粗細(xì)限制，地線產(chǎn)生電位差，引起抗噪聲能力下降；若接地線成閉環(huán)，則該電位差值減小。 在電源線布置方面，由于電源通常 包含大量噪聲，我們除了根據(jù)電流的大小盡量加寬電源線導(dǎo)體寬度外，盡量使電源線靠近地線走線，使電源線、地線的走向與信息傳遞的方向～致，這樣將有助于增強(qiáng)抗噪聲的能力。 在任一單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，靠預(yù)先消除所有故障來(lái)提高可靠性，這在實(shí)際上幾乎是不可能的，采用客錯(cuò)自診斷是提高可靠性的重要方法，容錯(cuò)法在運(yùn)算中則允許故障發(fā)生，但這些故障的影響可借助冗余技術(shù)而自動(dòng)抵消，因此，即使存在故障，系統(tǒng)仍能維持正常工作。為了使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠的工作，在本設(shè)計(jì)中采用多種冗余設(shè)計(jì)。所謂冗余，是指當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，取消這些部分，不會(huì)影響系統(tǒng) 的正常運(yùn)行。冗余設(shè)計(jì)通常包括軟件、硬件等方面的措施。軟件冗余又可分為指令冗余和信息冗余等。 硬件冗余是指增加備份硬件設(shè)備來(lái)保證系統(tǒng)可靠地工作，在本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，由于均采用高集成度和高科技芯片，可靠性較高，并從成本上考慮，所以不使用系統(tǒng)級(jí)硬件冗余。 指令冗余是指在關(guān)鍵地方入為地插入一些單字接指令 NOP，或?qū)⒂行巫纸又噶钪貙憽Ｔ陔p字節(jié)指令之后插入兩個(gè)單字節(jié) NOP 指令，這可保證其后的指令不被拆散。因?yàn)?“亂飛 ”的程序即使落到操作數(shù)上，由于兩個(gè)空操作指令 NOP 的存在，不會(huì)將其后的指令當(dāng)操作數(shù)執(zhí)行，從而使程序納入正 軌。對(duì)于一些決定程序流向的重要指令（如 RETLW、 RETURN、 RETFIE、 CALL），在其之前插入兩條 NOP 指令，并在其之后重復(fù)寫上這些指令，可保證亂飛程序迅速納入正軌，確保這些指令正確執(zhí)行。 信息冗余是指增加多余的信息，以提高對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行檢測(cè)以及對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行糾錯(cuò)的能力。在本系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信中，選用奇偶校驗(yàn)碼，這是一種常用的方法，這種常用的檢錯(cuò)碼構(gòu)造很簡(jiǎn)單，只有一個(gè)監(jiān)督位，但因其具有較強(qiáng)的檢錯(cuò)能力，且易于實(shí)現(xiàn)，所以在數(shù)據(jù)傳送 L 以及輸入輸出設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用，其編碼方式是在每個(gè)數(shù)據(jù)位組之后附加一位校驗(yàn) 位，使每一幀字符信息中 “ 1”的個(gè)數(shù)成為奇數(shù)或偶數(shù)，分別叫做奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)，接收端用一個(gè)模 2 加法器就可以很方便地完成檢錯(cuò)工作。 當(dāng)亂飛的程序進(jìn)入非程序區(qū)（如 EPROM 未使用的空間）或表格時(shí)，采用冗余指令使程序納入上軌條件便不滿足，此時(shí)可以設(shè)定軟件陷陜，攔截亂飛的程序，將其迅速引向一個(gè)指定位置，在那里有一段專門對(duì)程序運(yùn)行出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序 。 為此特別設(shè)置了若干軟件陷階，軟件陷階就是用引導(dǎo)指令強(qiáng)行將捕獲到的亂飛程序引向復(fù)位入口地址智能脫扣器的設(shè)計(jì) 20 0000H，在此處將程序轉(zhuǎn)向?qū)ｉT對(duì)程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序，使程序納入正軌。 軟件陷 階可以安排在未使用的中斷區(qū)、運(yùn)行程序區(qū)和中斷程序服務(wù)區(qū)。 （ 1）當(dāng)未使用的中斷因干擾而開(kāi)放時(shí)，在對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟件陷階，就能及時(shí)撲捉到錯(cuò)誤的中斷。 （ 2）前面曾指出，亂飛的程序在用戶程序內(nèi)部跳轉(zhuǎn)時(shí)可用指令冗余技術(shù)加以解決，也可以設(shè)置一些軟件陷階，更有效的抑制程序亂飛，使程序運(yùn)行更加可靠。程序設(shè)計(jì)時(shí)常采用模塊化設(shè)計(jì)，按照程序的要求一個(gè)模塊、一個(gè)模塊的執(zhí)行?？梢詫⑾蓦A指令組分散放置在用戶程序各模塊之間空余的單元里。在正常程序中不執(zhí)行這些陷阱指令，保證用戶程序正常運(yùn)行。但當(dāng)程序亂飛一旦落入這些陷阱區(qū)，馬 上將亂飛的程序拉到正確軌道。 （ 3）設(shè)主程序運(yùn)行區(qū)間為 addressl～ address2，并設(shè)定時(shí)器 T0 產(chǎn)生 32ms 定時(shí)中斷。當(dāng)程序亂飛落入 address1～ address2 區(qū)間外，若在此程序區(qū)外發(fā)生了定時(shí)中斷，可在中斷服務(wù)程序中判定中斷斷點(diǎn)地址 address。若 address＜ addressl 或 address＞ address2，說(shuō)明發(fā)生了程序亂飛，則應(yīng)使程序返回到復(fù)位入口地址 0000H，是亂飛的程序納入正軌。 當(dāng)單片機(jī)受到嚴(yán)重干擾而失控，引起程序亂飛時(shí)，也可能是程序陷入 “死循環(huán) ”。指令冗余技術(shù)和軟件陷階技 術(shù)不能使失控的程序擺脫 “死循環(huán) ”的困境，通常采用程序監(jiān)視技術(shù)，又稱 “看門狗 ”技術(shù)（ Watchdog），使程序擺脫 “死循環(huán) ”。測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用程序往往采用循環(huán)運(yùn)行方式，每一次循環(huán)的時(shí)間基本是固定的。 “看門狗 ”技術(shù)就是不斷監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，若發(fā)現(xiàn)時(shí)間超過(guò)已知的循環(huán)設(shè)定時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入了 “死循環(huán) ”，然后強(qiáng)迫程序返回到復(fù)位入口地址 0000H，在 0000H 處安排一段出錯(cuò)處理程序，使系統(tǒng)運(yùn)行納人正軌。 系統(tǒng)經(jīng)過(guò)可靠性和抗干擾性設(shè)計(jì)后，性能得到了提高，在進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)試時(shí)，其運(yùn)行穩(wěn)定，能夠正常工作，完成預(yù)想的保護(hù)功能。 智能脫扣器電參數(shù)測(cè)量原理 電參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)概述 智能脫扣器電參數(shù)測(cè)量屬動(dòng)態(tài)測(cè)量。動(dòng)態(tài)測(cè)量實(shí)時(shí)性要求很高。智能脫扣器被測(cè)電流參數(shù)變化情況復(fù)雜。負(fù)載電路正常工作時(shí)，電流為正弦波信號(hào)；負(fù)載電路發(fā)生短路故障時(shí)，電流急劇增大，變?yōu)榉钦曳侵芷谛孕盘?hào)。智能脫扣器是一個(gè)測(cè)量控制系統(tǒng)。智能脫扣器電參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)是一種以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)處理動(dòng)態(tài)量的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，屬于復(fù)雜測(cè)量系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求有良好的動(dòng)態(tài)特性。在對(duì)隨時(shí)間變化而變化的物理量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)下的讀數(shù)和它在同一瞬間相應(yīng)量值 的靜態(tài)讀數(shù)之間的智能脫扣器的設(shè)計(jì) 21 差值，稱測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誤差或稱動(dòng)態(tài)特性。它是衡量測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo)，表明測(cè)量系統(tǒng)指示值是否能及時(shí)、準(zhǔn)確地跟隨被測(cè)量的變化而變化。由于測(cè)量系統(tǒng)通常都有慣性，指示值存在滯后失真，必然存在動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差 。 智能脫扣器電參數(shù)測(cè)量原理 電參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)由電流互感器、電壓互感器、信號(hào)調(diào)理電路、模／數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換器、中央處理單元、顯示元件、記錄部件、通信模塊等組成。智能脫扣器通過(guò)互感器將主電路的電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電路可以處理的電信號(hào)。電壓互感器采用速飽和鐵芯互感器，電 流互感器采用空心互感器，檢測(cè)接地電流采用鐵芯互感器 。信號(hào)調(diào)理電路對(duì)互感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行加工轉(zhuǎn)換成符合 A/D 轉(zhuǎn)換電路要求的電平信號(hào)。多路開(kāi)關(guān)是一種實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)通道接通和斷開(kāi)的器件，稱為模擬切換開(kāi)關(guān)。模擬開(kāi)關(guān)的作用對(duì)多個(gè)待轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)進(jìn)行時(shí)間分隔，順序地接入采樣保持（ S/H）電路。 A/D 轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。由于模／數(shù)轉(zhuǎn)換需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，在這個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)，被轉(zhuǎn)換的模擬量必須維持基本不變，否則不能保證轉(zhuǎn)換精度，所以需設(shè)置采樣保持電路 ，通過(guò) S/H 電路把多路開(kāi)關(guān)輸出的一路模擬量保持住。 中 央處理單元?jiǎng)t對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和處理，對(duì)運(yùn)算處理結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)、傳輸、顯示、打印記錄。顯示電路一般可分為動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。動(dòng)態(tài)顯示是通過(guò)單片機(jī)對(duì)各數(shù)碼管的位進(jìn)行掃描來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它的電路較簡(jiǎn)單，對(duì)系統(tǒng)資源的占用較多，可用于一些實(shí)時(shí)性要求不高、計(jì)算量不太大的場(chǎng)合。靜態(tài)顯示用硬件來(lái)代替部分軟件功能，以增加硬件的開(kāi)銷來(lái)?yè)Q取更多的系統(tǒng)資源。運(yùn)算結(jié)果和整定值比較后輸出符合預(yù)設(shè)保護(hù)特性的電平信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)放大后可直接驅(qū)動(dòng)脫扣器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。 在微處理器運(yùn)行期間，模擬脫扣電路實(shí)現(xiàn)特大短路電路的判斷，如果出現(xiàn)特大短路電 流，微處理器沒(méi)有來(lái)得及反應(yīng)，則模擬脫扣電路可做出相應(yīng)的判斷和動(dòng)作。因此數(shù)字脫扣和模擬脫扣相結(jié)合，兩者互補(bǔ)，增加了脫扣器的可靠性 。模擬脫扣雖然不經(jīng)過(guò)中央處理單元，但模擬脫扣后，電流、電壓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)鎖定，可由顯示元件進(jìn)行顯示。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口，還能與另外的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信。 智能脫扣器的設(shè)計(jì) 22 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 智能監(jiān)控單元的監(jiān)控對(duì)象是連接在一次電路中的開(kāi)關(guān)電器及其被控的電力設(shè)備和用電設(shè)備，無(wú)論是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參量的檢測(cè)還是對(duì)設(shè)備和開(kāi)關(guān)電器本身的保護(hù)，都要求具有很高的實(shí)時(shí)性、可靠性。此外，監(jiān)控單元物理結(jié)構(gòu)體積小，內(nèi) 存容量有限，程序編制和數(shù)據(jù)存放都必須精心考慮。與上位機(jī)龐大的系統(tǒng)管理軟件相比，監(jiān)控單元的軟件必須實(shí)時(shí)性強(qiáng)、高效、功能語(yǔ)句簡(jiǎn)單、執(zhí)行速度快、且便于管理。因此通常采用高效率程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，如匯編語(yǔ)言和針對(duì)實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)用的 C 語(yǔ)言等。兩者相比，匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)的程序效率高，內(nèi)存容量占有量小，實(shí)時(shí)性也更高，但程序設(shè)計(jì)者必須十分熟悉所用的處理器結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，程序的編制和閱讀比較困難。在有些設(shè)計(jì)中，也可采用匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言混合匯編，以提高編程的速度，但需要有開(kāi)發(fā)商提供的專用的接口軟件。 智能監(jiān)控單元軟件的層次設(shè)計(jì) 智能監(jiān)控單元設(shè)計(jì)的基本要求 1. 滿足一次開(kāi)關(guān)電器操作的準(zhǔn)確性和快速性 智能監(jiān)控單元必須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大量的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，做出正確的判斷和響應(yīng)。尤其在發(fā)生故障時(shí)，能迅速地檢測(cè)出故障，快速地判斷故障類型，準(zhǔn)確地向開(kāi)關(guān)電器的操作機(jī)構(gòu)發(fā)出相應(yīng)的操作命令。為此，軟件的設(shè)計(jì)必須能保證很高的實(shí)時(shí)性，同時(shí)需要采用合理、有效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存放和處理大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 2. 具有良好的透明度和開(kāi)放性 為了完成遙測(cè)、遙控、遙調(diào)和遙信功能，智能監(jiān)控單元軟件必須保證遠(yuǎn)方管理中心不直接操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并能在任何時(shí)刻查看監(jiān)控單元及 其被控制和保護(hù)對(duì)象的信息，接收控制中心下發(fā)的各種指令。另一方面，監(jiān)控單元的軟件還應(yīng)對(duì)用戶開(kāi)放，用戶不必了解其硬件結(jié)構(gòu)，也不必修改軟件整體設(shè)計(jì)，即可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求更改、增加或刪除監(jiān)控單元的保護(hù)功能，保護(hù)特性和參數(shù)閥值的設(shè)定。 3. 良好的人機(jī)交互能力和友好的用戶界面 對(duì)智能化開(kāi)關(guān)柜，其監(jiān)控單元必須使現(xiàn)場(chǎng)操作人員了解運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的各種參數(shù)，被控制和保護(hù)的對(duì)象及開(kāi)關(guān)柜內(nèi)各種一次電器的工作狀態(tài)；還要滿足必要的就地操作功能，如保護(hù)特性和參數(shù)設(shè)定、功能投退、現(xiàn)場(chǎng)打印報(bào)表等。 4. 軟件產(chǎn)品的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化 針對(duì)不同的保護(hù)對(duì)象開(kāi)發(fā)的軟件， 能快速地移植到具有相同硬件資源的監(jiān)控單元中。 智能脫扣器的設(shè)計(jì) 23 5. 保證監(jiān)控單元的網(wǎng)絡(luò)功能 智能電器作為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)接受上位管理計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)方控制中心的監(jiān)控和管理，其監(jiān)控單元的軟件設(shè)計(jì)也必須符合計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)軟件的基本要求。 6. 保證監(jiān)控單元穩(wěn)定、有序并可控地運(yùn)行 智能電器監(jiān)控單元必須完成許多不同功能的工作任務(wù)，這些任務(wù)實(shí)時(shí)性要求不同，執(zhí)行頻率不同，占用中央處理器的時(shí)間不同，入口條件及任務(wù)優(yōu)先級(jí)也不同。因此，軟件設(shè)計(jì)必須保證能夠有效地協(xié)調(diào)所有任務(wù)的資源占用、運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行順序，才能滿足監(jiān)控單元工作