【正文】 、TB 計(jì)數(shù)器捕獲中斷服務(wù)程序流程圖 DS1820數(shù)據(jù)采集子程序 對(duì)DS1820 的ROM 操作有5 條操作命令，對(duì)DS1820 存儲(chǔ)器有6 。由于斷路器的行程長(zhǎng)度是大概已知的（例如 斷路器的行程為145mm－152mm），這樣我們就可以讓TA、TB捕獲行程的10％、90％和100％位置由他們計(jì)算分、合閘平均速度。在本設(shè)計(jì)中它們工作于計(jì)數(shù)狀態(tài)，分別用于記錄正向和反向運(yùn)動(dòng)的位移量，合閘行程＝TA－TB；分閘行程＝TB－TA。在分閘操作中，分閘換位點(diǎn)還需要記錄此時(shí)的電流有效值以備計(jì)算觸頭電磨損之用。 A/D 中斷服務(wù)程序流程圖 狀態(tài)量輸入中斷服務(wù)程序流程 該程序完成的功能是將變化的狀態(tài)量記錄下來(lái)并做出相應(yīng)的處理，由于遵循中斷服務(wù)程序盡可能短的原則，該程序主要是設(shè)標(biāo)志，真正的處理是在主程序中完成的。 A/D 中斷服務(wù)程序流程 A/D 中斷服務(wù)程序的功能是將A/D采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如果不到10個(gè)點(diǎn)，只是將當(dāng)前采樣數(shù)值加到暫存單元，如果夠10次，這將暫存單元的內(nèi)容保存，同時(shí)求出A、B、C相電流的斜率，如果它們中間有采樣最大值點(diǎn)折算出此時(shí)的電流幅值。計(jì)數(shù)單元（1）被用作0～9計(jì)數(shù)器（為一字節(jié)），逢十進(jìn)一到計(jì)數(shù)單元（2），計(jì)數(shù)單元（2）為兩字節(jié)計(jì)數(shù)器。采用這種方式的原因有三：分、合閘記錄期間需要高采樣速度來(lái)保證分、合閘記錄的實(shí)時(shí)性；求主回路電流有效值的最大斜率算法受A/D采樣干擾的影響嚴(yán)重，10點(diǎn)求和相當(dāng)于平均，有濾波功能；單片機(jī)自帶A/D 為12位，10次相加結(jié)果仍然在2字節(jié)范圍內(nèi)，加的結(jié)果可以直接用，不需要再求平均，故此相當(dāng)于提高采樣精度。這個(gè)時(shí)基也是A/D 的采樣周期。 第4 章 軟件設(shè)計(jì) 硬件級(jí)驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì) WTD定時(shí)器中斷服務(wù)程序流程 由于歷史數(shù)據(jù)保存環(huán)節(jié)的非易失存儲(chǔ)器芯片X25043 帶有看門(mén)狗定時(shí)器，所以單片機(jī)WTD （看門(mén)狗定時(shí)器）工作于普通16位定時(shí)器方式。選擇該顯示器的原因是：MSP430F149有兩個(gè)SPI接口；2；MSP430F149也是低功耗器件。低功耗CMOS 的等待電流為10μA，工作電流3mA。它內(nèi)部的EEPROM提供在掉電情況下保護(hù)那些需要保存的數(shù)據(jù)。X25043 為美國(guó)xicor 公司的“非易失性”芯片族中的最新成員，它把看門(mén)狗定時(shí)器、電源監(jiān)控和EEPROM三種功能集成在單個(gè)封裝內(nèi)，提高了自身可靠性，降低了系統(tǒng)成本，并減少了對(duì)電路板空間的要求。 、工作原理略。；。DS1820數(shù)字溫度傳感器與AD590、LM35等溫度傳感器相比除具有相當(dāng)?shù)臏y(cè)溫范圍和精度外，還具有溫度測(cè)量精確和不受外界干擾等優(yōu)點(diǎn)。DS1820有兩種供電方式：由電源引腳直接供電；由數(shù)據(jù)線寄生供電。轉(zhuǎn)換后的溫度值（9 位二進(jìn)制）通過(guò)DS1820 的數(shù)據(jù)線直接輸入到單片機(jī)，無(wú)需通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換。6 溫度測(cè)量環(huán)節(jié) 1）DS1820[30] 簡(jiǎn)介 DS1820單線數(shù)字溫度傳感器是美國(guó)DALLAS 公司剛剛推出的新產(chǎn)品。） 開(kāi)出量與單片機(jī)接口電路圖 5 通信接口環(huán)節(jié) 通信接口的選型、設(shè)計(jì)和操作相對(duì)其他環(huán)節(jié)來(lái)講較為復(fù)雜，且存在通信模塊與單片機(jī)的電平不匹配需要解決，為了敘述的連貫性，本文另立一章對(duì)其進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)闡述。針對(duì)以上問(wèn)題本設(shè)計(jì)采取的措施是：采用低供電電壓的總線驅(qū)動(dòng)器74HC244，供電電壓2～6V；采用高傳送比（典型值為10）的達(dá)林頓輸出光電耦合器TLP627，其驅(qū)動(dòng)能力可達(dá)150mA；該輸出環(huán)節(jié)的閉鎖方法是：U6 的光電二極管由U7 的光電三極管供電、UU7 的動(dòng)作電平相反。 四倍頻辨向環(huán)節(jié)電路圖4 開(kāi)關(guān)量輸出環(huán)節(jié) ，開(kāi)關(guān)量輸出環(huán)節(jié)輸出的信號(hào)包括聲光報(bào)警、跳閘命令等。A、 電路：主板上光電耦合器6N137 的隔離側(cè)，然后轉(zhuǎn)換到非隔離側(cè)進(jìn)行處理。 開(kāi)入量與單片機(jī)接口電路圖3 位移量輸入環(huán)節(jié) 該環(huán)節(jié)的功能是將斷路器的觸頭位移量轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，然后通過(guò)電路處理進(jìn)行四倍頻和正反向運(yùn)動(dòng)的識(shí)別。無(wú)論是狀態(tài)量輸入環(huán)節(jié)還是鍵盤(pán)輸入環(huán)節(jié)，要求有單片機(jī)立即響應(yīng)，須采用中斷方式，故此必須將狀態(tài)量輸入和鍵盤(pán)輸入環(huán)節(jié)接于帶有中斷功能的PP2 口。2 開(kāi)關(guān)量輸入環(huán)節(jié) 開(kāi)關(guān)量輸入環(huán)節(jié)包括：狀態(tài)量輸入環(huán)節(jié)和鍵盤(pán)輸入環(huán)節(jié)兩部分。 斷路器分、合閘線圈的直流模擬信號(hào)采集處理和上述交流模擬信號(hào)的處理方式不同。工作原理如下：小CT過(guò)來(lái)的交流電流信號(hào)變換成交流電壓信號(hào)，經(jīng)跟隨器后送低通濾波器濾波變成信號(hào)VIN， 所示的模擬量放大環(huán)節(jié)后變?yōu)?～。溫度雖然屬于模擬量，我們選用的單片式1線數(shù)字溫度傳感器，它可以直接將溫度轉(zhuǎn)換成溫度代碼，且具有無(wú)須附加變送器和數(shù)字信號(hào)傳輸（不易受到干擾）等優(yōu)點(diǎn)，詳述見(jiàn)溫度測(cè)量環(huán)節(jié)。事實(shí)上多路開(kāi)關(guān)，采樣保持和模數(shù)轉(zhuǎn)換也屬于該環(huán)節(jié)的功能，由于我們選用的MSP430F149 本身自帶8路12位A/D，故此我們的設(shè)計(jì)極其簡(jiǎn)捷，只需要考慮模擬信號(hào)的濾波和放大倍數(shù)匹配即可。 各功能模塊設(shè)計(jì) 該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電路模塊包括：模擬量輸入環(huán)節(jié)，開(kāi)關(guān)量輸入環(huán)節(jié)，位移量輸入環(huán)節(jié)，開(kāi)關(guān)量輸出環(huán)節(jié)，通信接口環(huán)節(jié)，溫度測(cè)量環(huán)節(jié)，歷史數(shù)據(jù)保存環(huán)節(jié)，液晶顯示環(huán)節(jié)，電源環(huán)節(jié)等。這樣，中央處理器的工作負(fù)擔(dān)就大為減輕。包含了一個(gè)具有八個(gè)外部通道的12 位高性能A/D 轉(zhuǎn)換器（A/D 轉(zhuǎn)換器的速度可高達(dá)200KHz），一般的設(shè)計(jì)其精度、速度、路數(shù)都已經(jīng)夠用，不需要外部擴(kuò)展。15種中斷源；12個(gè)工作寄存器；兩個(gè)具有捕獲功能的AB7 定時(shí)器；一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器；一個(gè)模擬信號(hào)比較器。兩個(gè)UART接口不需要擴(kuò)展可以同時(shí)和兩個(gè)計(jì)算機(jī)同時(shí)通信。紐曼(vonNeumann)結(jié)構(gòu)。60k字節(jié)FlashROM程序存儲(chǔ)器，存一般的程序都非常寬余。 在本論文中涉及的器件中，我們選擇了MSP430 系列單片機(jī)中MSP430F149一款。所以，與傳統(tǒng)單片機(jī)相比較MSP430單片機(jī)具有較高的性能價(jià)格比。MSP430產(chǎn)品系列可以提供多種存儲(chǔ)器容量組合的選擇，從14位ADC到LCD驅(qū)動(dòng)電路的混合信號(hào)外設(shè)，可根據(jù)需要進(jìn)行選擇，簡(jiǎn)化了各類(lèi)應(yīng)用的電路設(shè)計(jì)。 （12）ESD保護(hù)，抗干擾力強(qiáng)。 （10）強(qiáng)大的中斷功能。 （8）低時(shí)鐘頻率可實(shí)現(xiàn)高速通信。 （6）片內(nèi)2kRAM、60kflashROM。 （4）12位8路A/D、內(nèi)部基準(zhǔn)源、采樣保持和自動(dòng)掃描。 （2）高效16位RISCCPU，27條指令，8MHz 時(shí)鐘頻率時(shí)指令周期時(shí)間125ns，絕大多數(shù)指令一個(gè)時(shí)鐘周期完成，32kHz時(shí)鐘頻率時(shí)16位MSP430單片機(jī)的執(zhí)行速度高于典型的8位單片機(jī)20MHz時(shí)鐘頻率時(shí)的執(zhí)行速度。上位監(jiān)控機(jī)系統(tǒng)：對(duì)下位單片機(jī)通過(guò)通訊接口傳送來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)高級(jí)軟件進(jìn)行分析；對(duì)下位單片機(jī)通過(guò)通訊接口傳送來(lái)的診斷結(jié)果進(jìn)行顯示或者報(bào)警；通過(guò)通訊接口對(duì)下位單片機(jī)傳送諸如命令、時(shí)鐘、定值數(shù)據(jù)等。單片機(jī)系統(tǒng)：除濾波環(huán)節(jié)和信號(hào)放大環(huán)節(jié)外、諸如A/D環(huán)節(jié)、MCU、SPI接口、UART接口都屬于單片機(jī)的功能模塊，給設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的便利，同時(shí)也提供了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。 現(xiàn)代在線監(jiān)視系統(tǒng)（）包括以下基本單元：傳感器、單片機(jī)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、上位監(jiān)控機(jī)系統(tǒng)。這也是微電子計(jì)算發(fā)展的結(jié)果，因?yàn)槟壳暗膯纹瑱C(jī)已經(jīng)可以做到處理能量較強(qiáng)，可以完成一些過(guò)去只能由PC機(jī)完成的工作?，F(xiàn)代在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成 傳統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)過(guò)分的依賴(lài)通訊接口，實(shí)時(shí)性較差，現(xiàn)場(chǎng)附近的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本上不具備任何處理能力，無(wú)法在必要時(shí)緊急處理突發(fā)事件，但它也有一定的優(yōu)勢(shì)，例如后臺(tái)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)屬于PC機(jī)或者大型計(jì)算機(jī)，可以使用復(fù)雜的分析處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確處理。 （6） 故障診斷：根據(jù)數(shù)據(jù)處理得來(lái)的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)、判據(jù)及其它信息進(jìn)行比較和分析后，對(duì)設(shè)備的狀態(tài)或故障部位作出診斷。 （4） 數(shù)據(jù)通信：將采集到的信號(hào)傳送到后續(xù)單元，對(duì)于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，因?yàn)閿?shù)據(jù)處理單元遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)，故需要配備專(zhuān)門(mén)的信號(hào)傳輸單元。 （2） 信號(hào)處理：其功能是對(duì)傳感器變送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，對(duì)混疊于其中的干擾信號(hào)進(jìn)行抑制。 由以上兩式相等可得出斷路器導(dǎo)電回路的總電阻 的計(jì)算公式 （） 注意：以上公式、只能用于估計(jì)或間接計(jì)算斷路器在達(dá)到熱平衡時(shí)的主觸頭溫度和導(dǎo)電回路電阻，脫離穩(wěn)態(tài)則無(wú)意義。 主觸頭溫度和主回路電阻間接算法 設(shè)斷路器內(nèi)部熱源到斷路器外表面的總熱阻為 ，設(shè)斷路器外表面散熱熱阻（空氣層熱阻） ，斷路器外表面溫度為 ，斷路器周?chē)諝鉁囟葹?，設(shè)斷路器主觸頭的溫度為、斷路器主觸頭的熱損耗為。 3) 輻射換熱熱阻的計(jì)算方法 兩個(gè)物體間通過(guò)輻射交換的凈換熱量為： （）式中：――表面黑度，也稱(chēng)為輻射率； ――斯忒藩－波爾茲曼常數(shù)， 108 A ――物體的輻射表面積[ ]； ――發(fā)熱體的絕對(duì)溫度[K]； ――受熱體的絕對(duì)溫度[K]。 2) 對(duì)流換熱熱阻的計(jì)算方法 在對(duì)流換熱的計(jì)算形式上，現(xiàn)在仍然采用牛頓所提出的公式，即: （）式中： ――對(duì)流換熱系數(shù) ――與流體接觸的壁面面積[ ]； ――壁面溫度[K]； ――流體平均溫度[K]。所以引入熱阻的概念將有助于定性分析和定量計(jì)算溫升和散熱過(guò)程。它主要是通過(guò)空氣或者真空傳遞熱量。只能在流體中進(jìn)行。傳導(dǎo)現(xiàn)象在固體、液體和氣體中都可以進(jìn)行。 b 斷路器散熱原理 眾所周知，熱的傳遞方式有：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三種方式。 電阻率與導(dǎo)體溫度有關(guān)，一般可寫(xiě)作 （） 或者 （） 式中：――導(dǎo)體在C 時(shí)的電阻率 []； ――導(dǎo)體在C 時(shí)的電阻率 []； ――電阻溫度系數(shù) [1/K]； ――導(dǎo)體溫度[ C ] 鐵磁損耗：導(dǎo)體附近的鋼鐵件會(huì)產(chǎn)生渦流磁滯損耗，即鐵磁損耗。 由以上分析可知，影響接觸電阻的因素很多，要精確計(jì)算接觸電阻是很困難的，通常只能由經(jīng)驗(yàn)公式估算。 （3） 接觸壓力 點(diǎn)接觸可以認(rèn)為與壓力無(wú)關(guān)，線接觸和面接觸可以認(rèn)為壓力越大接觸點(diǎn)數(shù)越多。因此，接觸電阻又可以看成由兩部分組成：收縮電阻和表面電阻寫(xiě)成公式即為：收縮電阻和表面電阻的計(jì)算都很復(fù)雜，據(jù)分析，影響接觸電阻的因素有四： （1） 材料性質(zhì) 其電阻率與硬度 越小接觸電阻越小。 接觸電阻的計(jì)算比較復(fù)雜，它的計(jì)算是這樣理解得來(lái)：一個(gè)導(dǎo)體的電阻為R ，將它切成兩半再合并起來(lái)的電阻是，則比R 大得多，我們認(rèn)為這個(gè)大得多的電阻是由接觸產(chǎn)生的，故稱(chēng)之為接觸電阻。斷路器導(dǎo)電回路的電阻由兩部分組成，即: （） 式中： ――導(dǎo)電回路各接觸部分的接觸電阻； ――交流附加損耗系數(shù)，與趨表效應(yīng)（集膚效應(yīng)）有關(guān)。斷路器的能量損耗主要有兩種：電阻損耗和鐵磁損耗。本文提出一種思路――即通過(guò)斷路器的外殼溫度、環(huán)境溫度和負(fù)荷來(lái)推測(cè)斷路器主觸頭的導(dǎo)電狀況，計(jì)算主觸頭接觸電阻，從而間接了解斷路器主觸頭導(dǎo)電情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器主觸頭的監(jiān)視，其原理參間接文獻(xiàn) 。 主觸頭導(dǎo)電性能在線監(jiān)測(cè)方法的探討 斷路器在正常工作時(shí)的電流主要是從主觸頭流過(guò)。它能實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)斷路器的各相電磨損與電壽命進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。根據(jù)以上方法可得出少油、真空斷路器電壽命預(yù)測(cè)的在線監(jiān)測(cè)方法。 根據(jù)前面所述和相對(duì)電磨損定義，則型斷路器相對(duì)電磨損為： ()由式()則有： ≥ （） 由此根據(jù)式（）即可求出相對(duì)電壽命。因此取=12%時(shí)的允許開(kāi)斷次數(shù)為3000；當(dāng)12%時(shí)，由于機(jī)械故障原因，每次相對(duì)電磨損計(jì)為1/3000。從表中可看出，當(dāng)很小時(shí)，斷路器的允許開(kāi)斷次數(shù)會(huì)很大，當(dāng)為10%時(shí)，允許開(kāi)斷次數(shù)達(dá)5100次；%時(shí)，允許開(kāi)斷次數(shù)正好為3000次。對(duì)應(yīng)任意開(kāi)斷電流Ic 的等效允許開(kāi)斷次數(shù)為N(假定50%Ie 的開(kāi)斷電流時(shí)的等效允許開(kāi)斷次數(shù)為1)，則有： （） 可以算出在額定短路開(kāi)斷電流 Ie 下，（注意：該公式的假定是50%Ie 的開(kāi)斷電流時(shí)的等效允許開(kāi)斷次數(shù)為1次）。 則可求出任一次開(kāi)斷電流Ic時(shí)的相對(duì)電磨損量： （） 根據(jù)觸頭的絕對(duì)電磨損總量一定，則有： （） 所以有： （） （） 即可求出該斷路器的相對(duì)電壽命：