发布时间 : 星期二 文章低压断路器智能化控制技术研究更新完毕开始阅读
口电路如图3.8。
图3.7 DSl302与单片机的接口电路
DSl302实时时钟，可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行计数，具有31×8RAM，可供保存有用数据。用于时钟或RAM数据的读／写具有单字节或多字节(也称脉冲方式)数据传送方式。DSl302慢速充电时钟芯片包括实时时钟／同历和31字节的静态RAM，经过一个简单的串行接口与主单片机通信。实时时钟／日历提供秒、分、时、日、月和年等信息，对小于31天的月末的日期进行调整，还包括闰年的校正功能。时钟的运行可采用24小时或带AM(上午)和PM(下午)的12小时格式。DSl302与单片机的通信仅需三根线BI]RST(复位线)、I/O(数据线)和SCLK(串行时钟线)。数据可以按每次一个字节或多达31个字节的形式传送到时钟／RAM或从中送出。
DSl302还有另外的功能：即用于主电源和备用电源相连接的双电源引脚VCCl和VCC2。芯片具有可编程选择的对备份电池进行微电流充电的功能，有效延长了备份电池的使用寿命。若启用芯片内部的微电流充电器，则在主工作电源正常工作时，由主工作电源向充电电池充电。备份电池电压应略低于主工作电源电压，在系统掉电的情况下，则由备份电池向系统供电，以保证时钟正常运行，并保持时钟／日历信息和31个字节静态RAM中的重要数据信息不丢失，使系统在没有主电源的情况下也能保持时钟的连续运行。
第五节 自诊断电路的设计
智能控制器不但能够测量系统的电压和电流等参数，同时也具有自我诊断和监察的能力，当脱扣器本身发生故障或环境温度超过允许范围时，可以发出信号报警。为了保证系统工作可靠性，使用了硬件看门狗，在软件之中也对系统进行检测，随时监视系统的运行情况，若发生因为干扰而导致的系统不正常运行时，就会使系统强行复位，从新开始运行。避免了因系统自身故障而引起的不能开断或误动作。
自诊断的项目主要有
出错、A/D转换出错、环境超温、CT断线、跳闸线圈断
线、断路器拒动及触头维护。与硬件有关的自诊断有A/D转换出错、环境超温、CT断线，跳闸线圈断线、断路器拒动和触头维护。A/D转换出错利用多路选择器将外部的基准电源加到单片机的模拟输入通道上，单片机采样后与预设的设置值进行比较来确定A/D转换是否正常。利用单片机内部的温度传感器来测得环境温度，经过D/A转换，成相应的数字量，与控制器的极限温度比较，由比较结果来决定是否环境超温。CT断线利用当CT
是否断线电路自身产生的微量直流信号的不同，取样该直流电压，通过放大处理，送到比较器，比较器比较输出的电平送到单片机的I/O口，单片机根据I/O口电平的高低来判断CT是否断线。跳闸线圈断线基于同样的原理，因此电路也基本相似。CPU控制信号为闭环设计，脱扣信号发出后，检测执行元件辅助接头，如执行元件未能动作，则CPU继续发脱扣脉冲直到动作为止，在规定的时间内，如果断路器还未能动作，则CPU认为断路器拒动，发自诊断故障信号。
智能控制器的自诊断不仅大大提高了其自身的运行可靠性，还有利于产品的完善和发展，更给维修等后期工作提供了极大的方便。
第四章 智能控制器的软件设计
上一章介绍了低压断路器的智能控制器单元的硬件电路的设计原理和电路结构，本章将在上一章的基础上介绍控制器单元的软件设计思想及其编程实现。
第一节 软件设计概述
对于一个完善的智能控制系统，软件和硬件是密不可分的。一套好的软件不仅可以弥补硬件的某些缺陷，使系统更为灵活，而且可以充分发挥现有硬件的功能，在不增加硬件开销的基础上大大增强系统的功能。
本智能控制器单元直接对断路器进行控制，其实时性要求较高，为此采用MCS-51汇编语言作为编程工具，与其他高级语言相比，它的执行效率高，实时控制功能强。同时，软件编制中适当的采用中断方式进行控制，以提高智能控制器单元的实时响应速度。对于软件和硬件的功能划分，在满足实时性的前提下，尽量采用软件来实现系统的功能，以提高系统的灵活性，并针对控制器单元在现场运行时可能遇到的干扰，在软件设计时采取一定的抗干扰措施以提高系统的可靠性。
本控制器单元的软件设计遵循结构化和模块化的原则，将软件划分为若干个独立的功能模块，各模块通过软件接口相连接，连接时力求模块内部数据结构的紧凑性以及模块之间数据关系的松散性，尽可能减少各功能模块的相互影响。
上位机的应用软件采用开发效率高、应用功能强大的Labview进行开发，实现智能控制器单元上送数据的处理。本章主要讨论智能控制器单元软件设计。
第二节 开发环境
每个单片机内部都有JTAG和调试电路。通过4脚的JTAG接口，可以使用安装在最终应用系统上的产品单片机进行非侵入式、全速、在系统调试。Cygnal的调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，设置断点、观察点、单步及运行和停机命令。不需要额外的目标RAM、程序存储器或通信通道。在调试时，所有的模拟和数字外设都全功能正确运行（保持同步）。当单片机因单步执行或执行到断点而停机时，WDT被禁止。
开发套件C8051F015DK具有开发应用代码和进行在系统调试所需要的全部硬件和软件。每个套件包括一个具有调试器和8051汇编的集成开发环境(IDE)、一个被称为EC的RS232到JTAG的协议转换模块和一个安装有C8051F015的目标应用板，每个套件还包括
RS232和JTAG电缆及电源。
Cygnal集成开发环境(IDE)是一套完整独立的软件程序，它为设计者提供了用于开发和测试项目的所有工具。
第三节 软件开发
软件设计应由以下几个部分组成：采样、键盘、显示、故障处理、动作执行、时钟程序和通讯等，分别实现设计所要求的各项功能。
4.3.1 主程序设计
主程序流程如图4．1，主要完成对单片机各专用寄存器和各任务模块的初始化任务，包括各中断向量的设置、中断的各内部寄存器的设置、软件定时器工作方式的设定、扩展I/O口的初始化、BC7281的初始化以及对任务的调配等。
4.3.2 定时采样
为了计算50Hz正弦电流信号的有效值，对各路信号进行等间隔采样，采样周期均为0.625ms，也就是一个周期内(20ms)将被采样32次。由于周期、频率采样占用了定时器0(timer0)，我们使用时钟3(timer3)定时，每隔0.625ms产生一次中断，在定时中断中读取采样值。由于本系统有相当多的中断系统，为了防止各中断系统的冲突，在中断中只处理参数的采样，相关的数据处理在主循环里，当32次采样到时，将相应的标志位置位，循环检测到这个标志位，将进行采样值的计算。
由于电压不需要故障处理，电压的采样要求就相对低些。因此对电压的采样采用A、B、C、N轮流采样。对不同情况的故障电流，处理方法也不同。对特大短路(要求瞬时脱扣)电流保护要求灵敏度高，采用即采即比的方法，即峰值采样处理，并考虑了抗尖峰干扰处理，信号处理时间为1.25ms。而对一般延时保护特性和单相接地等故障信号，精度要求较高，需尽量避免畸变信号的影响，故在采样中断保存采样值，再进行有效值变换处理，这样可以减小因电网信号变化和谐波等的影响。定时采样流程见图4.2。