低壓斷路器智能脫扣器設(shè)計

摘要：IABSTRACTII第1章緒論1引言1脫扣器概述11.3課題研究目的及意義31.4課題內(nèi)容概述31.4.1硬件電路設(shè)計31.4.2軟件設(shè)計4第二章智能脫扣器結(jié)構(gòu)設(shè)計52.1智能脫扣器的設(shè)計原理52.2智能脫扣器的工作原理5第3章智能脫扣器的硬件設(shè)計63.1硬件總體設(shè)計及工作原理63.2信號采集與處理73.3空心電流互感器的計算73.4單片機的選用113.4各分電路及相關(guān)計算143.4.1真有效值轉(zhuǎn)換電路143.4.2過載保護163.4.3短路保護193.4.5模擬脫扣電路223.4.6脫扣輸出電路243.5負載監(jiān)控253.6自診斷和監(jiān)察25第4章軟件設(shè)計274.1軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計274.2初始化子程序294.2.1定時器初值的設(shè)定294.2.2定時器T1的設(shè)定294.2.3定時器T0的設(shè)定304.2.4與A/D轉(zhuǎn)換相關(guān)的寄存器304.2.5A/D控制寄存器ADCON1的設(shè)定304.2.6A/D控制寄存器ADCONO的設(shè)定314.3過流判斷子程序314.4過流處理子程序314.4.1過流處理子程序流程圖314.4.2非首次過流處理子程序324.5中斷子程序33第5章人機交互界面355.1智能脫扣器外殼355.2硬件電路設(shè)計355.3軟件設(shè)計36第6章可靠性與抗干擾設(shè)計386.1電器可靠性設(shè)計386.1.1硬件設(shè)計方面386.1.2軟件設(shè)計方面396.2電器抗干擾設(shè)計39結(jié)束語43致謝44參考文獻45附錄A：元件明細表47附錄B：總電路圖48低壓斷路器智能脫扣器的設(shè)計摘要：低壓斷路器是用于接通、分斷配電電路及對各種故障進行保護的一種開關(guān)電器，廣泛應用于低壓配電系統(tǒng)中。斷路器的保護功能是由脫扣器實現(xiàn)的，傳統(tǒng)的脫扣器多為電磁式的，其特性不易控制。本課題利用微電子技術(shù)及單片機技術(shù)，采用微處理器，設(shè)計出小型的智能脫扣器，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)脫扣功能，即實現(xiàn)預想的保護功能，還能對脫扣器的動作參數(shù)進行選擇即可實現(xiàn)對多種不同場合的保護，使得脫扣器的性能得到提高，功能得到增強，符合配電系統(tǒng)的要求。論文中詳細敘述了設(shè)計的理論基礎(chǔ)，重點介紹了硬件的選擇依據(jù)和工作原理，以及軟件程序的設(shè)計思想和編制方法。關(guān)鍵詞：斷路器，脫扣器，智能脫扣器TheLow-voltageBreakerResearchontheIntelligentreleaseABSTRACT：Thelow-voltagebreakerisakindofswitchelectricalappliance.Itcanget-onandcutthedistributioncircuitandprotectallkindsoffaults.Itcanbewidelyusedinthelow-voltagedistributionsystem.Thereleaserexecutesthefunctionofbreaker.Thetraditionalreleasersalwaysareelectromagneticanditisnoteasytocontroltheirtrait.Thetaskusesthemicroelectronicstechnologyandsingle-chiptechnologyandutilizesmicroprocessortodevelopthemini-intelligencereleaser.Itcannotonlyfulfillthefunctionofreleasing,i.e.fulfilltheprotectingfunctionwhichispre-designed,butalsoselecttheparametersofmotion,i.e.itcanrealizeprotectinginthemulti-situations.Byusingthesystem,thetargetofremotecontrollingisrealized.Allofthemstrengthenthereleaser'sfunctionsandmakeitaccordwithrequirementsofdistributionsystem.Thebasicprinciplesofthedesignareaccounteddetail，theselectivebasesandtheoperationalprincipleofthehardwareareintroducedchieflyandthedesignreasonsandprogrammeansofthesoftwarearerecommendinthisthesis.KEYWORDS:breaker,releaser，intelligentrelease第1章緒論引言低壓斷路器是低壓配電系統(tǒng)中的主要元件，其保護功能的觸發(fā)是由脫扣器實現(xiàn)的。早期脫扣器的過載保護功能是利用了雙金屬片在通過人電流時受熱產(chǎn)生變形，從而使機械系統(tǒng)動作來實現(xiàn)的。由于不同金屬片的受熱形變系數(shù)不同、所以可以近似模擬多種時間/電流特性曲線。其缺點是體積較人，過流保護特性不夠理想。70年代開始出現(xiàn)了電子式脫扣器，90年代逐步推出了智能型脫扣器。智能型脫扣器由于采用了計算機技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)、控制理論、傳感技術(shù)和通信技術(shù)等，使其功能更趨完善。除實現(xiàn)了各種保護功能外，還有監(jiān)察顯示功能、故障記錄功能、通信等各種輔助功能，現(xiàn)已在低壓配電系統(tǒng)中得到了廣泛應用。脫扣器概述低壓斷路器主要用來對發(fā)電機、電動機、變壓器和電纜等設(shè)備進行過載，短路和接地故障保護。脫扣器是斷路器的中樞部件，它承擔著斷路器的各種保護、報警、顯示與控制功能。早期的脫扣器為電磁式的.其工作原理是利用雙金屬片在流過電流時發(fā)熱變形而使脫扣器動作，這類脫扣器制造調(diào)整困難，精度低和可靠性差。60年代，美國開始研制電子脫扣器，并應用于低壓斷路器。電子脫扣器具有保護功能多、延時精度高、選擇性好、整定范圍大和返回系數(shù)高等特點。此外還可以增加接地保護，過載保護功能，使低壓電器的保護特性更完善，性能得到了提高。此后國外先進工業(yè)國家相繼開發(fā)出多種電子脫扣器，從分立元件、集成電路發(fā)展到利用微型計算機技術(shù)的智能脫扣器。80年代開始，法國MG公司研制成功ST-608型智能脫扣器，ABB公司也開發(fā)出PR1型智能脫扣器，日本、美國、德國也都開始將智能型脫扣器應用于低壓斷路器中。我國的智能脫扣器研究起步較晚，但在科技人員的不懈努力下已取得很大成績，開發(fā)出了多種產(chǎn)品并形成了系列化，在功能上也已達到了一定水平。傳統(tǒng)的斷路器保護功能是通過脫扣器中機械系統(tǒng)的動作來實現(xiàn)的，其效果也不夠理想。為了防止用電設(shè)備故障以及在供電網(wǎng)絡出現(xiàn)異常時損壞用電設(shè)備，在傳統(tǒng)斷路器的基礎(chǔ)上逐步開發(fā)出更可靠和更具保護性能的斷路器。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，集成電路的出現(xiàn)，大大縮小了普通電子電路的體積，因而出現(xiàn)了以專用集成電路為基礎(chǔ)的多功能脫扣器，從而促進了多功能斷路器的發(fā)展。同時微型計算機技術(shù)的發(fā)展也為低壓電器的智能化提供了條件。智能脫扣器是智能斷路器的核心部件，它不僅能夠提供普通斷路器的各種保護功能，還能實時顯示電路中的各種參數(shù)(電流、電壓、功率、功率因數(shù)等)，以及和PC機進行通信等功能。由于用電設(shè)備數(shù)量的迅猛增加，對電力系統(tǒng)的運行安全可靠性、電能的質(zhì)量、經(jīng)濟性等指標提出了更高的要求。但是，電力系統(tǒng)的組成元件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)各異，運行情況復雜，覆蓋地域遼闊。因此，受自然條件、設(shè)備及人為因素的影響，可能出現(xiàn)各種故障和不正常運行狀態(tài)，故障中最常見危害最大的就是各種形式的短路和過載，其危害是:(1)故障點通過很大的短路電流和所燃起的電弧，將故障設(shè)備損壞；(2)電源到短路點間流過短路電流，它們引起發(fā)熱和電動力將會造成在該路徑中有關(guān)的非故障元件損壞；(3)靠近故障點的部分網(wǎng)絡供電電壓大幅度的下降，使用戶的正常工作遭到破壞甚至影響產(chǎn)品質(zhì)量；(4)造成較人范圍的停電，破壞電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)震蕩，甚至使該系統(tǒng)瓦解和崩潰。所謂不正常狀態(tài)是指系統(tǒng)的正常工作受到干擾，使運行參數(shù)偏離正常值，如一些設(shè)備過負荷、系統(tǒng)頻率或某些地區(qū)電壓異常、系統(tǒng)震蕩等。故障和不正常運行狀態(tài)若不及時處理或處理不當時，就可能在電力系統(tǒng)中引起事故。事故是指人員傷亡和設(shè)備損壞、對用戶停電或少送電、電能質(zhì)量降低到不能允許的程度。斷路器就是在當電網(wǎng)不正常情況時，如過載、過壓、欠壓和短路等，能自動的把負載從電網(wǎng)上斷開，從而避免危及操作人員安全和設(shè)備的正常運行，防止人身事故和火災事故。其執(zhí)行機構(gòu)智能型脫扣器的基本功能是:(1)當出現(xiàn)過載時，能依據(jù)運行維護的具體條件和設(shè)備的承受能力延時跳閘。(2)當出現(xiàn)短路情況時，能瞬時跳閘或短延時跳閘。智能脫扣器的多種保護功能中，最基本的就是過流保護，其它保護功能都是在過流保護的基礎(chǔ)上派生的，它們的基本原理大體相同。隨著科技的不斷發(fā)展，人們對脫扣器提出了更高的要求，可通信化，高性能、高可靠性、小型化、模塊化、組合化、電子化和智能化已成為了脫扣器發(fā)展的方向。目前，國外已開發(fā)出了系列化智能脫扣器。這些智能化脫扣器的性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)的脫扣器產(chǎn)品。我國在這一研究領(lǐng)域還有很多工作需要我們?nèi)プ鳌?l)一直以來，傳統(tǒng)的裝有電磁式脫扣器的斷路器在電力系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用，但由于其檢測和執(zhí)行裝置均為機械結(jié)構(gòu)，故存在著性能指標低、耗材、耗能、保護特性單一、規(guī)格及品種少、反時限擬合效果差等問題。(2)利用微電子技術(shù)發(fā)展起來的以模擬電路和數(shù)字電路為基礎(chǔ)的電子式脫扣器彌補了這些不足。但由于供電系統(tǒng)中大量使用軟起動器、變頻器、電力電子調(diào)速裝置、不間斷電源等裝置，使電網(wǎng)和配電系統(tǒng)中出現(xiàn)了大杖的高次諧波，而模擬式電子脫扣器一般只反映故障電流的峰值，造成斷路器在高次諧波的影響下發(fā)生誤動作。(3)隨著計算機技術(shù)、智能化技術(shù)、通訊技術(shù)的進步及應用領(lǐng)域的不斷擴大，配電自動化系統(tǒng)得到迅速發(fā)展，對電器產(chǎn)品提出了可通信要求，以實現(xiàn)各種電器元件與計算機之間的雙向通信聯(lián)系。可通信己成為今后一段時間脫扣器的發(fā)展方向。1.3課題研究目的及意義90年代隨著微處理器的蓬勃發(fā)展，出現(xiàn)了帶微處理器的智能型脫扣器，標志著進入了智能化階段。而今在信息技術(shù)和計算機網(wǎng)絡的發(fā)展下，并借鑒國外低壓電器領(lǐng)域的先進技術(shù)，利用近年來出現(xiàn)的現(xiàn)場總線技術(shù)，使智能脫扣器與中央控制設(shè)備實現(xiàn)雙向通信成為可能，可見具有此類功能的產(chǎn)品前景十分廣闊。因此，對其的研究非常符合目前低壓電器的發(fā)展趨勢，尤其我國開發(fā)智能化電器正處于起步階段，從我國配電系統(tǒng)發(fā)展的實際需要看，隨著石油、化工、冶金及高層建筑等行業(yè)的技術(shù)進步，此類智能化電器必將在我國存在著巨大的潛在市場。此外，將智能化脫扣器做成獨立于某一型號斷路器的通用型產(chǎn)品也成為了一個發(fā)展趨勢。因此，開發(fā)和研制新一代的智能脫扣器具有重要的現(xiàn)實意義。1.4課題內(nèi)容概述本課題以脫扣器為研究對象，利用微電子技術(shù)及單片機技術(shù)，采用微處理器，設(shè)計出的小型智能脫扣器，不僅能獨立完成過流和短路保護功能，還能對脫扣器的動作時間參數(shù)(電流和時間值)進行選擇。綜合日前國內(nèi)低壓電器的發(fā)展現(xiàn)狀，并在國外新技術(shù)發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，硬件部分采用Microchip公司的PIC16C73單片機作為核心部件控制脫扣器的工作，實現(xiàn)保護功能。為了實現(xiàn)上述功能，研究主要內(nèi)容包括硬件電路的設(shè)計和系統(tǒng)軟件的設(shè)計。1.4.1硬件電路設(shè)計(1)檢測單元:其功能是將線路的電信號(電壓、電流)線性的轉(zhuǎn)換成模擬電路能處理的低電壓信號，其轉(zhuǎn)換的準確性和精度直接影響脫扣器的性能。(2)真有效值轉(zhuǎn)換單元:其功能是將在一個采樣周期內(nèi)采集到的交流低電壓信號真有效值轉(zhuǎn)換成直流電壓信號，以供單片機處理。(3)中央處理單元:通過A/D轉(zhuǎn)換模塊，將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換成對應的8位二進制數(shù)，與基準電壓對應的8位二進制數(shù)進行比較。若出現(xiàn)過流情況，則找到對應的過流倍數(shù)并要考慮到熱積累效應，進行折算，如此時仍過流，則脫扣器動作。(4)短路電流處理單元:本系統(tǒng)充分考慮到短路電流發(fā)生時，數(shù)字電路在反應時間上的滯后性，為此專門設(shè)計了相應的模擬電路。1.4.2軟件設(shè)計軟件部分設(shè)計的主要任務是用匯編語言編寫程序以實現(xiàn)預期的功能。它主要包括軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計和軟件程序設(shè)計。軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的是分清任務的執(zhí)行順序，明確任務執(zhí)行條件和分支，重復執(zhí)行某項任務直到定義的條件滿足為止。軟件程序設(shè)計的目的則是將各任務進一步細化，直到分解為程序設(shè)計語言的語句。本設(shè)計系統(tǒng)軟件主要由初始化程序、數(shù)據(jù)采集程序、計算程序、查表程序、主程序等部分組成。第二章智能脫扣器結(jié)構(gòu)設(shè)計本課題的主要目的和任務是:在了解智能脫扣器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)預期要實現(xiàn)的功能，進行系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計，以實現(xiàn)設(shè)計要求。智能脫扣器結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要任務是智能脫扣器的設(shè)計在設(shè)計和工作原理上有進一步的了解。2.1智能脫扣器的設(shè)計原理低壓斷路器在供配電系統(tǒng)中的主要作用是對線路中的過載、短路、接地等故障進行保護，它通過檢測單元獲取主線路中的電流、電壓信號，經(jīng)脫扣器的邏輯控制單元分析判斷后發(fā)出信號控制斷路器的動作。斷路器的動作與否和斷路器的動作時間取決于脫扣器的控制線號。智能脫扣器的設(shè)計也是基于這個原理，但邏輯控制單元由高性能的單片機及其外圍電子電路組成、檢測單元由空心互感器和信號處理電路組成。其原理框圖如下：圖2.1智能脫扣器原理框圖2.2智能脫扣器的工作原理空心電流互感器檢測供電線路中的電流并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字電路和單片機可處理的電平信號，經(jīng)隔離后進入采樣和保持電路，經(jīng)濾波、放大等處理后送入微處理器，微處理器內(nèi)帶A/D轉(zhuǎn)換單元將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，供CPU進行邏輯運算與處理；各種故障保護的動作電流和時間的整定值通過鍵盤設(shè)定并存于EEPROM中；CPU將檢測到的電流信號與整定值比較，判斷是否脫口。若脫口，則確定動作時并發(fā)控制信號和警報信號，顯示故障電流和故障類型，否則，脫扣器刷新顯示，并進行自我診斷和檢測。第3章智能脫扣器的硬件設(shè)計硬件設(shè)計的主要任務是綜合考慮系統(tǒng)所要實現(xiàn)的各種功能和各部分硬件之間的關(guān)系，來選擇所需芯片，設(shè)計出系統(tǒng)電路原理圖以及印制電路板。3.1硬件總體設(shè)計及工作原理本設(shè)計研究的智能脫扣器采用單片機作為主控單元，使其控制其它外圍電路來實現(xiàn)各種功能。硬件設(shè)計的總體思路是:智能脫扣器通過互感器將主電路的電壓、電流信號轉(zhuǎn)換成模擬電路可以處理的電平信號:經(jīng)過真有效值轉(zhuǎn)直流單元，將交流電壓信號轉(zhuǎn)換成單片機可處理的直流電壓信號;中央處理單元則對這些信號進行采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換、運算和處理，運算結(jié)果和整定值比較后輸出符合預設(shè)保護特性的電平信號，這些信號經(jīng)放大后可直接驅(qū)動脫扣器的執(zhí)行機構(gòu)動作。此外，還應設(shè)計模擬電路以使電路出現(xiàn)短路電流時，脫扣器能瞬時動作。硬件電路主要包括以下幾個部分，如圖3.1所示:圖3.1硬件設(shè)計原理圖智能脫扣器的原理框圖如圖3-1。主要由檢測單元、信號處理單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、中央處模塊組成。檢測單元由空心電流互感器和信號處理電路組成，邏輯控制單元由高性能的單片機及其外圍電子電路組成。在工作時，智能化脫扣器通過空心電流互感器將主線路的電壓、電流信號轉(zhuǎn)換成模擬電路可處理的電平信號，信號處理單元則對這些信號濾波和采樣；采樣信號經(jīng)多路開關(guān)送人模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(A／D)轉(zhuǎn)換成數(shù)寧信號；CPU根據(jù)這些信號進行邏輯運算和處理，運算結(jié)果與整定值比較后輸出符合預設(shè)保護特性的邏輯電平信號，這些信號經(jīng)放大后可直接驅(qū)動斷路器的執(zhí)行機構(gòu)使斷路器動作。各種故障保護的動作電流和時間整定值通過鍵盤設(shè)定．預先存儲在EEPROM中，并可以在應用中隨時進行修改。3.2信號采集與處理脫扣器所需的信號由套在母線上的空芯互感器提供。采樣信號的準確度直接影響脫扣器的保護和顯示精度。傳統(tǒng)鐵芯互感器線性度小，當出現(xiàn)大電流時，其二次輸出與一次電流不成線性關(guān)系，造成欠保護及顯示與實際電流值不符。本設(shè)計采用空芯互感器，具有寬范圍的線性度，可保證脫扣器實時處理、顯示線路中的各種情況。信號處理電路首先對互感器采集的多路信號分別進行積分處理，使之與母線IU流成正比，經(jīng)過跟隨隔離、隔直濾波處理后送入多路模擬開關(guān)，CPU通過控制模。3.3空心電流互感器的計算迄今為止，鐵心電磁式電流互感器一直是電力系統(tǒng)主要的電流檢測工具，在繼電保護應用中占主導地位，但是它本身有著難以克服的缺點。首先，這類互感器的體積、重量隨著電流等級的升高而增加，價格上升也很快。其次，高壓輸電線路中使用的鐵心式互感器中必須充油，防爆困難，安全系數(shù)下降。第三，在傳統(tǒng)的電器設(shè)備二次測量和保護電路中，采用了各種電磁式或電動式儀表及電磁式繼電器，它們的線圈都需要從互感器中汲取能量，所以鐵心電磁式互感器都必須有相應的負載能力。但對智能電器而言，其二次電路已全部由智能監(jiān)控單元取代，監(jiān)控單元本身所需的功率比傳統(tǒng)設(shè)備大大降低，不再需要互感器輸出較高的功率。此外，互感器鐵心的磁化曲線（B-H曲線）線性范圍有限，在智能電器應用環(huán)境下，被監(jiān)控的電流變化范圍往往很大，當原邊電流很大時，鐵心會飽和，這將使副邊電流波形發(fā)生畸變，影響測量和保護精度。在有些場合下，如低壓框架式斷路器中，流過主觸點的電流變化范圍可以從幾安培到短路時的幾千安培，要在這樣大的范圍內(nèi)進行測量檢測，用傳統(tǒng)的鐵心電磁式電流互感器根本無法實現(xiàn)，必須采用新的電流互感器（Rogowski線圈）。Rogowski線圈組成的空心電流互感器具有結(jié)構(gòu)簡單、輸入電流變化范圍寬、線性度好、性能價格比好等特點，是目前在智能電器中應用比較多的一種電流傳感器。Rogowski線圈其本身結(jié)構(gòu)不設(shè)一次繞組，載流（負荷電流）導線由L1至L2穿過硅鋼片搟卷成的圓形（或其他形狀）鐵芯起一次繞組的作用。二次繞組直接均勻地纏繞在圓形鐵芯上，與儀表、繼電器、變電器等電流線圈的二次負載串聯(lián)形成閉合電路，如下圖所示:由于穿心式電流互感器不設(shè)一次繞組，其變比根據(jù)一次繞組穿過互感器鐵芯中的匝數(shù)確定，穿心匝數(shù)越多變比越??；反之，穿心匝數(shù)越少變比越大，額定電流比：Rogowski線圈基于電磁感應原理實現(xiàn)電流的測量，其工作原理如下圖所示：圖3.2Rogowski線圈原理圖設(shè)線圈的匝數(shù)為N，繞制在橫截面積為A的非磁性材料骨架FR上，磁通密度為B(t)，根據(jù)電磁感應原理，線圈兩端的感應電動勢（3-1）因此，在繞組兩端接上合適的電阻R0就可以測量電流。由于繞組本身與主電流回路完全通過磁場耦合，沒有直接的電聯(lián)系，所以與主回路間有良好的電氣隔離。上式中，B(t)由被測電流i(t)產(chǎn)生。若設(shè)線圈的平均半徑為r，則有（3-2）式中，，為真空磁導率。合并式（3-1）與式（3-2）可得（3-3）圖3-3給出了圖3-1所示測量回路的等效電路。在線圈骨架的橫截面均勻時，由等效電路可得（3-4（3-4）式中，為流過線圈的電流，。由于Rogowski線圈的饒線框架為非磁性材料，自感量L很少。L-線圈電感RL-線圈電阻圖3.4加入RC等效電路后的等效電路圖Ro-取樣電阻圖3.3測量回路等效電路圖當或時，可得從而有(3-5)一般地，采樣電阻都遠大于繞線的電阻，可以認為。令，由式（3-5）可得從采樣電阻上輸出的電壓為(3-5)(3-6)(3-6)可見，輸出電壓正比于被測交流電流的有效值。由式（3-6）還可以看出，在工頻正弦交流電路中采用Rogowski線圈檢測電流，取樣電阻上的電壓與被測電流i之間會存在的相位差。若直接用作為被測電流信號，智能監(jiān)控單元中的CPU將無法根據(jù)測得的電網(wǎng)電壓和電流正確計算其他點參量。為此，在實際使用中，通常需在Rogowski線圈回路中加入積分環(huán)節(jié)，是與的相位達到一致。積分環(huán)節(jié)的實現(xiàn)有多種方法，常用的有兩個：一是通過RC積分電路實現(xiàn)，另一個是通過電壓頻率變換實現(xiàn)，本次設(shè)計采用前者。采用RC積分電路，整個采樣繞組回路由繞組回路、測量回路和積分回路三部分組成，等效電路如2-4所示。式（3-6）改寫為復數(shù)形式為（3-7）由圖3-3可知，RC積分電路中，電容C上的電壓為（3-8）將式（3-7）代入式（3-8）即得（3-9）適當選擇R和C的值，使，上式可近似等效為(3-10)式（3-10）表明，經(jīng)過RC積分環(huán)節(jié)后，測量回路輸出電壓（t）與被測電流在相位上基本一致，且具有較好的線性關(guān)系。圖3-5給出了某型號空心電流互感器的輸入輸出特性曲線，由圖可以看出，其線性區(qū)很長，因此空心互感器具有很寬的線性測量范圍。圖3.5空心電流互感器在大電流時的輸入輸出特性3.4單片機的選用Microchip技術(shù)公司具有先進的類-RISC(ReducedInstructionSetComputer)結(jié)構(gòu)的PIC系列微控制器的簡潔性，為8位微計算機市場設(shè)立了一種事實上的新的性能標準。為了達到獨一無二的高速性能，PIC微控制器采用了小型機設(shè)計結(jié)構(gòu)。先進的類--RISC結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在每一條高效率和強大的指令上。其三個系列微控制器的指令都是單字的寬字位指令:低檔、中檔和高檔系列的指令位數(shù)分別為12,14和16位，且分別只有33,35和58條指令，它們向上兼容:而CISC(ComplexInstructionSetComputer)結(jié)構(gòu)的微處理器通常有50到110條多字節(jié)多周期的指令。單寬字指令提高了軟件編碼的效率和減少了所需的程序存儲器單元，使系統(tǒng)具有最高處理效率和突出性能。在相同情況卜，PIC微控制器所需要的編碼比一般微控制器要少一半，其指令的高效率又可使編碼開發(fā)時間節(jié)約30%。令流水線結(jié)構(gòu)可以在一個周期內(nèi)同時完成一條指令的執(zhí)行和下一條指令的取指。最大限度的提高了每一個內(nèi)部時鐘周期的效率。高速的指令執(zhí)行時間，在20MHz時鐘情況下達到200ns，在25MHz時可快達160ns。在單周期內(nèi)可以對I/O口的任一位直接進行位操作。美國Microchip技術(shù)公司經(jīng)過十多年的努力在嵌入式控制技術(shù)領(lǐng)域己經(jīng)成為先進技術(shù)的先鋒，推出的Plcs位微控制器系列是業(yè)內(nèi)率先采用精簡指令集計算機(Rlsc)結(jié)構(gòu)的高性能價格比的嵌入式控制器。其指令系統(tǒng)除了程序分支指令是單字雙周期指令外，其它指令都是單周期、單字節(jié)指令。在這些指令中，由于沒有功能相交叉的指令，使所有的指令具有簡潔性。其高速度、低工作電壓、低功耗、較大的輸入輸出直接驅(qū)動能力、一次性編程芯片的低價位、小體積等。都體現(xiàn)了微控制器工業(yè)發(fā)展的新趨勢。本設(shè)計在綜合考慮設(shè)計要求、所要實現(xiàn)的功能以及性能價格比的基礎(chǔ)上，通過對各種微處理器的比較，決定選用Microchip公司的PICI6C73芯片作為本設(shè)計的微處理器。PIC16C73芯片不僅能夠?qū)崿F(xiàn)所需的全部功能，而且工作速度快、價格比較便宜(只有三十元人民幣左右)，這使得產(chǎn)品的生產(chǎn)成本大幅度降低，有利于增強產(chǎn)品的市場竟爭力。其主要硬件資源包括:(1)4096xl4位EPR服程序存儲器(2)192字Y通用RAM(3)22根雙向I/0線(4)3個8位的定時器/計數(shù)器(5)n個內(nèi)部和外部中斷源(6)有5個通道8位A/D轉(zhuǎn)換器(7)T2C和3線SPI兼容的同步串行接口SSP(8)串行通信接口SCI提供異步串行通信接受器和發(fā)送器USART功能(9)時鐘頻率可從直流到20MHz由于PICI6C73自帶有5個通道的8位A/D轉(zhuǎn)換器，所以省去了A/D轉(zhuǎn)換器件，同時通過軟件編程可以選擇采樣通道，這就省去了多路開關(guān)等器件。因此使外圍電路大大簡化，有效的減小了電路板的面積。PIC16C73還帶有一個串行通信接口SCI，這個SCI可被設(shè)置成可以與諸如CRT終端和PC機等外圍設(shè)備進行通信的全雙工異步系統(tǒng)。因此，利用SCI可以方便的實現(xiàn)智能脫扣器與PC機之間的通信。此外，PIC16C73還具有監(jiān)視定時器(看門狗)、上電牌電復位、程序代碼加密保護等功能。微處理器PICl6C73的引腳排列如圖2-6所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能表分別如2-7所示。本設(shè)計所用到的引腳及其功能如下：引腳9，10是振蕩器晶體輸入/輸出引腳；引腳1是芯片復位編程電壓輸入引腳；引腳2、3、4是A心通道模擬輸入，可分別連結(jié)三相線路中的一相；引腳5是A/D通道模擬輸入/基準電壓V比f輸入，通圖3-6PIC16C73（雙列直插式）引腳排列圖過改變其輸入電壓的大小，可調(diào)整動作電流的基準值，從而改變動作時間;引腳17，18是異步發(fā)送/SCI同步時鐘線和異步接線SCI同步數(shù)據(jù)線;引腳8，19接地:引腳1、20接電源正極。圖3.7PIC16C73的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.4各分電路及相關(guān)計算3.4.1真有效值轉(zhuǎn)換電路(1)AD536A簡介AD536A是美國AD公司推出的執(zhí)行從真有效值到直流值轉(zhuǎn)換的單塊集成電路，它的性能與混合電路和模塊化電路相類似，甚至超過了他們。ADS36A可直接計算輸入的任何復雜波形(包括交、直流成分)的真有效值，它的峰值因數(shù)補償電路使在峰值因數(shù)達到7時只有1%的測量誤差。AD536A寬擴的帶寬擴展了其測量性能，使它可以測量電壓值在100mv以上頻率為300KHz并帶有3dB誤差的信號電平。AD536A有效值轉(zhuǎn)換器的非預先可用狀態(tài)的重要特性是有一個輔助的dB輸出功能。有效值輸出信號的對數(shù)值被發(fā)送到一個單獨的引腳上，使其可以在60dB的動態(tài)范圍內(nèi)進行dB轉(zhuǎn)換。利用外部提供的參考電流，用戶能方便的設(shè)置0dB電平，使其可以對應從到2V之間的任何有效值。AD536A的輸入輸出補償晶片的電平、正負極波形的對稱性以及在7V時的有效值滿量程精度都經(jīng)過激光微調(diào)，所以不加外部微調(diào)電路也能保證其單位比例精度。AD536A的輸入輸出都進行了完善的保護，其輸入電壓能大大高于電源電壓，而其輸出電路則有短路保護功能。AD536A由輸入連接引起的電源電壓損耗不會影響測量精度。(2)AD536A的工作原理AD536A嵌入了有效值隱含解方程式電路，從而克服了動態(tài)范圍小以及其它直接計算有效值時固有的限制。AD536A的實際執(zhí)行原理如下所示:由均方根定義有：經(jīng)變換得：(3)AD536A的標準連接AD536A的連接非常簡單，所需的唯一外部元件是用來建立平均時間常數(shù)的電容(如圖所示)。在這種配置中，AD536A將測量輸入的交、直流電壓的有效值，由于濾波電容的作用，在低頻輸入時將出現(xiàn)誤差。例如在使用4uF電容時，如輸入信號頻率為10Hz，則其輸出的有效值附加平均誤差為0.1%。為此有必要測定AD536A應用在本設(shè)計時的轉(zhuǎn)換精度。(4)AD536A的轉(zhuǎn)換精度測定由AD536A技術(shù)資料手冊知，當AD536A采用供電時，其所允許輸入的交流信號的典型有效值為0-2V。由于采用士5V供電，所以輸入交流信號的最大有效值為2V。測量AD536A轉(zhuǎn)換精度時，接入電容，所用電表為DT9973型多功能高精度萬用表，其轉(zhuǎn)換精度等級為。實驗中采用同一塊萬用表分別測量交流輸入端和有效值輸出端，實驗電路如圖2-8所示:圖3.8AD536A轉(zhuǎn)換精度試驗電路實驗結(jié)果如表3-1所示。由實驗結(jié)果可以看出:采用士5V供電時，隨著交流輸入電壓有效值的增加，與其相對應的輸出有效值的誤差逐漸增加，但相對誤差卻逐漸降低，均小于5%。所以AD536A的轉(zhuǎn)換精度完全可滿足設(shè)計要求。表3-1AD536A實驗結(jié)果組號12345678單位輸入交流有效值V輸出直流有效值V(5)AD536A與PIC16C73的接口電路在大多數(shù)有效值的精確測量中，AD536A只要外接一個濾波電容就可工作(如圖3.5所示)。在這種連接中，由于濾波電容的作用，可獲得高精度的直流輸出。B、C相電路的接法與A相完全相同，為簡單起見，圖中未畫出。AD536A與PIC16C73的接口電路如圖3-9所示:圖3-9AD536A與PIC16C73的接口電路圖中D1、D2組成雙向穩(wěn)壓電路，用來保護AD536A，以免其因輸入電壓過大而損壞。3.4.2過載保護過載保護裝置一般可分為測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分，如圖3.10所示。圖3-10過載保護原理框圖測量部分時刻監(jiān)視著被保護線路的運行狀態(tài)，不斷的采集電流信號并加以處理送入邏輯部分，邏輯部分不斷的把輸入信號和整定值比較，以便判斷保護裝置是否應該動作，它的輸出信號經(jīng)放大后驅(qū)動執(zhí)行部分的動作元件。目前電網(wǎng)中使用大量的功率補償器、軟起動器、電力電子調(diào)速裝置和不間斷電源等，這些裝置都會使配電系統(tǒng)產(chǎn)生高次諧波，而熱雙金屬脫扣器和模擬式脫扣器都不能反映故障電流的真實有效值，造成斷路器的誤動作?，F(xiàn)以反映峰值的脫扣值來分析其誤動作的原因，圖3-11（a）為一帶10%的5次諧波的畸變電流，其峰值電流為110A，真實有效值電流為A，而以正弦有效值標定的脫扣器，此時對應的電流值為，若反映峰值的脫扣器整定在72A，則會產(chǎn)生“過保護”的現(xiàn)象。相反，圖3.11畸變的電流波形如圖3-11（b）的畸變電流帶20%的3次諧波，峰值電流為85A，以正弦有效值標定的脫扣器，此時對應的電流值為A，而真實有效值為A，相差近15%，若此時反映峰值的脫扣器整定在65A，則會出現(xiàn)“欠保護”的現(xiàn)象。智能脫扣器為了對過載故障電流真實反映其真實值，必須計算電流的有效值。電流有效值當時，但單由于高次諧波的存在，已不能正確反映，所以，必須采用數(shù)值積分的方法計算。數(shù)值積分的基本思想就是將積分區(qū)間[0，T]細分為若干個小區(qū)間，在每一個小區(qū)間上用插值多項式代替被積函數(shù)，并對插值多項式進行求積，其結(jié)果就是所求積分的近似值。令設(shè)插值節(jié)點為：則拉格朗日插值多項式為：(3-11)其中：由于所以其中：為求積公式余項，為插值型積分公式（3-12）要使式（3-11）具有n次代數(shù)精確度，就要求求積公式（3-11）對于都成立，即要求式（3-13）成立。這是含有求積節(jié)點和求積系數(shù)的方程組，為確定值，需要解此方程組，這里選定求積節(jié)點，則方程組（3-13）是關(guān)于的線性方程組，方程組的系數(shù)行列式是由求積節(jié)點組成的范得蒙行列式，因此方程組有唯一的一組解使求積公式（3-14）具有n次代數(shù)精確度。（3-13）…解此方程組得：由此可得（3-14）式中：若上式中取，采樣周期T為20ms,采樣頻率相當于1000Hz,一般智能化脫扣器采樣頻率取1000-1620Hz，此時計算誤差在5%左右。3.4.3短路保護在大型電力系統(tǒng)中，為了限制單相接地短路電流，一般均采用人為的方法將系統(tǒng)中性點經(jīng)電抗器或消弧線圈接地，使單相接地電流不至超過最大可能的三相短路電流。因此在計算短路電流時，均按三相短路來進行。實際計算中，對于系統(tǒng)中電壓的微變可不予考慮，認為系統(tǒng)電壓保持不變，即，對于這樣的系統(tǒng)稱為無窮大系統(tǒng)。設(shè)有如圖3-12所示無窮大系統(tǒng)，三相短路前后均為對稱電路，故可只討論圖3.12系統(tǒng)短路等效電路圖一相，其端電壓為振幅恒定的正弦波。在正常運行時電路中通過負載電流，若突然在d點發(fā)生短路，此時電路被短路點分成兩個獨立回路，右邊電路中的電流由原來的值逐漸衰減，直到電感中的儲存能量在電阻中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟谋M為止。左邊電路由于存在電源提供能量，短路瞬間出現(xiàn)過度過程。由于電路中存在電感，所以電流不會發(fā)生突變。各相中的電流與相電壓滿足下列微分方程式（3-15）（3-16）解微分方程可得：（3-17）積分常數(shù)c可由t=0時初始條件求得：短路后的短路全電流為（3-18）由短路電流表達式可知，當合閘相角此時的短路電流為最大值，即（3-19）合閘瞬間，t=0，短路電流的波形圖如上圖所示。由圖3-13可知，短路電流的最大值出現(xiàn)在短路后的半個周期，即t=10ms時，要使電力系統(tǒng)損失最小，脫扣器就必須在短時間內(nèi)檢測到短路電流并發(fā)出脫扣信號分斷線路。短路保護分為兩段：短路短延時和短路瞬動。在短延時保護中，對采集到的電流信號進行有效值處理，每一個采樣周期采集20個點，用數(shù)值積分的方法計算有效值，CPU將其與整定值比較，并作出邏輯判斷。為了保證在出現(xiàn)短路情況時，脫扣器能瞬時動作，特別采用四運算放大器LM324來實現(xiàn)此功能，其連接圖如圖3.14所示。圖3.13短路電流波形圖本設(shè)計采用LM324四運算放人器用于整定值比較電路。如圖2-14所示，LM324是由四個完全相同的運算放人器組成，其中運算放人器的同向輸入端分別接三相交流電流信號經(jīng)AD536A轉(zhuǎn)換后得到的直流電壓信號;它們的反向輸入端并聯(lián)后接短路電流信號整定值，由于基準電壓設(shè)為，且按過流時最人峰值圖3.14短路保護電路原理圖電流值為止常電流值的9倍設(shè)計，所以該整定值設(shè)為1.8V.運算放大器4的正向輸入端接單片機VO口RB6，當線路上出現(xiàn)過流情況，在過流倍數(shù)所對應的動作時間到后，單片機RB6腳被置成高電平，單片機1/O口的高電平大于5V;運算放大器4反向輸入端所接的整定值為2V；4個運算放人器的輸出端分別串聯(lián)二極管后再經(jīng)并聯(lián)后接繼電器，只要有一個運算放大器輸出高電平時，通過繼電器就會驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)動作。由于運算放大器有抑制共模信號，放大差模信號的功能，因此只要同向輸入端電壓和反向輸入端電壓有極微小的差異，運算放大器就會立即翻轉(zhuǎn)，這對于提高整定值的精度無疑是大有好處的。3.4.5模擬脫扣電路圖3.5模擬脫扣電路原理圖微處理器在上電初期要進行上電初始化，無法實現(xiàn)保護，要加入模擬脫扣電路，作為后備保護。模擬脫扣電路用于系統(tǒng)上電初期的短路電流保護和系統(tǒng)運行期間特大短路電流的保護。如圖3-15所示，模擬脫扣電路采用硬件比較器電路可以快速判斷出斷路器接通時出現(xiàn)短路的情況，并做出相應的動作保護。在微處理器運行期間，模擬脫扣電路實現(xiàn)特大短路電路的判斷，如果出現(xiàn)特大短路電流，微處理器沒有來得及反應，則模擬脫扣電路可做出相應的判斷和動作。因此數(shù)字脫扣和模擬脫扣相結(jié)合，兩者互補，增加可脫扣器的可靠性。模擬脫扣電路采用比較器監(jiān)幅電路來實現(xiàn)，每一相使用兩個比較器來完成。電流信號的幅值同參考電平VRE+和VRE-進行比較。比較器采用LM324，其輸出是集電極開路的，因此圖3-15中所有電壓比較器輸出并聯(lián)起來，通過一個上拉電阻接實現(xiàn)線與功能。在正常情況下，微處理器沒有發(fā)出脫扣信號且電流信號的幅值在基準電壓范圍內(nèi)，則比較器的并聯(lián)輸出被上拉電阻拉高，否則的低脈沖維持一定的寬度，則單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被觸發(fā)，輸出一定寬度的脈沖通過驅(qū)動電路時磁通變換器打開，從而分斷斷路器。在實際系統(tǒng)運行中由于干擾的存在，比較器的輸出會出現(xiàn)一些不必要的窄脈沖，如果直接接單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，會產(chǎn)生誤動作。為了消除干擾，在比較器的輸出端加了脈寬檢測電路，該電路由一個555器件組成，輸出接由另一個555器件構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，電路及工作波形分別如圖3.16和所示。脈寬檢測電路的工作原理如下：、、、表示圖中各節(jié)點。來自電壓比較器并聯(lián)的輸出端。在正常情況下，比較器輸出高阻，此時圖中NPN三極管導通，被三極管嵌位在其飽和電壓V以下，輸出高電平。當電流越限或單片機發(fā)出脫扣指令，比較器輸出將把拉低，則NPN三極管截止，此時接的電容通過R5、R6開始充電，電壓升高。如果低脈沖保持一定的寬度，隨著電容充電上升并達到2/3,則輸出低電平，觸發(fā)其后由555器件構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路，輸出一個一定寬度的脈沖。由電路的工作波形可知，由于電容充電需要一定的時間，因此該脈寬檢測電路只有在輸出低脈沖寬度保持一定的時間才能使觸發(fā)。如果的脈沖過窄，電壓達不到2/3，則不會觸發(fā)，因此通過該電路可以消除前級比較器出現(xiàn)的干擾問題。上述電容充電使電壓上升到2/3的時間為，設(shè)充電電阻為R，電容為C，則圖3.6中的充電電阻由R5和R6串聯(lián)而成。即R=(R5+R6)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的圖3.16脈寬檢測電路圖3.17脈寬檢測電路輸出波形輸出的寬度為。R、C為相應的充電電阻值和電容值。上述電路中的電容電阻值根據(jù)實際比較器輸出脈沖的情況適當?shù)娜≈怠?.4.6脫扣輸出電路微機測控系統(tǒng)的控制信號一般由CPU給出脈沖信號（TTL電平信號），這種信號不能驅(qū)動外圍開關(guān)元件（如接觸器、繼電器等），必須經(jīng)過接口電路的功率圖3.18脫扣輸出電路原理圖放大以后才能驅(qū)動外設(shè)電器的動作。為了防止外部干擾信號的影響，在電路中必須增加抗干擾措施。電路原理如圖3-18所示：正常情況下來自微處理器的信號為高電平，U1、U2、U3為低電平，單穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)，復合管T1被截止，控制執(zhí)行元件的線圈Q中無電流通過，當CPU發(fā)出動作脈沖指令時，U1輸出脈沖方波，U2隨電容C1的充電，電壓逐漸升高，充電時間為2ms,CPU輸出的脈沖寬度必須大于2ms，否則信號將被截止，本設(shè)計中CPU脈寬為4ms，用于抗干擾。當U2>U4時，U3由低電平變?yōu)楦唠娖?，單穩(wěn)態(tài)電路被激活，輸出6ms脈寬的方波觸發(fā)復合管T1，執(zhí)行元件的線圈Q中通過電流，分斷斷路器。執(zhí)行元件采用磁通變換器，正常工作時由永磁鐵保持動鐵心閉合，克服了傳統(tǒng)的欠壓線圈工作時耗能、發(fā)熱、噪音等缺陷；動作執(zhí)行時，線圈Q中通過電流產(chǎn)生反向磁通抵消固有磁通，動鐵心在反力彈簧作用下打開，帶動斷路器分斷。3.5負載監(jiān)控在線路故障電流超過負載監(jiān)控整定值（），而未達到過載電流整定值時，智能脫扣器能發(fā)出報警和控制信號。利用控制信號可進行負載調(diào)度，若智能斷路器為上一級保護開關(guān)，下一級多條負載支路分別供電給不同性質(zhì)的負荷，重要負荷不允許停電，當線路發(fā)生過載時，為防止過載脫扣引起重要支路斷電，利用智能脫扣器的負載監(jiān)控信號分斷支路斷路器，卸掉一般負荷，以保證重要負荷不間斷供電，見圖3.9。圖3.19負載監(jiān)控示意圖3.6自診斷和監(jiān)察智能脫扣器具有自我診斷和監(jiān)察功能，不但可以監(jiān)視和檢測保護特性，還可以測量電流和電壓，并實時顯示。當脫扣器環(huán)境溫度超過允許值或脫扣器內(nèi)部發(fā)生故障則發(fā)出信號報警。為了提高系統(tǒng)的工作可靠性，智能脫扣器在設(shè)計中采用看門狗電路，隨時監(jiān)視系統(tǒng)的工作情況，當系統(tǒng)工作超過正常執(zhí)行周期時則使系統(tǒng)復位。第4章軟件設(shè)計硬件和軟件是單片機應用開發(fā)系統(tǒng)中的兩個重要方面，但兩者的功能有時又是可以相互轉(zhuǎn)化實現(xiàn)的。本設(shè)計為了充分體現(xiàn)脫扣器的智能化以及盡量減小硬件電路的體積，軟件部分設(shè)計的重要性就顯得尤為突出了，以軟代硬是本設(shè)計的創(chuàng)新點，所以軟件設(shè)計工作在整個設(shè)計中是最重要的、其工作量也是最大的。軟件設(shè)計主要包括軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計和軟件程序設(shè)計，后者主要內(nèi)容是擬定程序的總體方案、根據(jù)系統(tǒng)功能及操作過程繪制程序流程圖、編制具體程序以及檢查和修改程序。智能脫扣器的主要任務是能獨立完成對電路的過載、接地及短路保護，并能方便的對動作參數(shù)進行設(shè)定。在擬定軟件總體設(shè)計方案時，由于實際的單片機控制系統(tǒng)的功能復雜、信息量大和程序較長，這就需要選用合理的切合實際的程序結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。常用的設(shè)計方法有三種:1、模塊化程序設(shè)計；2、自頂向下逐步求精程序設(shè)計；3、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計。在本設(shè)計中，采用第一種方法，即模塊化程序設(shè)計，它的設(shè)計思路是把一個復雜應用程序按整體功能劃分成若干相對獨立的程序模塊，各模塊可以單獨設(shè)計、編程、調(diào)試，然后把功能相關(guān)的模塊通過連結(jié)程序聯(lián)在一起調(diào)試，最后各模塊程序在主程序的控制下進行總體調(diào)試，最終成為可完成設(shè)計要求、具有實用價值的程序。由于此方法的設(shè)計思路與本設(shè)計的硬件設(shè)計思路非常吻合，為此，本設(shè)計的軟件程序部分就采用模塊化的設(shè)計方法。4.1軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計根據(jù)智能脫扣器預期要實現(xiàn)的功能.所設(shè)計的系統(tǒng)軟件由初始化子程序、確定采樣相子程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、延時子程序、乘法子程序、除法子程序、過流判斷子程序、過流處理子程序、修改延時時間子程序、中斷子程序、查表子程序、通信子程序和主程序組成。主程序?qū)醋陨隙马樞驘o限循環(huán)的方式執(zhí)行，當有中斷發(fā)生時(如定時器時間到、串行口中斷等)，系統(tǒng)將根據(jù)軟件排定的中斷優(yōu)先級別來響應中斷，中斷完成后再返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。下面就針對主程序以及主要子程序的執(zhí)行步驟一一進行詳細的分析。主程序是整個系統(tǒng)程序的“靈魂”，它不僅指揮著程序流程，還起著承上啟下，將各子程序模塊有效銜接起來的作用。在綜合考慮本設(shè)計所要實現(xiàn)的功能以及盡可能優(yōu)化程序設(shè)計的前提下，主程序的流程圖如圖4-1所示:圖4.1主程序流程圖4.2初始化子程序初始化子程序的主要任務是對為實現(xiàn)設(shè)計功能所涉及到的寄存器的初始狀態(tài)進行設(shè)定。由于本設(shè)計所用到的通用寄存器和專用寄存器很多，對于其中較容易設(shè)定且無特殊意義的寄存器就不一一介紹了，下面重點介紹一下與A/D轉(zhuǎn)換相關(guān)的寄存器以及定時器T1、TO的初值和波特率寄存器的初始值是如何設(shè)定的。4.2.1定時器初值的設(shè)定PIC微處理器的時鐘信號從OScl/cLKIN引腳上輸入后，在片內(nèi)產(chǎn)生4個非重疊正交(相差90°)的時鐘信號，分別被稱作Q1、Q2、Q3和Q4。在片內(nèi)每個Q1使程序計數(shù)器PC增量加1，Q4從程序存儲單元中取出該指令，并把它鎖存到指令寄存器中。在下一個Q1到Q4之間對取出的指令進行譯碼和執(zhí)行。時鐘和指令周期執(zhí)行的時序圖如圖4.2.1所示:本設(shè)計所采用的是高速石英晶體振蕩器，其振蕩頻率為，所以每條指令(除了程序分支指令和跳轉(zhuǎn)指令外)的執(zhí)行時間為l。圖4.2時鐘和指令周期圖4.2.2定時器T1的設(shè)定本課題所設(shè)計的智能脫扣器，在過流時其動作時間都在秒級，所以采用500ms為定時器計時單位，延時動作時間表中的各個數(shù)值都是時間基準的整倍數(shù)。T1是一個16位定時器。如不采用分頻器，則其最長定時時間為:其值遠遠小于時間基準值，為此必須采用預分頻器，經(jīng)計算采用1:8分頻，則定時器初值為:4.2.3定時器T0的設(shè)定本設(shè)計中采用定時器TO來確定各相的處理時間，它是一個8位的定時器?？紤]到芯片AD536A將真有效值轉(zhuǎn)換成直流所需時間，所以定時器TO采用128分頻，故每相的執(zhí)行時間為：三相總共的執(zhí)行時間為，再加上中斷等其它程序的執(zhí)行時間，完全可以保證AD536A所需的轉(zhuǎn)換時間，同時也能滿足過流時對動作時間的要求。4與A/D轉(zhuǎn)換相關(guān)的寄存器PlC16C7X系列芯片的最大特點是帶有8位的A/D轉(zhuǎn)換部件，而PIC16C73芯片帶有5個A/D通道模擬輸入。這些多通道模擬輸入共用一個采樣/19持電路，用一個多路轉(zhuǎn)換開關(guān)進行切換。采樣/保持電路的輸出是A/D轉(zhuǎn)換器的輸入。A/D轉(zhuǎn)換器是采用逐次逼近法進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的。其模擬基準電壓可用軟件編程選擇，可以為芯片的正電源電壓，也可以為從RA3/AN3Nref引腳上外加的電壓值。4A/D控制寄存器ADCON1的設(shè)定ADCON1是用于控制選擇A心引腳功能的寄存器，通過對它的設(shè)定可以把A心口設(shè)為不同的工作方式，如表4-1所示:PCFG2PCFG1PCFG0RA0RA1RA2RA3Vref0XOAAAAV0X1AAAVrefRA3100AADAV101AADVrefRA311XDDDD-表4-1PIC16C73A/D轉(zhuǎn)換引腳選擇表表中PCFG2-O分別為A/D控制寄存器ADCON1的D2-DO位，A代表模擬輸入，1/O口，X代表0或1,Vref代表外加的參考電壓。參考PICI6C73的A/D轉(zhuǎn)換引腳選擇表，并結(jié)合本設(shè)計的硬件電路，決定把RAO,分別作為三相的模擬輸入通道，RA3作為參考電壓輸入，即將ADCONI初始化為1H。4A/D控制寄存器ADCONO的設(shè)定ADCON0寄存器中的D7和D6位為A/D轉(zhuǎn)換時鐘的選擇位。A/D位采樣時間被定義為Tad，完成一次8位AID轉(zhuǎn)換所需時間為10Tad，對Tad可以有四種選擇:（1）2Tosc，（2）8Tosc,（3）32Tosc,（4）內(nèi)部RC振蕩4.3過流判斷子程序本課題所設(shè)計的智能脫扣器，使其延時動作的最大電流值可達到基準電流值的9倍，又考慮到芯片AD536A在土5V電源供電時，其典型的最大輸出電壓值為2V，所以基準電壓(即參考電壓Vref)設(shè)為0.2V(對應十六進制數(shù)的19H)。電流值轉(zhuǎn)換成電壓值后.再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，其對應的數(shù)字量與基準電壓對應的數(shù)字量19H進行比較，如不大于19H，則等待此相處理時間到后再轉(zhuǎn)到其它相進行檢測；如大于19H，則說明出現(xiàn)了過流情況，隨即轉(zhuǎn)到過流處理子程序執(zhí)行。4.4過流處理子程序當出現(xiàn)過流時，首先要分析過流的情況，即是第一次過流還是非第一次過流；如是第一次過流，則轉(zhuǎn)查表子程序，查出過流倍數(shù)所對應的動作時間；如不是第一次過流，則轉(zhuǎn)到非首次過流處理子程序，進行進一步的處理。4.4.1過流處理子程序流程圖過流處理子程序流程圖如圖4.3所示:圖4.3過流處理子程序流程圖4.4.2非首次過流處理子程序當通過過流判斷子程序判斷出過流情況是非第一次過流時，要將前一次判斷過流后到判斷本次過流期間定時器所計時間進行折算，其后如繼續(xù)過流，則以此類推。非首次過流處理子程序是本設(shè)計中最復雜、最重要的部分，也是最能體現(xiàn)出本設(shè)計與傳統(tǒng)脫扣器相比的優(yōu)勢所在。由于輸電線路上的負載時時都在變化著，而且同時存在眾多干擾源的影響，特別是當大負載啟動或停車時，對輸電線路電壓和電流的影響非常大。當出現(xiàn)過流情況時，由于線路上負載的工作情況千變?nèi)f化，所以過流的倍數(shù)不是持續(xù)不變的，而是要經(jīng)常不斷變化的，這可能會出現(xiàn)三種情況:(1)第一次檢測時過流5倍，而到第二次檢測時卻不過流了;(2)第一次檢測時過流8倍，而到第二次檢測時變成過流4倍;(3)第一次檢測時過流4倍，而到第二次檢測時變成過流8倍.對于第一種情況要及時的給延時動作計時單元清零，以免脫扣器誤動作。對于第二和第三種情況，延時動作計時單元中所存的數(shù)值，即不應該是過流8倍所對應的延時時間，也不應該是過流4倍所對應的延時時間，而應該是介于二者之間的一個數(shù)值，為此必須通過兩次過流倍數(shù)進行折算。折算的實質(zhì)就是把前一次過流時產(chǎn)生的熱量積累換算成第二次過流時其過流倍數(shù)所應該對應的延時動作時間。折算的理論依據(jù)如下:由于過流時對電器設(shè)備造成損壞的根本原因是大電流流過電器設(shè)備所產(chǎn)生的熱量不能及時散發(fā)掉，而造成電器設(shè)備局部過熱，致使其損壞。所以我們可以以不同過流倍數(shù)在不同時間產(chǎn)生相等的熱量為基礎(chǔ)來進行折算。（4-1）（4-2）將（2）代入（1）并消除相同項得（4-3）式中：折算后所得到的時間為連續(xù)兩次過流時的間隔時間按前一次過流倍數(shù)折算到后一次過流倍數(shù)時所對應的時間。在過流判斷子程序判斷出非首次過流后，應先通過查表子程序查出后一次過流倍數(shù)所對應的延時動作時間，再從其中減去折算后得到的時間，此時得到的時間才是實際應繼續(xù)延時動作的時間。4.5中斷子程序中斷子程序是在中斷條件滿足時，如果中斷允許位開放，則會自動轉(zhuǎn)入執(zhí)行的程序。本設(shè)計的中斷允許位對定時器TO和TI開放。其中通過對TO中斷的響應來改變檢測相:通過對T1中斷的響應來判斷是否過流倍數(shù)對應的動作時間到，以決定脫扣器的執(zhí)行機構(gòu)是否動作。當中斷發(fā)生后，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入中斷程序執(zhí)行。通過對中斷標志位的判斷來決定響應哪個中斷。由于定時器TO定時時間短，為了減少軟件執(zhí)行時間，所以發(fā)生中斷時，先檢測是否定時器TO發(fā)生了中斷，如是TO中斷，則TO清0，并將其中斷次數(shù)寄存器加1，為轉(zhuǎn)換檢測相做好準備；如TO沒有發(fā)生中斷，則必定是TI發(fā)生了中斷，這時要將A、B、C三相各自的中斷次數(shù)計數(shù)單元分別加1(如果某相出現(xiàn)了過流情況)，然后再將中斷次數(shù)計數(shù)單元中的值與各自過流倍數(shù)對應的延時動作時間進行比較，如前者小于后者，則跳出中斷轉(zhuǎn)主程序執(zhí)行，如前者大于后者，則微處理器發(fā)出信號，脫扣器的執(zhí)行機構(gòu)動作。中斷子程序流程圖如圖4.4所示。圖4.4中斷子程序流程圖第5章人機交互界面5.1智能脫扣器外殼智能脫扣器外殼如圖圖5.1脫扣器外殼圖5.2硬件電路設(shè)計由圖5-1可知人機交換界面包括4個數(shù)碼管、10按鍵、1個電源開關(guān)和1個報警顯示燈，除了電源開關(guān)外，其余的器件都由PIC16C73控制。PIC16C73總共28個引腳，最多才22輸入輸出通道，其中PORTA被作為A/D轉(zhuǎn)換通道，能夠用的只有PORTB和PORTC端口，而4個數(shù)碼管就有36個引腳，只能采用I/O掃描的方式來完成這個任務。輸入輸出電路如圖5-4所示，掃描通道有4個，分別由PORB的RB0—RB3控制，每個掃描通道會對應一個數(shù)碼管，3個按鍵；PORTC是控制數(shù)碼管的顯示內(nèi)容；PORTB的RB4、RB6和RB7用于讀取按鍵狀態(tài)；RB5是脫扣輸出端，輸出脫扣信號的同時發(fā)出報警，全部外圍的控制要經(jīng)過4次掃描才完成。圖5.4輸入輸出電路5.3軟件設(shè)計在硬件的部分，I/O原來都是根據(jù)掃描的通道分為四組了，因此在數(shù)據(jù)的處理上會以完成4個通道之后再進行一次，因此我們必須先準備好一些寄存器，存放四個數(shù)碼管的顯示碼和準備儲存10個按鍵狀態(tài)的位置。輸出的部分在對應不同的掃描通道時，將對應的引腳狀態(tài)輸出，輸入的部分，也是每次兩個位置的儲存。等到完成一次4個通道掃描時，再來一起處理數(shù)據(jù)，此時輸入的部分會檢查8個按鍵的狀態(tài)與變化狀況，如果有需要再執(zhí)行相對應按鍵事件的子程序。輸出的部分，檢查是否有需要改變輸出的狀態(tài)，如果需要，就修改并加載新的值到顯示數(shù)據(jù)用的寄存器中，在下一個掃描周期時顯示正確的輸出。圖5.5輸入輸出接口電路軟件流程第6章可靠性與抗干擾設(shè)計隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的進步，特別是單片微型計算機的出現(xiàn)和發(fā)展，微型計算機在各個領(lǐng)域中的應用越來越廣泛。微型計算機應用工業(yè)測控系統(tǒng)，使原有以強電和電氣為主、功能簡單的電氣測控設(shè)備發(fā)展成為強弱電結(jié)合、功能完善的新型微電子設(shè)備。由于系統(tǒng)所處環(huán)境往往比較惡劣和復雜，干擾嚴重，導致程序執(zhí)行紊亂，使系統(tǒng)誤動作或者出現(xiàn)故障時不動作。這樣不僅會影響經(jīng)濟效益，有時甚至還會造成重大人身和財產(chǎn)損失。系統(tǒng)的可靠運行是決定系統(tǒng)是否具有生命力、是否能夠推廣的關(guān)鍵，在產(chǎn)品化設(shè)計研制過程中，只注意功能的完善而忽視可靠性及抗干擾的設(shè)計，將導致產(chǎn)品不能穩(wěn)定運行而出現(xiàn)失誤、失去市場。智能脫扣器作為一個單片機應用系統(tǒng)，其可靠性與抗干擾性的設(shè)計對于整個系統(tǒng)有條不紊的正常工作來說是必不可少的，在這方面本設(shè)計作了如下設(shè)計。6.1電器可靠性設(shè)計在電器設(shè)計中，可靠性是對其重要要求之一，它可定義為“給定系統(tǒng)在規(guī)定的工作條件下和預定的時間內(nèi)持續(xù)完成規(guī)定功能的概率”。在特定的環(huán)境和給定的時間內(nèi)，系統(tǒng)是否能按照預定的方式運行，是評定可靠性的基本內(nèi)容。這里以單片機為控制核心的智能脫扣器，其可靠性設(shè)計從硬件和軟件兩個方面加以考慮。6.1.1硬件設(shè)計方面PIC單片機自身具有多項可靠性措施。單片機的外時鐘是高頻干擾源，對系統(tǒng)和外界均會產(chǎn)生高頻干擾。對于可靠性要求高的系統(tǒng)來說，在保證指令執(zhí)行速度不變的條件下，盡量降低單片機外時鐘的速度可以降低外時鐘的干擾。為此，在綜合考慮本設(shè)計的具體要求后，決定采用4MHz的外部晶振，這樣既能滿足設(shè)計要求有能最大限度的降低外部時鐘干擾。單片機的I/O口直接與外界相連，是引入干擾的直接途徑，因此I/O口抗干擾能力很大程度上決定了單片機的抗干擾能力。PIC單片機的I/O口采用了帶去毛刺功能(輸入口內(nèi)帶施密特觸發(fā)器或施密特觸發(fā)器和RC濾波交替使用的EFT技術(shù))的抗干擾技術(shù)，從而消除了直接干擾源。通常集成電路電源腳和地線引腳是分列在芯片的左下角和右上角的。這使得排版時電源噪聲穿過整個芯片。為降低來自電源的干擾，PIC單片機將電源腳和地線引腳排在相鄰的位置上，這樣就有有效的減少了來自電源的干擾。PIC單片機還具有時鐘監(jiān)測、低電壓復位、地址跟蹤監(jiān)測等功能。時鐘監(jiān)測即單片機自動監(jiān)測系統(tǒng)時鐘，一旦系統(tǒng)時鐘停振，自動產(chǎn)生系統(tǒng)復位信號以恢復系統(tǒng)時鐘:低電壓復位是單片機自動監(jiān)測電源電壓，當電源電壓低于某值時，產(chǎn)生復位信號，將系統(tǒng)復位:地址跟蹤監(jiān)測是指單片機檢測到指令計數(shù)器的地址為非法地址，如RAM或特殊功能寄存器地址時自動產(chǎn)生復位信號。這些功能從硬件方面有效的保證了PIC單片機可靠運行。6.1.2軟件設(shè)計方面可靠性設(shè)計是一項系統(tǒng)工程，單片機系統(tǒng)的可靠性必須從軟件、硬件以及結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面全面考慮。硬件系統(tǒng)的可靠性設(shè)計是單片機系統(tǒng)可靠性的根本，而軟件系統(tǒng)的可靠性設(shè)計起到抑制外來干擾的作用。在軟件設(shè)計方面，程序的可靠性來自程序設(shè)計的正確性，在這里選用的程序設(shè)計方法為模塊化程序設(shè)計，即將整個程序分為若干個獨立模塊，每個獨立模塊完成一個子任務，可單獨設(shè)計、調(diào)試和運行，成功后進行聯(lián)調(diào)，發(fā)現(xiàn)不足然后改進。這種思想非常符合系統(tǒng)總體設(shè)計思路，本設(shè)計在硬件的實現(xiàn)上就是劃分出功能塊，分別設(shè)計出電路，從而最終聯(lián)成一個整體，因此，我們選擇模塊化程序設(shè)計方法來實現(xiàn)軟件程序的編制有利于提高系統(tǒng)的可靠性。另外，本設(shè)計的軟件部分還采用了一些軟件系統(tǒng)的可靠性設(shè)計方法:開機自檢、軟件陷阱(進行程序“跑飛”檢測).設(shè)置程序運行狀態(tài)標記、輸出端口刷新、軟件“看門狗”等。通過軟件系統(tǒng)的可靠性設(shè)計，達到最大限度地降低干擾對系統(tǒng)工作的影響.確保單片機及時發(fā)現(xiàn)因干擾導致程序出現(xiàn)的錯誤，并使系統(tǒng)恢復到正常工作狀態(tài)或及時報警的目的。6.2電器抗干擾設(shè)計智能脫扣器在實際環(huán)境條件下工作時，不可避免地會收到一些不同的干擾影響，為了保證實際使用中系統(tǒng)的正常工作，需要在電路設(shè)計、試驗運行與調(diào)試中采取適當措施，由于產(chǎn)生干擾的原因十分復雜，比如說環(huán)境中的某些自然因素或人為作用會產(chǎn)生一些電磁能量而產(chǎn)生干擾，其傳播干擾的途徑也是多種多樣的。一般有以下幾種。(1)傳導耦合:干擾通過導線進入電路，稱為傳導耦合；(2)公共阻抗耦合:在設(shè)計中電路各部分之間經(jīng)常是共用電源與地線，這樣，電源與地線的阻抗就成了各部分之間的公共阻抗，當某部分的電流流過公共阻抗時，阻抗上的壓降就成了其他部分的干擾信號；(3)靜電耦合:在系統(tǒng)內(nèi)部，元件之間、導線之間、元件與導線之間等，都存在著分布電容，干擾很容易通過分布電容進行傳遞，這稱為靜電耦合；(4)電磁耦合:電磁耦合時通過電路之間的互感耦合的。在本設(shè)計中，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)合起來使用，可解決大部分干擾問題，在地線設(shè)計中我們所注意到的有以下幾方面：(1)單點接地與多點接地選擇任何導體都有阻抗，當其中流過電流時，導體中便會出現(xiàn)電壓梯度。對于兩個分開的接地點，電流越大，兩點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)，當在高頻時由于導線上的分布電感加人，電位差也就增大。一點接地又分為串聯(lián)一點接地合并聯(lián)一點接地兩種方式。串聯(lián)一點接地方式會導致各接地點電位不同，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宜;當電路在高頻時，地線阻抗中的感抗分量增大。欲減少感抗，就得縮短地線的長度，而采用一點接地方式往往連線太長。因此在高頻電路中多采用多點接地方式。綜合考慮本設(shè)計電路的具體情況，故采用一點接地。(2)數(shù)字、模擬電路分開當電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路時，將它們盡量分開，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，接地電位則隨著電流的變化而變化，致使單片機的定時信號電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞。因此，我們將地線加粗，使它能通過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)路在只有數(shù)字電路組成的印刷電路板接地時，根據(jù)實驗，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，因受到線條粗細限制，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一致，這樣將有助于增強抗噪聲的能力。在任一單片機應用系統(tǒng)設(shè)計中，靠預先消除所有故障來提高可靠性，這在實際上幾乎是不可能的，采用容錯自診斷是提高可靠性的重要方法，容錯法在運算中則允許故障發(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)計中采用多種冗余設(shè)計。所謂冗余，是指當系統(tǒng)故障時，取消這些部分，不會影響系統(tǒng)的正常運行。冗余設(shè)計通常包括軟件、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)備來保證系統(tǒng)可靠地工作，在本系統(tǒng)硬件設(shè)計中，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)級硬件冗余。指令冗余是指在關(guān)鍵地方人為地插入一些單字接指令NOP，或?qū)⒂行巫纸又噶钪貙?。在雙字節(jié)指令之后插入兩個單字節(jié)NOP指令，這可保證其后的指令不被拆散。因為“亂飛”的程序即使落到操作數(shù)上，由于兩個空操作指令NOP的存在，不會將其后的指令當操作數(shù)執(zhí)行，從而使程序納入正軌，對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，以提高對錯誤進行檢測以及對錯誤進行糾錯的能力。在本系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信中，選用奇偶校驗碼，這是一種常用的方法，這種常用的檢錯碼構(gòu)造很簡單，只有一個監(jiān)督位，但因其具有較強的檢錯能力，且易于實現(xiàn)，所以在數(shù)據(jù)傳送上以及輸入輸出設(shè)備中得到了廣泛的應用，其編碼方式是在每個數(shù)據(jù)位組之后附加一位校驗位，使每一幀字符信息中“1”的個數(shù)成為奇數(shù)或偶數(shù)，分別叫做奇校驗或偶校驗，接收端用一個模2加法器就可以很方便地完成檢錯工作。當“亂飛”的程序進入非程序區(qū)(如EPROM未使用的空間)或表格時，采用冗余指令使程序納入止軌條件便不滿足，此時可以設(shè)定軟件陷阱，攔截亂飛的程序，將其迅速引向一個指定位置，在那里有一段專門對程序運行出錯進行處理的程序。為此特別設(shè)置了若干軟件陷阱，軟件陷阱就是用引導指令強行將捕獲到的亂飛程序引向復位入口地址OOOOH,，在此處將程序轉(zhuǎn)向?qū)ｉT對程序出錯進行處理的程序，使程序納入正軌。軟件陷阱可以安排在未使用的中斷區(qū)、運行程序區(qū)和中斷程序服務區(qū)。(1)當未使用的中斷因干擾而開放時，在對應的中斷服務程序中設(shè)置軟件陷阱，就能及時撲捉到錯誤的中斷。(2)前面曾指出，亂飛的程序在用戶程序內(nèi)部跳轉(zhuǎn)時可用指令冗余技術(shù)加以解決，也可以設(shè)置一些軟件陷阱，更有效的抑制程序亂飛，使程序運行更加可靠。程序設(shè)計時常采用模塊化設(shè)計，按照程序的要求一個模塊、一個模塊的執(zhí)行?？梢詫⑾葳逯噶罱M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行。但當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)主程序運行區(qū)間為addressl-address2，并設(shè)定時器TO產(chǎn)生32ms定時中斷。當程序亂飛落入addressl-address2區(qū)間外，若在此程序區(qū)外發(fā)生了定時中斷，可在中斷服務程序中判定中斷斷點地址address。若address<address1或address>address2，說明發(fā)生了程序亂飛，則應使程序返回到復位入口地址0H，是亂飛的程序納入正軌。當單片機受到嚴重干擾而失控，引起程序亂飛時，也可能是程序陷入“死循環(huán)”。指令冗余技術(shù)和軟件陷阱技術(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)”。測控系統(tǒng)的應用程序往往采用循環(huán)運行方式，每一次循環(huán)的時間基本是固定的?！翱撮T狗”技術(shù)就是不斷監(jiān)視程序循環(huán)運行時間，若發(fā)現(xiàn)時間超過己知的循環(huán)設(shè)定時間，則認為系統(tǒng)陷入了“死循環(huán)，然后強迫程序返回到復位入Q地址OOOOH，在OOOOH處安排一段出錯處理程序，使系統(tǒng)運行納入正軌139,40,411系統(tǒng)經(jīng)過可靠性和抗干擾性設(shè)計后，性能得到了提高，在進行試驗調(diào)試時，其運行穩(wěn)定，能夠正常工作，完成預想的保護功能。結(jié)束語本論文對智能脫扣器功能的實現(xiàn)作了較為深入的研究，通過對國內(nèi)外低壓電器領(lǐng)域特別是脫扣器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的了解與分析發(fā)現(xiàn)，研制帶有微處理器的智能化、可通信小型電器勢在必行，據(jù)此我們設(shè)計研制了這種帶有通信功能的智能脫扣器，創(chuàng)新點是它不僅能夠完成傳統(tǒng)意義下電磁式脫扣器的功能，還可以使現(xiàn)場電器與上位機實現(xiàn)雙向通信功能，通過總線系統(tǒng)達到遙測、遙控的目的。經(jīng)過試驗與調(diào)試，各芯片工作運行正常，能夠可靠的完成預期的功能。本論文的研究非常符合國內(nèi)外低壓電器發(fā)展的趨勢，對以后進一步完善智能脫扣器的功能、更好地適應市場的需求具有現(xiàn)實的意義。此智能脫扣器可完成過流保護功能，設(shè)計的保護電流范圍為0-1000A，它具有以下特點:(1)微處理器采用國內(nèi)流行的性能價格比較高的PIC16C73芯片，其自帶A/D轉(zhuǎn)換器，省去了外圍的A/D轉(zhuǎn)換模塊;另外其他外圍電路也都采用高集成度芯片，使得設(shè)備整體體積大大減小。(2)由于采用了微處理器來控制脫扣器的動作時間，使得控制精度大為提高，并解決了傳統(tǒng)脫扣器存在的熱積累問題。(3)當出現(xiàn)短路情況時，脫扣器可瞬時動作。(4)為保證脫扣器可靠工作，在硬件設(shè)計中采取相應措施控制噪聲源、減少噪聲耦合和噪聲接收，在軟件設(shè)計中采用數(shù)字濾波、軟件陷阱、WATCHDOG等抗干擾措施，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。致謝本設(shè)計是在梁錦老師的悉心指導下完成的。在做此設(shè)計期間,梁老師給予我的諄諄教誨和悉心關(guān)懷，值此論文完成之際，謹向我的導師梁錦老師致以最衷心的感謝。梁老師嚴謹求實的治學作風、扎實勤勉的工作態(tài)度和誨人不倦的高尚品德，時刻激勵著我刻苦學習、認真完成畢業(yè)設(shè)計；梁老師對科學事業(yè)孜孜以求、廢寢忘食的崇高奉獻精神，將時刻鞭策著我在未來的人生旅途中奮發(fā)努力、積極進取。在整個大學學習過程中，我有幸得到了各任課老師的精心指導和熱情幫助，在此，也向他們表示誠摯的謝意。特別要感謝應用技術(shù)學院和電氣與信息工程系、電機電器教研室全體老師的悉心教導與培養(yǎng)。他們不但教給我扎實的專業(yè)知識，還教我做人、做事等方面的道理。最后，謹向在百忙之中抽出寶貴時間評審我論文的各位老師致以真摯的感謝。陸琳2010年6月參考文獻[1]周茂祥主編.低壓電器設(shè)計手冊.北京：機械工業(yè)出版社,1992，832