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智能脱扣器的软硬件设计

来源:    作者:     发布时间:2015-04-07 12:41:20     点击数:

单片机对工频电流信号进行采样,每一周波(20模压电感器ms)可采集32个点,这样系统采样频率采用6MHz就不会出现失真。由于延时保护要求精度高,因此要先计算电流的有效值。计算电流有效值的方法较多,下面介绍一种较可靠的算法。由于实际信号中叠加有高频信号和非周期信号,为了真实有效地反映被测量信号的本质,有人提出了用FFT算法从测量数据中计算出线路?号的基波参数和高次谐波参数,由于信号基波分量占到总信号的95%以上,所以,计算出来的数据可以作为各种保护算法的依据。电流保护的前提是能否及时正确判断故障发生的时刻。FFT算法通过计算一个周波内基波分量的有效值是否大于门槛值来确定故扼流电感障情况,这样做可以完成判断任务,但是实时性不高。下面提出一种基于小波分析和FFT的改进算法,小波算法在采样过程中检测到可疑信号点后,由FFT算法进行有效值判断,如果没有超过门槛值,则可疑信号点无效,回到小波算法中继续寻找采样可疑点;如果有效值超过门槛值,则认为可疑点有效,根据保护条件输出相应信号。其算法的流程图如图1所示。

图1 数据处理流程图

瞬时保护是一种特殊的保护方式,它不需要对有效值进行比较,而是采用即采即比的方式,一旦发现某个采样点超过规定的门槛,立即让单片机系统发出脱扣信号。但是,由于脱扣器工作条件不定,不可避免受到外界干扰源的影响,导致脱扣器误动,为了减少误动的可能性,可以采取判别连续几个采样点是否都超过门槛值,如果都超过则认定故障发生,否则判别为外界干扰。采取这种方法提高了可靠性但是降低了时效性,至于连续判别几个采样点根据实际需要来定。

3 抗干扰的措施

影响智能脱扣器的干扰源有用电设备的浪涌电流,对讲机、手机等产生的射频辐射,智能脱扣器内部的开关电源和斩波释放电路等。这些干扰源的存在导致程序死掉,或电流电压等参数显示不准确导致故障状态判断错误,进而引起脱扣器误动作。为了减少干扰的影响,需要在硬件和软件上采取相应措施。

3.1 硬件抗干扰

采取的措施有:

1)合理布线,使数字电路地和模拟电路地共点地为悬浮工作方式,即系统各回路的基准电位互相连接在一起而不与大地相连,这样系统有较强的抗干扰能力;

2)模拟电路地和数字电路地分开接地,最后再汇合到一点,这是因为斩波泄放电路在启动工作后,出现很高的瞬态干扰,把逻辑地(主机)和模拟地(A/D)分开后,这一干扰就降到很低;

3)线路板和元器件表面喷绝缘层,是防潮和绝缘的需要,对防电磁干扰也有很重要的作用;在机壳内涂金属屏蔽层,形成等电位屏蔽,对电磁干扰也有很大的屏蔽作用;

4)在稳压电源、隔离变压器后侧安装滤波电路,能使火线与零线中的干扰电流得到衰减;

5)芯片的选择上,尽可能采用体积小的芯片封装,由于贴片封装比直插封装体积小、抗干扰能力强,因此选择贴片封装;

6)尽量减少外围电路,使电路板布线简单;

7)硬件电路应采用多级跟随器和高频滤波电路,以保证信号不失真。

3.2 软件抗干扰

软件上抗干扰的方法有以下几种。

1)为了防止装置受到干扰进入“死机”状态,在程序中加入一些监控措施利用看门狗(WATCHDOG)对程序进行死锁检测,在必要的时候自动复位;在未使用的中断向量区、空白程序区设置软件陷阱,强迫程序跑飞以后能够回到正常轨道上来;在必要的地方写入冗余指令,以调整指令长度,防止程序混乱。

2)对采样信号进行数塑封电感器字滤波首先对每一个采样点进行判别,让其与相邻值、前次值以及增值最大值比较,根据对称检测法、限幅检测法来判断是否为干扰信号;对最近采样的点进行FFT计算得到的数据与前几次电感生产厂家的数据求平均值,舍去“异类”。

3)软件“WATCHDOG”技术系统运行时受到外界干扰的时候,程序会偏离正常轨道从而引起一系列问题,出现模压电感死循环,系统无法回到正常状态。软件看门狗技术特点是:系统正常运行程序中,每隔一段固定时间就要对“WATCHDOG”进行“喂狗”操作,在规定时间内如果检测到“喂狗”操作,表明系统运行正常,否则认为系统出错,自动发出复位信号。本项目采用的CYGNAL51芯片内部自带看门狗,这就减少了项目开发人员的工作量。 1

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