基于dsp和实时嵌入式系统的智能脱扣器设计

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1、浙江大学硕士学位论文第一阶段的脱扣器为电磁式脱扣器，其检测单元是铁心电流互感器，线性差，精度低，能耗大；其动作单元是热继电器，主要靠双金属片受热弯曲变形而发出脱扣信号，在整定值附近继电器不能准确可靠的动作。并且由于大电流和机械碰撞，双金属片容易产生永久变形使整定值发生变化；热继电器的动作特性会受到环境温度的影响，有很多难以克服的弊端。第二阶段是电子式脱扣器，它主要是通过阻容充放电调整动作时间；通过调整电位器来设定电流的整定值；脱扣信号则通过电压比较器来发出。电子式脱扣器相对电磁式脱扣器，在很大程度上提高了断路器的保护功能，但也存在很多不足：动作时间和电流整定值的调整范围有限，精度不

2、高；不具备监控，显示以及联网的功能。第三阶段就是智能型脱扣器，80年代末，由于计算机技术，微电子技术和网络通讯技术的飞速发展，脱扣器的功能越来越强大，可靠性越来越高，联网方面也发展迅速。以智能型脱扣器为主要控制单元的智能型断路器，具有许多传统断路器无法比拟的优点，表1-1列出几家主要公司推出的智能断路器的功能特点。表1．1国外智能断路器的主要功能和技术指标额定电流国别厂家型号分断能力(KA)功能(A)三段保护、接地、测量、50-100“40r)法国MGM系列800．3200试验、自诊断、能量监控、50-85(600V)信息传输、显示65—100(380v)三段保护、接地、试验、德国

3、西门子3WNl630．400050一80(660V)显示三段保护、接地、不平衡、Power65-loo(240v)美国GP800．4000试验、测量、通讯对话、Break42-85(600V)欠压、显示三段保护、接地、过载预35-85(240V)警、逆功率脱扣、欠压、日本寺崎AT630．620022·45(660v)试验、测量、自诊断、显示浙江大学硕士学位论文国内直到90年代中期才出现电子脱扣器，90年代末期才开始研制基于单片机的多功能脱扣器，可实现断路器的过流、短路等故障保护，但与国外相比还存在很大的差距。开发高性能的智能脱扣器是国内电器行业迫切需要实现的课题，在国内具有广阔的发

4、展前景和用户市场。§1．3本文主要工作通过分析国内现有智能脱扣器的特点，提出了基于DSP实时嵌入式系统的智能脱扣器的研究。该脱扣器硬件部分采用1rI的TMS320F2407数字信号处理器为CPU，具有强大的数据和信息处理能力，不仅能对大量的数字信号进行快速的运算，而且在谐波处理方面具有一般微处理器所没有的优势；在软件部分，以实时嵌入式操作系统灿C／OS—II作为整个软件系统的运行平台，具有很好的运行稳定性、可靠性和实时性。主要的设计工作可以分为智能脱扣器的原理图的设计，硬件线路版图(PCB)的设计及调试，实时嵌入式操作系统的移植，其它功能块的软件设计、调试及其程序的固化，最后是系统

5、的实验测试工作。§1．3．1智能脱扣器原理图设计图1—1智能脱扣器的原理框图浙江大学硕士学位论文智能脱扣器实现对断路器的智能控制，要求具有实时检测、参数整定、故障值存储、故障报警、试验脱扣、实时显示以及和上位机通讯的功能。根据这些需要完成的功能，绘制脱扣器的硬件原理图，选择所需的元件，设计硬件电路。本脱扣器由以下几个模块组成：信号采样模块，主要利用互感器把电网电流转化成小信号，进行预处理工作：模数转换模块，通过A／D转换器将采集来的模拟信号转化成CPU可以处理的数字信号：逻辑运算模块，利用TI公司的1MS320F2407对数字信号进行逻辑运算及处理，并发出控制信号；智能脱扣模块，该

6、模块包括脱扣的执行元件的动作以及自检和报警功能：入机交互模块，包括键盘的输入，电网参量的显示。如图1-1所示。§1．3．2硬件线路的设计及调试硬件线路的设计大都在整个系统设计的最初阶段，先根据原理图选择需要的元器件，然后在面包板上搭接各个功能电路，荐进行电路的调试，调试通过后再进行制板工作，避免硬件电路设计的返工，节省大量的元器件，缩短硬件开发的周期。在绘制电路板的时候，首先要确定印刷线路板的大小，并以此为根据，选定器件的封装模式，合理的安排布局和布线方式，减小元器件的高频干扰。§1．3．3操作系统的移植及软件设计线路板绘制好以后，就进入了实时嵌入式操作系统的移植工作。移植工作主要

7、是修改pC／0S—II当中几个和CPU相关的函数。软件的设计包括主函数的设计和一些用户任务的程序设计，用户任务的程序设计主要包括脱扣器保护功能模块设计，通讯模块设计，数据采样任务设计，FFT算法和其他一些计算任务的设计等等。结合实际的课题研究工作，本论文的各章节安排如下：在查阅国内外相关文献资料的基础上，第一章简要地介绍了课题项目的背景以及国内外的发展状况，并给出了课题研究工作的意义和目标。第二章介绍了智能脱扣器的设计原理，其包括电网参量的计算原理以及脱扣器实现断路器