0 引言

智能電網(wǎng)的發(fā)展，對(duì)低壓電器的智能化提出了較高的要求，目前國內(nèi)使用較多的小型斷路器的智能化穩(wěn)定性不夠,，在于其體積較小,，將信號(hào)采集電路、動(dòng)作執(zhí)行和智能脫扣器都安裝在本體內(nèi),，開關(guān)內(nèi)的強(qiáng)電場產(chǎn)生的電磁干擾和高溫,，使得斷路器可靠性降低。本文介紹的智能控制器脫離于斷路器本體,，并且能夠連接多個(gè)斷路器,，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)斷路器的監(jiān)控。

1 控制器的總體結(jié)構(gòu)

群組智能控制器的核心采用DSP TMS320F2812芯片,，輔以CPLD EPM3128芯片來實(shí)現(xiàn)鍵盤和液晶的時(shí)序邏輯,，減少擴(kuò)展芯片帶來的體積問題，外圍電路主要包括信號(hào)調(diào)理電路和脫扣控制電路等,。為適應(yīng)智能電網(wǎng)的無線通信,，在智能控制器中添加GPRS模塊，使得斷路器能夠更好地融入到智能電網(wǎng)中,。

2 控制器的硬件設(shè)計(jì)

所采集的多個(gè)斷路器的電壓,、電流等信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)理后送入DSP處理器,，經(jīng)過信號(hào)的變換,、運(yùn)算和判斷等處理，斷路器有故障時(shí)通過脫扣電路實(shí)現(xiàn)脫扣,。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。



2．1 信號(hào)調(diào)理電路模塊設(shè)計(jì)

信號(hào)調(diào)理模塊的主要功能，一是低通濾波,，濾除高頻噪聲,；二是信號(hào)放大，由于檢測電流范圍較大,，為適應(yīng)較大的動(dòng)態(tài)范圍,，提高A／D采樣分辨率，使變換后的數(shù)字信號(hào)盡可能準(zhǔn)確反映模擬信號(hào)的大小,，設(shè)計(jì)了兩路放大環(huán)節(jié),。一路有較大的放大倍數(shù)，放大小電流時(shí)的信號(hào),；另一路放大倍數(shù)較小,，進(jìn)行大電流時(shí)的信號(hào)放大。因?yàn)锳／D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入范圍有限,，為防止大電流信號(hào)時(shí)產(chǎn)生過高的輸入電壓,，對(duì)檢測電路和A／D轉(zhuǎn)換器造成損壞,，設(shè)計(jì)了電平限幅保護(hù)電路。

圖2為每一相大電流信號(hào)濾波,、平移,、放大和限幅電路。由于A／D轉(zhuǎn)換器輸入電壓范圍為0～3 V,；而輸入信號(hào)是直流偏移電平為0 V的交變正弦波,，所以設(shè)計(jì)電平偏移電路抬高電流信號(hào)。低通濾波和信號(hào)放大由兩級(jí)運(yùn)放組成,。

2．2 脫扣電路模塊設(shè)計(jì)

脫扣電路分為數(shù)字脫扣與模擬脫扣數(shù)字脫扣電路較為簡單,，DSP通過I／O口輸出脫扣信號(hào)，經(jīng)過光耦隔離放大驅(qū)動(dòng)磁通線圈,。模擬脫扣電路采用比較器電平鑒幅電路實(shí)現(xiàn),，每一相電流采用兩個(gè)比較器來完成，當(dāng)微處理器沒有發(fā)出脫扣信號(hào)且電流信號(hào)的幅值在參考基準(zhǔn)電壓范圍內(nèi),，則比較器并聯(lián)輸出一高電平,，否則為低電平。低電平信號(hào)通過脈寬檢測電路,，進(jìn)行抗干擾處理,。如果低脈沖維持一定的寬度則單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被觸發(fā)，同時(shí)輸出一定寬度的脈沖通過驅(qū)動(dòng)電路使磁通變換器打開,，從而分?jǐn)鄶嗦菲?。模擬脫扣電路如圖3所示。

比較器電平鑒幅電路在實(shí)際應(yīng)用中,，由于干擾的存在,，比較器的輸出會(huì)出現(xiàn)一些不必要的窄脈沖，因此設(shè)計(jì)了脈寬檢測電路用于濾除干擾尖峰引起誤觸發(fā)脫扣動(dòng)作,。在設(shè)計(jì)時(shí),，當(dāng)輸入脈沖寬度大于1ms時(shí)，輸出32．9ms的脫扣信號(hào),；當(dāng)小于1ms時(shí),，不輸出脫扣信號(hào)。

模擬脫扣電路在實(shí)際應(yīng)用中,，上電初期的短路電流只在100 ms內(nèi)起作用,，其后即在DSP初始化完畢開始正常運(yùn)行，模擬脫扣電路則進(jìn)行特大短路電流的判斷,，兩種不同情況,，其電流定值不同。因此設(shè)計(jì)了可切換參考基準(zhǔn)電壓,，即MCR分?jǐn)嘟油娐?。MCR分?jǐn)嘟油娐吩谏想姵跗?，C408兩端電壓較低，通過比較器輸出高電平,，使得T401飽和導(dǎo)通,，因此參考基準(zhǔn)電壓降低,，即模擬脫扣動(dòng)作值較低,，出現(xiàn)短路故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)MCR脫扣,。上電穩(wěn)定后,，C408兩端電壓升高，通過比較器輸出低電平,，使得T401截止,，此時(shí)參考基準(zhǔn)電壓較高，在出現(xiàn)特大短路電流時(shí),，實(shí)現(xiàn)模擬脫扣,，MCR脫扣電路如圖4所示。

2．3 GPRS通信模塊與DSP硬件接口設(shè)計(jì)

GPRS通信模塊采用SIEMENS公司的MC55GPRS模塊,，軟件原理圖如圖5所示,。DSP芯片F(xiàn)2812通過外部總線接口XINTF擴(kuò)展了一塊帶雙異步串口(UART)的TL16C752B芯片，和MC55 GPRS模塊相連,。DSP芯片主要實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)所需的協(xié)議以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集,、中心主站的命令的解析；GPRS模塊則完成無線通信功能,。


3 控制器軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要完成信號(hào)采樣,，脫扣算法，通信處理和按鍵顯示等功能,?？刂破鞯能浖O(shè)計(jì)采用匯編語言和C語言混合編程的方法進(jìn)行程序結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以確保實(shí)時(shí)性,。程序具有模塊化和子程序化的特點(diǎn),，同時(shí)在程序設(shè)計(jì)中加入了抗干擾處理。主程序流程圖如圖6所示,。


4 結(jié)語

本文詳細(xì)敘述了智能控制器系統(tǒng)各組成部分的設(shè)計(jì)過程,，并給出了具體的電路圖。通過軟件與硬件系統(tǒng)測試表明,，該智能控制器能夠較好地完成信號(hào)采集,、無線通信和線路通斷控制功能。在后續(xù)的研究中,，可采用嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ作為系統(tǒng)軟件平臺(tái),，實(shí)現(xiàn)μC／OS-Ⅱ在F2812上的移植,。