電源SPD在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件優(yōu)化設(shè)計(jì) 2

1、分類號(hào)：分類號(hào)：TP216TP216U U D D C C：D10621-408-(2010)0538-0D10621-408-(2010)0538-0密密 級(jí)：公級(jí)：公 開開編編 號(hào)：號(hào)：20060211472006021147成成 都都 信信 息息 工工 程程 學(xué)學(xué) 院院學(xué)學(xué) 位位 論論 文文電源電源 SPDSPD 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件優(yōu)化設(shè)計(jì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件優(yōu)化設(shè)計(jì)獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得成都信息工程學(xué)院或其它教育機(jī)構(gòu)的

2、學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。簽名： 日期： 年 月 日關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本學(xué)位論文作者完全了解成都信息工程學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)成都信息工程學(xué)院可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）簽名： 日期： 年 月 日電源電源 SPDSPD 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件優(yōu)化設(shè)計(jì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件優(yōu)化設(shè)計(jì)摘摘 要要雷電災(zāi)害頻繁發(fā)生，造成不計(jì)

3、其數(shù)的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。其中由輸電線路引入的直擊雷、感應(yīng)雷造成的災(zāi)害尤為突出。電源 SPD（電涌保護(hù)器）作為降低此類災(zāi)害不可或缺的裝置，具有非常重要的意義。電源 SPD 在使用中，會(huì)不可避免的產(chǎn)生老化，或者其它異常原因?qū)е聼崦摽谘b置脫扣，是電源 SPD 不能正常工作，需要及時(shí)更換。由于電源 SPD 的老化是不可預(yù)測(cè)，隨時(shí)可能發(fā)生的，因此，在線監(jiān)測(cè)、預(yù)警就顯得尤為重要了。公司先前設(shè)計(jì)的一款電源 SPD 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在測(cè)試試用過程中發(fā)現(xiàn)的諸多缺陷，將在新版本的檢測(cè)系統(tǒng)中得到改進(jìn)。分析結(jié)果表明，先前版本的系統(tǒng)硬件溫度傳感器電路穩(wěn)定性差，一致性差，需要對(duì)溫度傳感器電路進(jìn)行改進(jìn)。另外脫扣監(jiān)測(cè)電路的接

4、口設(shè)計(jì)有缺陷，不能判斷是哪一路SPD 發(fā)生脫扣，這也需要在新版本系統(tǒng)中進(jìn)行改進(jìn)。新版本硬件系統(tǒng)經(jīng)過測(cè)試，修正了舊版本的缺陷，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：雷電災(zāi)害；電源 SPD；在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)Power SPD online Monitoring system hardware improvementAbstractsFrequent lightning, causing numerous casualties and property losses,which by the introduction of the thunderstorm for transmission line

5、s, lightning caused the disaster is particularly serious. PowerSPD, as a necessary protective equipment for lightning., has very important significance. Power SPD in use, will inevitably produce aging, or other unusual causes release heat blurting out device, so that the power SPD does not work, the

6、 need for timely replacement. As the SPDs aging power supply can not be predicted at any time possible, therefore, online monitoring, early warning is especially important. The previous design a power SPD online monitoring system, During testing, we found that many defects, In the new version of the

7、 detection system will be improved. The results show that, Previous versions of the system hardware temperature sensors poor stability, consistency is poor, the temperature sensors need to be improved. Trip circuit monitoring interface design flaws, We can not judge which way SPD have the tripping,

8、this needs to be improved in the new version. The new version of the hardware system has been tested, modified the old version of the defects, to meet the design requirements.Keywords: Lighting; PowerSPD; Online monitoring; Optimization目目 錄錄論文總頁(yè)數(shù)：281 引言.11.1 電源 SPD 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件優(yōu)化項(xiàng)目背景.11.2 本課題的研究方法.11.3

9、改進(jìn)電源 SPD 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的意義.11.4 本文的主要任務(wù)及結(jié)構(gòu).22 對(duì)老版本系統(tǒng)進(jìn)行缺陷評(píng)估.22.1 對(duì)溫度采集模塊的評(píng)估.22.2 對(duì)脫扣信號(hào)采集模塊的評(píng)估.43 對(duì)缺陷模塊的改進(jìn).63.1 提出并論證改進(jìn)方案.63.1.1 對(duì)于溫度采集模塊的改進(jìn).63.1.2 脫扣信號(hào)采集模塊的改進(jìn).73.2 實(shí)現(xiàn)改進(jìn)方案.83.2.1 溫度采集模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)的硬件實(shí)現(xiàn).83.2.2 脫扣信號(hào)檢測(cè)模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn).104 系統(tǒng)總體描述.134.1 系統(tǒng)功能圖.134.2 系統(tǒng)工作流程.144.3 MSP430F149 外圍電路設(shè)計(jì)及 I/O 分配.154.4 運(yùn)算放大電路.164.4.1 Pt1

10、00 的特性.164.4.2 LM358 功能特性.175 測(cè)試結(jié)果.185.1 移位寄存器硬件驅(qū)動(dòng)程序測(cè)試及結(jié)果.185.2 整機(jī)硬件測(cè)試及結(jié)果.186 結(jié)論.19參考文獻(xiàn).21致 謝.22附 錄.2301 引言引言1.1 電源電源 SPD 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件優(yōu)化項(xiàng)目背景在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件優(yōu)化項(xiàng)目背景隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展及自動(dòng)化水平的提高，電力系統(tǒng)高壓設(shè)備的檢修手段也在逐步改進(jìn)，狀態(tài)維修是未來電力系統(tǒng)設(shè)備檢修技術(shù)發(fā)展的必然方向。狀態(tài)維修的依據(jù)是在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)參數(shù)。而防雷設(shè)備是電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一，于是電源 SPD 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)就顯得迫切了。之前設(shè)計(jì)的一個(gè)電源 SPD 在線

11、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在交付測(cè)試之后，發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)存在的缺陷可能使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定甚至崩潰。因此，必須對(duì)舊系統(tǒng)進(jìn)行必要的改進(jìn)，使之能正常工作。1.2 本課題的研究方法本課題的研究方法本設(shè)計(jì)提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、能實(shí)時(shí)了解防雷器件工作狀況，并實(shí)時(shí)上傳到主控操作界面供電線路防雷擊在線檢測(cè)系統(tǒng)。包括 SPD 狀態(tài)采樣電路、微控制器、信號(hào)集中器和主控微機(jī)。其特征在于微控制器、信號(hào)集中器實(shí)現(xiàn)模塊化，可自由添加或減少監(jiān)控的電源 SPD 數(shù)量。本設(shè)計(jì)在評(píng)估了舊系統(tǒng)存在的缺陷之后，提出并實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)方案。其中重點(diǎn)則在于評(píng)估舊系統(tǒng)所存在的缺陷以及其產(chǎn)生原因，這樣才能更好的提出解決方案，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。1.3 改進(jìn)電源改進(jìn)電

12、源 SPD 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的意義在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的意義隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展及自動(dòng)化水平的提高，電力系統(tǒng)高壓設(shè)備的檢修手段也在逐步改進(jìn)，狀態(tài)維修是未來電力系統(tǒng)設(shè)備檢修技術(shù)發(fā)展的必然方向。本設(shè)計(jì)就是針對(duì)現(xiàn)有的電源 SPD 檢修設(shè)備簡(jiǎn)陋、人工檢修設(shè)備工作量大的現(xiàn)狀，在 SPD上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)獲取避雷器設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，免去了以人工方式檢修電力設(shè)備的大量工作和潛在的危險(xiǎn)，使電力設(shè)備維護(hù)起來更加科學(xué)更加方便快捷，工人的工作環(huán)境，人身安全的以保障。原先設(shè)計(jì)的電源 SPD 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在交付測(cè)試之后，發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)存在的缺陷可能使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定甚至崩潰，所以提出了電源 SPD 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)1任務(wù)

13、。電源 SPD 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，將評(píng)估舊系統(tǒng)的缺陷和原因，提出并實(shí)現(xiàn)改進(jìn)方案，使系統(tǒng)更加完善，有效的發(fā)揮功能。1.4 本文的主要任務(wù)及結(jié)構(gòu)本文的主要任務(wù)及結(jié)構(gòu)本論文完成的任務(wù)是改進(jìn)一個(gè)電源避雷器的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中，將對(duì)原來系統(tǒng)的缺陷進(jìn)行評(píng)估，并提出解決方案，實(shí)現(xiàn)改進(jìn)。論文在總體結(jié)構(gòu)上分為5 章。第 1 章引言，介紹 SPD 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用背景及其意義。以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的提出和對(duì)于優(yōu)化設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)。第 2 章將對(duì)舊系統(tǒng)存在缺陷的模塊進(jìn)行評(píng)估，分析缺陷存在的原因。重點(diǎn)評(píng)估了溫度采集電路和脫扣信號(hào)處理電路所存在的缺陷。第 3 章提出改進(jìn)方案，并論證方案，實(shí)現(xiàn)方案。本章提供了詳細(xì)的原理論證

14、，原理圖設(shè)計(jì)過程。第 4 章，系統(tǒng)整體描述，本章主要介紹在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能和工作流程，建立了系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖，以及各個(gè)重要功能模塊的運(yùn)用、結(jié)構(gòu)和功能。第 5 章，是系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果。第 6 章結(jié)論，對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)該課題的前景進(jìn)行展望。還包括通過本設(shè)計(jì)所積累的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)。2 對(duì)老版本系統(tǒng)進(jìn)行缺陷評(píng)估對(duì)老版本系統(tǒng)進(jìn)行缺陷評(píng)估2.1 對(duì)溫度采集模塊的評(píng)估對(duì)溫度采集模塊的評(píng)估在舊系統(tǒng)中，使用鉑電阻作為溫度傳感器。鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器，由于其測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等，被廣泛用于中溫(-200650)范圍的溫度測(cè)量中。舊系統(tǒng)中采用恒流源驅(qū)

15、動(dòng)鉑電阻電路作為信號(hào)采集電路和處理電路對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采集。在測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)以下幾點(diǎn)問題：2鉑電阻不能反應(yīng) SPD 脫扣點(diǎn)的實(shí)際溫度。溫度傳感器的溫度識(shí)別不夠精準(zhǔn)確，溫度傳感器上反映出來的溫度偏低。測(cè)得鉑電阻兩端的電壓值跳動(dòng)很頻繁，電路造成的波動(dòng)大。信號(hào)處理電路不夠精確，出現(xiàn)很大誤差，導(dǎo)致計(jì)算出的溫度與實(shí)際溫度產(chǎn)生很大出入。分析之后得知，這個(gè)電路使用電流源方式驅(qū)動(dòng)鉑電阻獲得溫度信號(hào)，如圖2.1 所示。而這個(gè)電路本身的干擾因素非常多，所以導(dǎo)致了以上問題的出現(xiàn)。測(cè)溫原理：通過運(yùn)放 U1A 將基準(zhǔn)電壓 4.096V 轉(zhuǎn)換為恒流源，電流流過 Pt100 時(shí)在其上產(chǎn)生壓降，再通過運(yùn)放 U1B 將該微弱壓降信

16、號(hào)放大（圖中放大倍數(shù)為 10） ，即輸出期望的電壓信號(hào)，該信號(hào)可直接連 AD 轉(zhuǎn)換芯片。 根據(jù)虛地概念“工作于線性范圍內(nèi)的理想運(yùn)放的兩個(gè)輸入端同電位” ，運(yùn)放 U1A 的“+”端和“-”端電位 V+V-4.096V；假設(shè)運(yùn)放 U1A 的輸出腳 1對(duì)地電壓為 Vo，根據(jù)虛斷概念， （0-V-）/R1+（Vo -V-）/RPt1000，因此電阻Pt100 上的壓降 VPt100Vo -V-V-*RPt100/R1，因 V-和 R1 均不變，因此圖 3 虛線框內(nèi)的電路等效為一個(gè)恒流源流過一個(gè) Pt100 電阻，電流大小為 V- /R1，Pt100 上的壓降僅和其自身變化的電阻值有關(guān)。在分析了電路和硬

17、件結(jié)構(gòu)之后，我們得出了以下結(jié)論，來解釋就系統(tǒng)中溫度采集模塊出現(xiàn)的問題：鉑電阻 PT100 的溫度覆蓋范圍必須達(dá)到 70%以上，才能正確的反映被測(cè)點(diǎn)的溫度信息，否則不能根據(jù)廠家提供的查表值獲得實(shí)際溫度信息。而在舊系統(tǒng)中，圖 2.1 舊系統(tǒng)中的恒流源 PT100 溫度傳感器電路3溫度點(diǎn)覆蓋鉑電阻遠(yuǎn)達(dá)不到 70%，所以根據(jù)查表得到的溫度值比實(shí)際溫度偏低。電流源穩(wěn)定性很差，且很容易受干擾，所以造成了采樣得到的電壓值不斷波動(dòng)，計(jì)算出的溫度值不斷波動(dòng)，亂跳。信號(hào)處理電路不夠精確，主要原因是關(guān)鍵的幾個(gè)電阻精度不高，造成信號(hào)處理電路誤差大，且每個(gè)信號(hào)處理電路之間的一致性差。2.2 對(duì)脫扣信號(hào)采集模塊的評(píng)估對(duì)脫

18、扣信號(hào)采集模塊的評(píng)估圖 2.2-1 是脫扣信號(hào)采樣電路，該電路工作穩(wěn)定可靠。當(dāng)脫扣發(fā)生時(shí)，采樣電路掉電，后續(xù)電路可以從 J3 得到一個(gè)低電平信號(hào)，從而表征電源 SPD 脫口裝置的工作狀態(tài)。這個(gè)電路的原理是：當(dāng)脫扣未發(fā)生時(shí)，電路通過阻容變壓獲得電源，向光電耦合器的輸入端提供一個(gè)有效的輸入，點(diǎn)亮輸入端的發(fā)光管，使光電耦合器輸出高電平。當(dāng)脫扣發(fā)生時(shí)，該電路不能通過阻容降壓獲得電源，光電耦合器沒有輸入，那么其輸出端的光電接收管不能導(dǎo)通，不能輸出有效的高電平。舊系統(tǒng)中的脫扣信號(hào)采集不穩(wěn)定，不是這個(gè)采集電路的缺陷。而是光電耦合器的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)失誤。圖 2.2-1 脫扣信號(hào)采樣電路4圖 2.2-2 舊系統(tǒng)中

19、的脫扣信號(hào)運(yùn)算電路圖 2.2-2 是脫扣狀態(tài)采集電路的后續(xù)電路，用來對(duì)脫扣信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，方便單片機(jī)讀取。圖 2.2.1 的 J3 輸出的信號(hào)經(jīng)過光耦隔離，通過或非門送出到單片機(jī)。測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)問題：當(dāng) SPD 脫扣點(diǎn)脫扣時(shí)，測(cè)得的數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。74LS20 輸出高電平是 5V，高于 430 單片機(jī) I/O 口電平，430 單片機(jī) I/O口有被損壞的可能。這樣的電路只能判斷某一組 SPD（包含四路電源 SPD）發(fā)生了脫扣，而不能確定是哪一路電源 SPD，是的維修不方便。經(jīng)過分析，舊系統(tǒng)中的脫扣信號(hào)采集不穩(wěn)定，不是脫扣信號(hào)采集電路的缺陷。而是光電耦合器的輸出電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)失誤。產(chǎn)生以上缺陷的原因

20、在于電路不正確和器件選型錯(cuò)誤：在 SPD 脫扣點(diǎn)脫扣時(shí)，光耦輸出值不確定，也就是 74LS20 管腳上的電平不確定，導(dǎo)致后面的測(cè)試都不準(zhǔn)確。要解決這個(gè)問題，必須使脫扣信號(hào)處理電路在脫扣發(fā)生時(shí)，獲得一個(gè)穩(wěn)定、可靠的低電平信號(hào)。74LS20 是 5V、TTL 電平的數(shù)字芯片，與 430 單片機(jī) I/O 口電平不兼容，應(yīng)該選用兼容 3.3V 電平的數(shù)字芯片代替 74LS20。74HC 系列是很好的選擇。74HC 是 CMOS 電路，CMOS 電路是 MOS 電路中的主導(dǎo)產(chǎn)品。由于使用了或門，導(dǎo)致邏輯算法得到的狀態(tài)值只能判斷某一組 SPD（包含四路電源 SPD）發(fā)生了脫扣，而不能確定是哪一路電源 SP

21、D，必須換一種信號(hào)處理方式，對(duì)單路電源 SPD 脫扣信號(hào)進(jìn)行判斷。53 對(duì)缺陷模塊的改進(jìn)對(duì)缺陷模塊的改進(jìn)3.1 提出并論證改進(jìn)方案提出并論證改進(jìn)方案3.1.1 對(duì)于溫度采集模塊的改進(jìn)對(duì)于溫度采集模塊的改進(jìn)對(duì)于溫度采集模塊的缺陷，有以下幾個(gè)方案可以使其性能得到改進(jìn)：對(duì)鉑電阻溫度點(diǎn)覆蓋范圍問題，一個(gè)方案是增加其溫度點(diǎn)覆蓋，第二個(gè)方案是重新訂正一個(gè)電阻值溫度對(duì)應(yīng)表，使用軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正。通過對(duì)電源 SPD 脫扣點(diǎn)的觀察發(fā)現(xiàn)，脫扣點(diǎn)面積相對(duì)于舊系統(tǒng)中的鉑電阻來說，是很小的。如果要增加鉑電阻的溫度覆蓋面積，只有使用一個(gè)導(dǎo)熱套管增加溫度點(diǎn)面積或者使用體積更小的鉑電阻溫度傳感器。在試驗(yàn)了幾種材料，比如導(dǎo)熱

22、硅脂，導(dǎo)熱硅膠等材料的導(dǎo)熱套管之后，發(fā)現(xiàn)還是沒有達(dá)到預(yù)期的效果，較好的材料都是金屬材料，但是由于電源 SPD 結(jié)構(gòu)緊湊，加入金屬導(dǎo)體之后，可能產(chǎn)生不可預(yù)期的不良后果，所以這個(gè)方案被迫放棄。小體積的鉑電阻傳感器，一般都是精度高，反應(yīng)快的高性能傳感器，如果使用在本設(shè)計(jì)中，會(huì)為不需要的指標(biāo)支付大量額外的成本，因此在這個(gè)方案在經(jīng)過討論之后，也被放棄了。而使用軟件進(jìn)行修正，則可以得到在設(shè)計(jì)精度范圍內(nèi)，比較準(zhǔn)確的溫度值，改進(jìn)方便、成本低，并且不會(huì)對(duì)電源 SPD 結(jié)構(gòu)造成不良影響。因此，在溫度傳感器覆蓋范圍的缺陷上，在設(shè)計(jì)中放棄了修改硬件獲得性能提升，轉(zhuǎn)而使用軟件修正結(jié)果，得到誤差范圍內(nèi)的結(jié)果。為了改善電路

23、的穩(wěn)定性，可以采用更加精確、穩(wěn)定的恒流源，也可以采用橋式電路進(jìn)行信號(hào)采集。PT100 溫度傳感器的恒流源電流很小，在幾個(gè)毫安左右。這樣微小的電流很容易受到干擾，造成的采樣誤差非常大。并且一般的恒流源很難做到精確、穩(wěn)定，給軟件計(jì)算和修正造成非常大的困難。如果要在設(shè)計(jì)中采用更加精確、穩(wěn)定的恒流源，其技術(shù)難度和成本是設(shè)計(jì)無法接受的。所以，最終決定使用雙線制橋式電路代替恒流源電路，改善 PT100 溫度傳感器電路效果，達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。橋式電路分三線制和兩線制，設(shè)計(jì)中，考慮設(shè)計(jì)的要求和電路的復(fù)雜度，選用兩線制橋式電路。兩線制橋式測(cè)溫電路的典型應(yīng)用電路如圖 4 所示。6圖 3.1.1 兩線制鉑電阻溫度傳感

24、器橋式驅(qū)動(dòng)電路測(cè)溫原理：如圖 4 所示，電路采用 TL431 和電位器 VR1 調(diào)節(jié)產(chǎn)生 4.096V 的參考電源；采用 R1、R2、VR2、Pt100 構(gòu)成測(cè)量電橋（其中 R1R2，VR2 為100 精密電阻） ，當(dāng) Pt100 的電阻值和 VR2 的電阻值不相等時(shí)，電橋輸出一個(gè)mV 級(jí)的壓差信號(hào)，這個(gè)壓差信號(hào)經(jīng)過運(yùn)放 LM324 放大后輸出期望大小的電壓信號(hào)，該信號(hào)可直接連 AD 轉(zhuǎn)換芯片。差動(dòng)放大電路中 R3R4、 R5R6、放大倍數(shù)R5/R3，運(yùn)算放大器采用單一 5V 供電。對(duì)信號(hào)處理電路，我們可以在電路里使用精度更高，性能更好的電阻，減少系統(tǒng)誤差。將控制轉(zhuǎn)換精度的反饋網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電阻，由

25、原來的 5%精度電阻換成 1%精度電阻。這樣就可以獲得精度更高，性能更好的信號(hào)處理電路，提高整個(gè)溫度采集模塊的采集效果。3.1.2 脫扣信號(hào)采集模塊的改進(jìn)脫扣信號(hào)采集模塊的改進(jìn)脫扣信號(hào)采集模塊的改進(jìn)，有以下幾個(gè)方案可以使其性能得到改進(jìn)：在光耦輸出端添加下拉電阻，是的光耦輸出的脫扣信號(hào)更加穩(wěn)定可靠。完整、正確的數(shù)字光耦隔離電路，輸出端都有一個(gè)下拉電阻，這里是舊系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)錯(cuò)誤。加上下拉電阻，才能是光耦輸入端為低電平或者無輸入的情況下，獲得可靠的低電平信號(hào)。74LS 系列是 5V 的 TTL 數(shù)字集成電路，和 430 單片機(jī) I/O 口數(shù)字電平不兼容。在設(shè)計(jì)中應(yīng)該選用 74HC 系列的數(shù)字芯片

26、，并且用 3.3V 電源為芯片供電，使之與 TTL74HC 系列數(shù)字集成電路是 CMOS 電路，CMOS 電路是 MOS 電路中的主導(dǎo)7產(chǎn)品。CMOS 電路沿著 4000A-4000B/4500B（統(tǒng)一稱為 4000B）-74HC-74HCT系列高速發(fā)展。 HCT 系列還同 TTL 電平兼容，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。TTL 工作電壓范圍為 5V 正負(fù)左右。CMOS 為 3-18V 左右?？梢詫⒚恳宦?SPD 脫扣信號(hào)單獨(dú)輸入單片機(jī)，據(jù)此判斷具體是哪一路電源SPD 發(fā)生脫扣。也可以使用單片機(jī)擴(kuò)展芯片，提高 I/O 口只用效率。每一路 SPD 脫扣信號(hào)單獨(dú)輸入單片機(jī) I/O 口，這將占用單片機(jī)本來就少的I

27、/O 口資源，I/O 口使用效率極低，這個(gè)方案不可取。因此設(shè)計(jì)中采用 74HC165 八位移位寄存器(并行輸入，互補(bǔ)串行輸出)，將每一路電源 SPD 的脫扣狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換成同步串行信號(hào)輸入單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)得到的串行數(shù)據(jù)，就能判斷具體是哪一路電源 SPD 發(fā)生脫扣，方便維修。這里只能使用兼容 3.3V 電平的數(shù)字芯片，不能使用像 74LS 系列，不兼容 3.3V 電平的數(shù)字芯片。3.2 實(shí)現(xiàn)改進(jìn)方案實(shí)現(xiàn)改進(jìn)方案3.2.1 溫度采集模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)的硬件實(shí)現(xiàn)溫度采集模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)的硬件實(shí)現(xiàn)鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器，由于其測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好

28、等，被廣泛用于中溫(-200650)范圍的溫度測(cè)量中。 PT100 是一種廣泛應(yīng)用的測(cè)溫元件，在-50 600 范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無可比擬的優(yōu)勢(shì)，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等。由于鉑電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，所以需要進(jìn)行非線性校正。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將 Pt 電阻的電阻值和溫度對(duì)應(yīng)起來后存入 EEPROM 中，根據(jù)電路中實(shí)測(cè)的 AD 值以查表方式計(jì)算相應(yīng)溫度值。常用的 Pt 電阻接法有三線制和兩線制，其中三線制接法的優(yōu)點(diǎn)是將 PT100 的兩側(cè)相等的

29、的導(dǎo)線長(zhǎng)度分別加在兩側(cè)的橋臂上，使得導(dǎo)線電阻得以消除。常用的采樣電路有兩種：一為橋式測(cè)溫電路，一為恒流源式測(cè)溫電路。橋式電路又分為三線制橋式測(cè)溫電路，以及兩線制橋式測(cè)溫電路。計(jì)過程中應(yīng)注意事項(xiàng)進(jìn)行說明在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，溫度采集模塊使用 PT100 鉑電阻作為傳感器，如圖 5 所示，優(yōu)化設(shè)計(jì)中，使用雙線制橋式電路作為采集電路。8圖 3.2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)中的 PT100 溫度傳感器橋式電路溫度信號(hào)從 PT100 溫度傳感器出來后，經(jīng)過 LM358 放大 18 倍后送入單片機(jī)ADC 接口1。在和 PT100 溫度傳感器對(duì)應(yīng)的橋臂，加入一個(gè) 100 的可調(diào)電阻，方便對(duì)每個(gè)溫度傳感器電路進(jìn)行校正。試驗(yàn)后得知

30、，橋式電路驅(qū)動(dòng) PT100 溫度傳感器，電路穩(wěn)定，精度高，可靠性高。上圖中的 Rf2 和 Rf18 均使用 1%精度的電阻，使放大器放大倍數(shù)更加精確，每一個(gè)溫度采集模塊的一致性更好。PT100 鉑熱電阻一端輸出的電壓很小，如果直接與 A/ D 轉(zhuǎn)換器相連接，則轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)誤差較大；所以本設(shè)計(jì)中將 PT100 鉑熱電阻一端輸出的電壓放大 18 倍后，再進(jìn)行 A/ D 轉(zhuǎn)換，這樣就能得到較好的采樣效果。傳感器 PT100 使用可靠的橋式電路驅(qū)動(dòng)。這種接法在各類傳感器中使用非常普遍，性能穩(wěn)定，可靠性好。經(jīng)過 ADC 之后再使用單片機(jī)進(jìn)行軟件校正，可以得到很好的線性度。430 單片機(jī)的 12 位 A/D

31、在滿度量程下，最大顯示為 4095 字，為了得到 PT100 傳感器輸出電壓在顯示 1000 字時(shí)的單片機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換輸入電壓，必須對(duì)傳感器的原始輸出電壓進(jìn)行放大，經(jīng)過實(shí)際的電路調(diào)試，測(cè)出當(dāng)放大倍數(shù)為 18時(shí)，運(yùn)放輸出的電壓能夠在 1.1V4.4V 之間，滿足了 430 單片機(jī) A/D 采樣的電壓要求。在得到實(shí)際可行的放大倍數(shù)之后，采用了 LM358 作為運(yùn)算放大器，設(shè)計(jì)出了相應(yīng)的運(yùn)算放大電。93.2.2 脫扣信號(hào)檢測(cè)模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)脫扣信號(hào)檢測(cè)模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)首先，硬件電路的實(shí)現(xiàn)：為了解決后繼電路輸入電平不可靠的問題，設(shè)計(jì)完善了光電耦合器的電路設(shè)計(jì)。如圖 3.2.2-1 所示，在每一路

32、光電耦合器的輸出端，都添加一個(gè)下拉電阻，使得輸入為低電平或者無輸入的時(shí)候，在輸出點(diǎn)能夠得到可靠的低電平信號(hào)。在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，當(dāng)光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電光電的轉(zhuǎn)換。為了解決舊系統(tǒng)中，不能判斷具體是哪一路電源 SPD 發(fā)生脫扣的問題，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中使用了 74HC165 數(shù)字集成電路，通過同步串行接口擴(kuò)展了單片機(jī)輸入口。使得每一路 SPD 脫扣信號(hào)能夠被準(zhǔn)確的定位。74HC165 是使用非常廣泛的一款 8 位移位寄存器，速度快、成本低、接口電平兼容性好。其次，雙 74HC165

33、級(jí)聯(lián)程序設(shè)計(jì)2：在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，每一個(gè)信號(hào)采集模塊可以監(jiān)測(cè)十六路 SPD 脫扣裝置的狀態(tài)，所以設(shè)計(jì)中使用兩片 74HC165 級(jí)聯(lián)，擴(kuò)展成十六位的移位寄存器(并行輸入，互補(bǔ)串行輸出)，如圖 3.2.2-2 所示?？梢酝瑫r(shí)完成對(duì)十六路的電源 SPD 脫扣裝置狀態(tài)信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。表 3.2.2 是 74HC165 的主要性能參數(shù)表。查表可知，74HC165 完全滿足優(yōu)化設(shè)計(jì)的需要。表 3.2.2 74HC165 性能參數(shù)圖 3.2.2-1 優(yōu)化設(shè)計(jì)中的脫扣信號(hào)處理電路電路1074HC165 的輸出接口是同步串行接口，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，利用 MSP430F149 單片機(jī)的 I/O 口，可以很方便的模擬一個(gè)

34、同步串行接口，這使得設(shè)計(jì)變得非常方便。74HC165 和 74LS165 的功能完全一樣，但是 74HC165 的接口電平兼容性非常好，而 74LS165 接口電平和 MSP430F149 不兼容，所以設(shè)計(jì)中的串行移位寄存器選擇了 74HC165。GND0V；Tamd25;Tr=Tf=6nsTYPICALSYSBPLPARAMETERCONDITIONSHCHCTUNITtPHL / tPLHPropagation delay161511141711nsnsnsFmaxMaximum clock frequencyCL=15pFVCC=5V5648MHzCIinput capacitance3

35、.53.5pFCPDpower dissipation capacitance per packagenotes 1 and 23535pF11圖 3.2.2-2 兩片 74HC165 級(jí)聯(lián)電路優(yōu)化設(shè)計(jì)中為這個(gè)接口電路編寫了底層硬件驅(qū)動(dòng)程序3。圖 3.2.2-3 74HC165 工作時(shí)序圖圖 3.2.2-3 是 74HC165 的時(shí)序圖。當(dāng)移位/置入控制端（SH/LD）為低電平時(shí)，并行數(shù)據(jù)（AH）被置入寄存器，而時(shí)鐘（CLK，CLK INH）及串行數(shù)據(jù)（SER）均無關(guān)。當(dāng) SH/LD 為高電平時(shí)，并行置數(shù)功能被禁止。 CLK 和 CLK INK 在功能上是等價(jià)的，可以交換使用。當(dāng) CLK 和

36、CLK INK有一個(gè)為低電平并且 SH/LD 為高電平時(shí)，另一個(gè)時(shí)鐘可以輸入。當(dāng) CLK 和 CLK INK有一個(gè)為高電平時(shí)，另一個(gè)時(shí)鐘被禁止。只有在 CLK 為高電平時(shí) CLK INK才可變?yōu)楦唠娖?。?3.2.2 主要電特性的典型值型號(hào)fMPD54/74LS16526MHz210mW54/74HC16535MHz90mW表 3.2.2 是 74HC 的主要電特性典型值，它給出了 54/74HC165 與 54/74LS165在主要電氣特性上的區(qū)別。12從表中的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，74HC165 的電特性比 74LS165 的電特性好很多，功耗更低，頻率更高。其次 74HC165 的輸入輸出電平兼

37、容性更好，適合和 430 單片機(jī)的 3.3V 電平端口相連接。圖 3.2.2-4 兩片 74HC165 級(jí)聯(lián)底層硬件程序流程圖圖 3.2.2-4 是兩片 74HC165 級(jí)聯(lián)的底層硬件驅(qū)動(dòng)程序流程圖。具體程序見附錄。134 系統(tǒng)總體描述系統(tǒng)總體描述4.1 系統(tǒng)功能圖系統(tǒng)功能圖在線 SPD 監(jiān)測(cè)的硬件由 SPD 狀態(tài)采樣模塊、信號(hào)處理電路、AD 采樣模塊、CAN 總線模塊、PC 機(jī)通信以及電源等組成。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能如下：遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)并記錄 SPD 脫扣點(diǎn)的溫度、通斷狀態(tài)；當(dāng)脫扣時(shí)，能夠遠(yuǎn)程發(fā)送報(bào)警信號(hào)并記錄當(dāng)前的溫度。當(dāng)溫度達(dá)到脫扣 溫度而實(shí)際又未脫扣時(shí)，能夠遠(yuǎn)程報(bào)警； 定時(shí)監(jiān)測(cè)：其中定時(shí)是系統(tǒng)自動(dòng)

38、定時(shí)檢測(cè)，也可以根據(jù)實(shí)際情況修改檢測(cè)時(shí)間；可人工操作，根據(jù)實(shí)際需向采集端發(fā)送指令，讓采集端采集當(dāng)前需要的電源避雷器的狀態(tài)參數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過溫或緊急狀態(tài)時(shí)。綜合考慮單片機(jī) I/O 口功能及各芯片與單片機(jī)的接口，設(shè)計(jì)出較合理的硬件系統(tǒng)框圖如圖 2-1。SPDMSP430F149CAN總線模塊STC89C54RD+遠(yuǎn)程終端顯示遠(yuǎn)程傳輸通斷檢測(cè)運(yùn)算放大電源LEDCAN總線模塊電源串口通信AD采樣圖 4.1 系統(tǒng)功能方框圖4.2 系統(tǒng)工作流程系統(tǒng)工作流程從系統(tǒng)功能框圖中可以看出，本系統(tǒng)以 MSP430F149 單片機(jī)為核心控制器件，14負(fù)責(zé)對(duì)內(nèi)部自帶高速 12 位 AD、CAN 總線（由 SJA1000

39、、PCA82C250 組成的電路） 、LED 指示電路等的綜合控制。MSP430F149 單片機(jī)利用內(nèi)部自帶 12 位高速 ADC 模塊，對(duì)運(yùn)放處理輸出的溫度信號(hào)進(jìn)行采樣；并且單片機(jī)將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電源 SPD 脫扣狀態(tài)；單片機(jī)將根據(jù)采樣值運(yùn)算得到溫度信號(hào)電壓值，并將溫度信息以及脫扣點(diǎn)狀態(tài)信息壓縮成幀，通過 CAN 總線把溫度信號(hào)電壓值、脫扣點(diǎn)狀態(tài)等參數(shù)發(fā)送到遠(yuǎn)端的信號(hào)集中器。信號(hào)集中器使用 STC89C54RD+ 單片機(jī)，控制 CAN 總線以及串口通訊模塊，把遠(yuǎn)程發(fā)送來的數(shù)據(jù)集中處理，并通過串口通信模塊傳送給 PC 機(jī)處理。PC 機(jī)從串口獲得數(shù)據(jù)之后，將實(shí)時(shí)處理，并且顯示在工作界面上。整個(gè)系統(tǒng)可以

40、掛接無數(shù)多個(gè) SPD 監(jiān)測(cè)模塊，只需要在上位機(jī)設(shè)置即可。信號(hào)采集模塊，每一個(gè)單元支持四組工十六個(gè)電源 SPD。被監(jiān)測(cè) SPD 的溫度。脫扣等信息通過 RJ-45 引出，連接到采集模塊，采集模塊通過 CAN 總線發(fā)送到信號(hào)集中器，CAN 總線上可以的信號(hào)采集模塊數(shù)量可以擴(kuò)展。4.3 MSP430F149 外圍電路設(shè)計(jì)及外圍電路設(shè)計(jì)及 I/O 分配分配MSP430 單片機(jī)，全稱是 Mixed Signal Processor，中文名也就是混合信號(hào)處理器。混合是指模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的意思，這里是指 MSP430 單片機(jī)有力能處理兩類信號(hào)。模擬信號(hào)的處理一般是指單片機(jī)對(duì)模擬信號(hào)的采集、信號(hào)轉(zhuǎn)換、處理等

41、一系列信號(hào)鏈路調(diào)理過程。由于其低功耗設(shè)計(jì)，廣泛用于各類儀表設(shè)備設(shè)計(jì)當(dāng)中。MSP430F149 單片機(jī) I/O 口資源非常豐富4。MSP430F149 單片機(jī)具有強(qiáng)大的處理能力，內(nèi)部自帶 12 位高速 AD，具有強(qiáng)大的中斷功能，48 個(gè) I/O 引腳，每個(gè)I/O 口分別對(duì)應(yīng)輸入、輸出、功能選擇、中斷等多個(gè)寄存器，使得功能口和通用I/O 口復(fù)用，在對(duì)同一個(gè) I/O 口進(jìn)行操作前要選擇其要實(shí)現(xiàn)的功能，這樣大大的增強(qiáng)了端口的功能和靈活性，利用 I/O 口來實(shí)現(xiàn)對(duì) CAN 總線控制器的控制的。優(yōu)化設(shè)計(jì)中將 P1.1P1.3 通過軟件模擬成一個(gè)同步串口，用兩片 74HC165級(jí)聯(lián)的底層驅(qū)動(dòng)程序讀入脫扣信號(hào)

42、數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)最大數(shù)量為十六路的電源 SPD 脫口裝置狀態(tài)；通斷狀態(tài)中斷 I/O 口，P2.0P2.5 接限流電阻作 SJA1000 的控制普通 I/O 口。P4 口接限流電阻作SJA1000 數(shù)據(jù)傳輸口。P5.0P5.3 控制 LED 的亮滅，用來提示溫度報(bào)警、通斷狀態(tài)、定時(shí)發(fā)送、接15收遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)四種狀態(tài)，P6 口用作八路 AD 采樣。由于 MSP430F149 具有以上的特點(diǎn)，十分適合開發(fā)的要求，所以選用其作為系統(tǒng)的主芯片。外圍電路如圖 4.3 所示。圖 4.3 MSP430F149I/O 扣分配圖4.4 運(yùn)算放大電路運(yùn)算放大電路4.4.1 Pt100 的特性的特性鉑電阻是用很細(xì)的鉑絲(0.0

43、30.07mm)繞在云母支架上制成，是國(guó)際公認(rèn)的高精度測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)傳感器。因?yàn)殂K電阻在氧化性介質(zhì)中，甚至高溫下其物理、化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定，因此它具有精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠的特點(diǎn)。鉑電阻在中溫(-200850)范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。目前市場(chǎng)上已有用金屬鉑制作成的標(biāo)準(zhǔn)16測(cè)溫?zé)犭娮?，?Pt100、Pt500、Pt1000 等。它的電阻溫度關(guān)系的線性度非常好，如圖 4.4.1 所示是其電阻溫度關(guān)系曲線，在-200850溫度范圍內(nèi)線性度已經(jīng)非常接近直線。圖 4.4.1 PT100 溫度傳感器溫度阻值對(duì)照表鉑電阻阻值與溫度的關(guān)系可以近似用下式表示：在 0850范圍內(nèi)：Rt =R0 (1+At+Bt2)

44、在-1900范圍內(nèi)：Rt =R0 (1+At+Bt2+C(t-100)t3) 式中 A、B、C 為常數(shù)，A=3.9684710-3；B=-5.84710-7；C=-4.2210-12；Rt 為溫度為 t 時(shí)的電阻值；R0 為溫度為 0時(shí)的電阻值，對(duì)于 Pt100 這種型號(hào)的鉑熱電阻，R0 就等于 100，即環(huán)境溫度等于 0 度的時(shí)候，Pt100 的阻值就是 100。4.4.2 LM358 功能特性功能特性在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，使用 LM358 作為溫度信號(hào)前端處理電路。LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器， 適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在

45、推薦的工 作條件下，電源電流與 電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模組，音頻放大器、工業(yè)控制、DC 增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。下面給出了 LM358 的主要特征和性能參數(shù)：特性(Features)：內(nèi)部頻率補(bǔ)償。直流電壓增益高(約 100dB) 。17單位增益頻帶寬(約 1MHz) 。電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?330V)；雙電源(1.5 一15V) 。低功耗電流，適合于電池供電。低輸入偏流。低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流。共模輸入電壓范圍寬，包括接地。差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍。輸出電壓擺幅大（0 至 Vcc-1.5V) 。參數(shù)輸入偏置電流 45

46、 nA輸入失調(diào)電流 50 nA輸入失調(diào)電壓 2.9mV輸入共模電壓最大值 VCC1.5 V共模抑制比 80dB電源抑制比 100dB5 測(cè)試結(jié)果測(cè)試結(jié)果5.1 移位寄存器硬件驅(qū)動(dòng)程序測(cè)試及結(jié)果移位寄存器硬件驅(qū)動(dòng)程序測(cè)試及結(jié)果設(shè)計(jì)出硬件電路原理圖之后，繪制了十六位的移位寄存器模塊底層硬件模塊的 PCB 版圖，制作并焊接好 PCB 板。焊接完成，檢查無錯(cuò)，就連接號(hào)單片機(jī)，加載程序進(jìn)行調(diào)試。經(jīng)調(diào)試，軟件最后通過所有硬件的功能測(cè)試，軟件順利編寫完成。5.2 整機(jī)硬件測(cè)試及結(jié)果整機(jī)硬件測(cè)試及結(jié)果開始測(cè)試硬件，首先檢查硬件連接是否可靠，以及是否出現(xiàn)硬件短路、斷路、漏焊、虛焊等問題。經(jīng)過檢驗(yàn)，硬件電路無短路

47、、斷路、虛焊、漏焊等問題。硬件電路制作好之后，檢測(cè)硬件上各功能模塊電路是否在正常工作。檢測(cè)內(nèi)容包括 PT100 溫度傳稿器測(cè)溫電路以及溫度信號(hào)處理模塊、AD 采樣電路、脫扣狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、十六位的移位寄存器模塊、CAN 總線通信電路、串口通信電路、以及電源電路。18在搭建整體系統(tǒng)之前，必須先把各個(gè)模塊的功能調(diào)試工作正常之后，再把、才能把各個(gè)功能模塊連接在一起，搭建成一個(gè)完整的系統(tǒng)。然后進(jìn)一步地測(cè)量數(shù)據(jù)是否和分開調(diào)試的時(shí)候相同，經(jīng)過測(cè)試，各功能電路能夠正常工作。為了檢測(cè)硬件電路在長(zhǎng)期工作中是否穩(wěn)定，經(jīng)過一個(gè)月的通電工作測(cè)試，硬件能夠正常工作。表 5.2 系統(tǒng)整體測(cè)試狀態(tài)表待測(cè)功能設(shè)定參數(shù)操作過程采

48、集端狀態(tài)0：脫扣輸入低電平L4 閃亮通斷狀態(tài)1：正常輸 5V 高電平L4 熄滅溫度預(yù)警100用電烙鐵靠近 PT100使其溫度超過 100L3 閃亮定時(shí)發(fā)送6 秒在程序中修改 430 單片機(jī)中斷時(shí)間參數(shù)L2 閃亮接收指令0 x01在 PC 機(jī)接收軟件上輸入 0 x01 指令然后鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊發(fā)送采集端立即采集數(shù)據(jù)發(fā)送到 PC 機(jī)L1 閃亮6 結(jié)論結(jié)論經(jīng)過一個(gè)月的硬件試運(yùn)行，電源 SPD 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件優(yōu)化設(shè)計(jì)，圓滿完成了舊系統(tǒng)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的幾大缺陷：溫度采集模塊缺陷、電源 SPD 脫扣裝置狀態(tài)模塊缺陷。PCB 圖請(qǐng)參考附錄二。在本次課題項(xiàng)目的制作中，遇到了不少的困難，如何選定方案，如何根據(jù)設(shè)定的方

49、案做硬件電路，如何根據(jù)硬件電路設(shè)計(jì)程序，成為了此次設(shè)計(jì)的三大根本。這次設(shè)計(jì)比較成功的地方首先是改用了橋式電路驅(qū)動(dòng) PT100 溫度傳感器，使得溫度采集電路更加穩(wěn)定可靠。其次就是使用兩片 74HC165 級(jí)聯(lián)成為十六位的移位寄存器(并行輸入，互補(bǔ)串行輸出)，使得系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確判斷具體是哪一路電源 SPD發(fā)生脫扣，使得檢修更加方便。避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)完成，在一定程度上完善了了現(xiàn)有的高壓設(shè)19備檢修水平，提高了工作效率，保障了工人安全。在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，完成電源避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求，各個(gè)缺陷得到修正或者改進(jìn)。在自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展及自動(dòng)化水平快速發(fā)展的今天，此監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改進(jìn)了電力系統(tǒng)高壓設(shè)備的檢修手段，使電力維護(hù)更加科學(xué)，更加方便快捷。在優(yōu)化已經(jīng)設(shè)計(jì)出來的系統(tǒng)時(shí)，可以得到很多的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。比如溫度傳感器設(shè)計(jì)，微弱電流源干擾大，且不適合多個(gè)鉑電阻電路共用，這樣的方案是不適合大規(guī)模監(jiān)控的。再比如光電耦合器輸出，舊系統(tǒng)中是因?yàn)殡娐吩O(shè)計(jì)錯(cuò)誤，其實(shí)這樣的錯(cuò)誤是很低級(jí)的。那么，這就告訴我們，實(shí)踐中的設(shè)計(jì)，一定要充分了解自己所設(shè)計(jì)模塊的性能，熟練掌握器件資料，否則是能事倍功半。20參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1查麗斌，王宛蘋，劉建嵐.電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:電子工業(yè)出版社，2008:37-523魏達(dá)，高強(qiáng).數(shù)字邏輯電路. 北京:科學(xué)出版社出版，2005，65-70