基于AVR微控制器的電力機(jī)車智能輔保系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2 系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由輸入調(diào)理電路、控制輸出部分及顯示電路、系統(tǒng)主控制電路組成。輸入信號(hào)的調(diào)理電路為系統(tǒng)主電路提供多路模擬量及數(shù)字開關(guān)量輸入通道，設(shè)計(jì)中主要考慮了信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)的隔離和抗干擾。輸出電路完成對(duì)各電機(jī)接觸器及主接觸器的控制，即能對(duì)出現(xiàn)故障的電機(jī)實(shí)現(xiàn)一次保護(hù)或二次保護(hù)，并提供各通道電機(jī)故障的顯示，確保電機(jī)的安全。

圖1給出了系統(tǒng)的主電路組成圖。圖中所示的各路信號(hào)分別表示輸出通道、故障顯示通道、開關(guān)數(shù)字量輸入通道及條件標(biāo)志輸入通道。

2.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采取模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)各任務(wù)模塊在功能上應(yīng)盡量保持獨(dú)立。將各任務(wù)模塊放在時(shí)鐘中斷服務(wù)程序中執(zhí)行，就可將系統(tǒng)各監(jiān)測(cè)任務(wù)所需的各不相同的眾多故障持續(xù)延時(shí)時(shí)間轉(zhuǎn)化為執(zhí)行頻率。

2.2.1 數(shù)據(jù)采集程序的設(shè)計(jì)

以通道0為例，系統(tǒng)利用其片內(nèi)10位ADC進(jìn)行模擬量采集的軟件初化程序段如下：

.include 8535def.ine

.def count=r14

.def flag=r15

.def result=r16

.def temp=r17

.def ac_temp=r18

INIT:Idi AL,low(RAMEND)

Out SPL,AL

Idi AL,high(RAMEND)

out SPH,AL ;初始化堆棧指針

ldi count,3 ;設(shè)置采集點(diǎn)數(shù)

clr flag ;清采集標(biāo)志

ldi ZL,$65

clr ZH ;設(shè)置外部SRAM數(shù)據(jù)緩區(qū)首址為$0065H

ldi result,$8d

out ADCSR,result ;設(shè)置ADEN=1,ADSC=0,ADFR=0,ADIF=0,ADIE=0

;設(shè)置ADPS2=1，ADPS=0，ADPS0=0

;使ADC預(yù)分頻器選擇分頻系數(shù)為16，設(shè)置ADC時(shí)鐘頻率為115kHz

sbi ADCSR,ADIE ;ADC中斷使能

ldi temp,$00 ;選擇PA0(模擬通道1)

out ADMUX,temp

sbi ADCSR,ADSC ;啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換

中斷采集程序段如下：

ACONVERT：in ac_temp,SREG ;臨時(shí)保存狀態(tài)寄存器

in BL,ADCL

in BH,ADCH

andi BH,$03

st Z+,BL ;保存到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

st Z+,BH

dec cout ;采集點(diǎn)數(shù)到否?

breq ADC_a

sbi ADCSR,ADSC ;啟動(dòng)下一次A/D轉(zhuǎn)換

rjmp XX

ADC_a: ldi flag,$aa ;置采集結(jié)束標(biāo)志

XX：out SREG,ac_temp ;恢復(fù)狀態(tài)寄存器

Reti

對(duì)A/D通道采集的模擬量數(shù)據(jù)采用防脈沖干擾的中值濾波法。

2.2.2 系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

為了確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)掃描時(shí)間片設(shè)為100ms。在SRA嶇設(shè)置標(biāo)志及內(nèi)部軟件計(jì)時(shí)器單元，通過(guò)設(shè)定各路計(jì)時(shí)單元及計(jì)時(shí)啟動(dòng)/結(jié)束標(biāo)志，來(lái)解決出現(xiàn)短路、過(guò)流及單相故障的電機(jī)所需的各不同故障持續(xù)延時(shí)時(shí)間，對(duì)電機(jī)在不同過(guò)流范圍區(qū)段的不同故障持續(xù)延時(shí)時(shí)間也可正確區(qū)分并記錄。這樣系統(tǒng)就不會(huì)因某一任務(wù)的延時(shí)而影響對(duì)系統(tǒng)其它任務(wù)的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各路電機(jī)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)多任務(wù)處理。另外注意，對(duì)于與執(zhí)行頻率無(wú)關(guān)的模塊則可放在主程序中執(zhí)行。

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圖2、圖3給出了T/C1定時(shí)中斷服務(wù)程序模式及主程序模塊的流程框圖。

該智能輔保系統(tǒng)樣機(jī)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，目前已投入運(yùn)營(yíng)。實(shí)踐證明，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，效果良好。