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智能脱扣器系统方案设计

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。

此外,在数据处理的算法上进行改进,也能大大提高系统的抗干扰能力,但是,这往往是以牺牲代码长度为代价的,至于如何取舍看实际项目要求而定。

4 结语

随着高性能、低价格芯片的不断涌现,在保留传统设备优点的基础上,智能脱扣器在保护的多样性、判断准确性和抗干扰性、自诊断保护、实时通讯和显示等方面有较大的改进,这大大方便了用户,从而有广阔的市场前景。

标签: 方案设计 系统 智能

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