智能电网信息工程论文 智能电网论文

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基于A VR单片机的高压配电柜智能操控装置摘要：本文主要介绍以A VR单片机为核心，内置Modbus总线协议的开关柜智能操控装置。该装置完成一次模拟图、高压带电显示、自动加热除湿数值显示及控制、断路器分合状态指示、储能指示、接地开关状态指示、小车位置指示、分合闸回路完好指示、柜内照明、语音防误提示等功能。并且，能把以上的指示和测量所得的参数通过Modbus总线协议传送给上位机。上位机安装YSS2000(V2.0)电力监控系统组态软件以MODBUS通信标准、通过RS-485通讯接口实时查询系统供电情况。

关键词：A VR单片机高压配电柜智能装置

0 引言

智能电网的建设是国家的“十一五”规划的一个重要部分。但，我国智能配电的建设还处在落后水平。目前我国大部分地方，特别是在农村，很多的高压配电柜依然是使用独立元件做成的操控开关和指示灯。这些落后的设计既占地方二次接线又繁杂，所以独立元件组成的控制系统投入成本既高又频频出现故障。智能操控装置就克服了以上缺点，它功能强大，它以一体化布局配套于开关柜，简化了开关柜的面板设计，美化了面板布局。它还内置Modbus总线协议，能灵活地跟上位机进行信息交互，迎合智能电网的建设需要。智能操控装置是

计算机迅速发展和电网智能化的产物，是配电系统的跨越式的进步标志。

1 硬件构成

智能操控装置由以下几个板块组成：中心数据处理电路、开关量输入电路、开关量输出电路、模拟量输入电路、温湿度检测原理图。

1.1 中心数据处理电路中心数据处理电路是智能操控装置的核心。它负责统筹各个板块电路的信息，协调各个板块电路的动作。中心数据处理电路采用美国ATMEL公司的高性能RISC结构的单片机ATmega128 CPU，配以复位电路和振荡电路，以及JTAG仿真接口。中心数据处理电路与外界接口采用RS485通讯内置Modbus总线协议。对外通讯使用单片机的串行接口UART1通过MAX485组成通讯电路，通讯使能控制由单片机的PD1控制发送和接收。中心数据处理电路还集合了真人语音输出电路。真人语音输出电路主要担当操作语音提示和报警输出。输出的声音信号经TDA2822M功率放大后通过接插件SPK CON2接喇叭。

1.2 开关量输入电路智能操控装置通过开关量输入电路检测断路器分合闸状态、手车位置、接地开关位置、弹簧储能状态等开关量信号。为了确保智能操控装置工作的稳定性，减少外界的各种干扰，在输入电路设置方面采用TLP521-4光电耦合电路U1、U2隔离后分别接入单片机的PA口。

1.3 开关量输出电路智能操控装置开关量的输出控制对象有：

加热器电源、电源AC/DC220V、加热器A、加热器B、过热报警输出、电磁闭锁输出。这些被控制对象都带有AC/DC220V或更高的电压，且有大电流通过。因此，单片机输出的开关量控制信号经过光电耦合器隔离后，通过ULN2003集成驱动器驱动继电器，控制各种开关。

1.4 模拟量输入电路智能操控装置的模拟量输入电路主要处理高压带电检测。为了隔离高压保证安全和度绝高压干扰，高压带电检测信号首先选用较大的电阻值（100k）电阻作为高压侧的接入，后经过IN4148，最后接入光电耦合电路U2A隔离（同时进行半波整流）后作为模拟信号接入单片机ADC0~ ADC2，通过单片机A/D转换识别有无带电。

1.5 温湿度检测电路凝露问题是高压设备必须面对的核心问题。特别在我国高湿度地区如长江中下游梅雨带，绝大多绝缘事故都是由凝露问题造成。因此，高压开关柜内的温湿度控制不可忽视。为了解决凝露问题，智能操控装置选用了一体化的数字温湿度传感器DHT21作为温湿度检测。DHT21是包含已经校准数字信号输出的一款复合型数字温湿度传感器。它采用了专用的温湿度传感技术和数字模块采集技术，以确保其产品具有非常好的可靠性与稳定性。传感器包括了一个NTC测温元件和一个电容式感湿元件，并且和一个高性能的8位数单片机相连接。因此该传感器具有品质高、响应快、抗干扰能力极强和性价比高等优点。连接非常方便，特殊的封装形式可以根

据不同用户需求灵活变更。这些优点使得其成为各类应用的最佳选择。在智能操控装置里单片机的ADC3连接到DHT21的引脚2（数据引脚）。

2 软件构成

2.1 温湿度检测电路的软件实现DHT21的温湿度数字信息是通过串行时钟线和数据线接入单片机。硬件接入是单总线。传感器上电后，要等待1秒用作越过不稳定状态，在等待期间无需发送任何指令。DATA引脚用于微处理器与DHT21之间的通讯和同步，单总线串行数据格式，一次通讯时间5ms左右，具体格式如下说明，当前数据传输为40bit，高位先出。

数据格式:40bit数据=16bit湿度数据+16bit温度数据+8bit校验和。

例子：接收40bit数据如下：

0000 0010 1000 1100 0000 0001 0101 1111 1110 1110

湿度数据温度数据校验和

湿度高8位+湿度低8位+温度高8位+温度低8位=的末8位=校验和例如：0000 0010+1000 1100+0000 0001+0101 1111=1110 1110

湿度=65.2％RH 温度=35.1℃

当温度低于0℃时温度数据的最高位置1。

例如：-10.1℃表示为1000 0000 0110 0101

主机（MCU）发送一次开始信号后，DHT21从低功耗模式转换

到高速模式，等待主机开始信号结束后，DHT21发送响应信号，送出40bit的数据，并触发一次信号采集。

2.2 RS485通讯的软件实现RS485通讯内置Modbus总线协议，采用主从方式定时收发数据，在实际使用中如果某从机站点断开后（如故障或关机），主机端可以诊断出来，而当故障修复后，网络又可自动接通，这种方式大大提高了通信可靠性。在Modbus总线协议里，信息开始至少需要有

3.5个字符的静止时间，依据使用的波特率，很容易计算这个静止的时间(如下表中的T1-T2-T3-T4)。接着，第一个区的数据为设备地址。

各个区允许发送的字符均为16进制的0-9，A-F。

使用网络上的设备来连续监测上网络包括静止时间在内的信息，当接收到第一个地址数据开始，每台设备会马上对它进行解码，来判断是否是自己的地址。每当发送完最后一个字符时，需要留出3.5个字符的静止时间，之后才能发送下一个新的信息。但是整个信息是必须连续发送的。如果在发送帧信息当中出现了任何大于1.5个字符的静止时间，接收设备都会刷新不完整的信息，并且开始假设下一个地址数据。在同样一个信息后，如果没有大于3.5个字符的静止时间就马上发送的一个新信息，这将导致一个错误的产生。这是因为CRC 校验码无效从而产生出来的错误。

智能操控装置和上位机的信息交换就是利用上述格式实现的。

3 结束语