西南交大二次课程设计

课程设计报告
题目远动监控系统开关量的采集专业电气工程及其自动化
班级
学号
姓名
指导教师
电气工程学院
二〇一六年月至二〇一六年月
课程设计任务书
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目录
第一章课程设计要求 (1)
1.1 课程设计目的 (1)
1.2 课程设计任务要求 (1)
1.3 课程设计主要任务 (1)
第二章硬件设计 (3)
2.1 CPU的选择及其外围电路 (3)
2.2 8位开关量采集电路的设计 (4)
2.3 开关量采集装置设置 (5)
2.3.1 开关量采集板与CPU接口及端口地址分配 (5)
2.3.2 开关量采集板与CPU主接口 (5)
第三章点表设计 (7)
3.1 遥测点表设计 (7)
3.2 遥信点表设计 (8)
3.3 遥控点表设计 (9)
第四章软件设计 (10)
4.1 开入采集板主程序流程图 (10)
4.2 开关量采集流程图 (10)
4.3 1ms中断程序设计 (11)
参考文献 (14)
附录 (15)
第一章课程设计要求
1.1 课程设计目的
通过本课程设计，对远动监控系统的系统结构，基本原理进行熟练掌握，通过完成相应的设计任务，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力，提高学生运用标准和规范、查阅设计手册与资料的能力，并促进学生养成严谨求实的科学态度。

1.2 课程设计任务要求
（1）主接线图，开关量采集板要求采集32路开关量，通过通信接口与主板通信；
（2）继电保护动作遥信点表结合继电保护课程设计进行制定。

1.3 课程设计主要任务
1. 硬件要求
（1）选择CPU，指出其外围接口资源
（2）画出8路开关量的采集电路
（3）开关量采集电路和CPU的接口
（4）给出端口地址分配
（5）开关量采集板和主CPU之间的通信接口
2. 制定点表
根据给定的主接线图按照IEC61870-5-101规约制定点表
（1）遥测：主接线图上所有需要采集的电量
（2）遥信：所有开关的位置及非位置信号，保护装置的动作信号
（3）遥控：主接线图上所有的电动开关的遥控编号，同时指明与遥信点号的关联关系
3. 软件设计
（1）开入采集板的主程序流程图
（2）开关量采集流程图
（3）完成1ms中断程序设计(C语言)
（4）单双号同学分别采用定时扫查和变位触发模式
4.板书要求
（1）纸张大小A4,左侧订书机装订
（2）封面、任务书、电路图必须打印，电路图不能复印，电路图右下角必须有自己的名字和学号
（3）学号为单号、双号分别设计主接线图左侧、右侧
第二章硬件设计
2.1 CPU的选择及其外围电路
考虑到所选用的CPU用于开关量采集板的控制，它的主要任务是对开关量采集过程以查询方式进行控制并将采集的数据传送给主CPU，工作负担比较轻，因而可以选用性能较低，价格较便宜的单片机来完成。

故选用目前广泛使用的51系列单片机。

51系列单片机是一种8位的单片机，其性能已经能满足实际需要，其中DIP封装形式的51单片机的引脚如图2-1：
图2-1 51系列单片机引脚图
89C51单片机共有40个引脚，包含四个8位的I/O并行输入输出端口P0～P3，其中P0，P2口可以用于访问外部存储器的地址输出，P0用于外部存储器的数据输入输出。

此外还有一对串行通信输入、输出端口，两个外部中断输入端口，两个定时器的计数脉冲输入端口，以及外部存储器读脉冲和写脉冲输出端口，这些端口与P3端口共用引脚。

其中P3口第二功能如表1所示。

表2-1 P3口引脚第二功能
位线引脚号第二功能
2.2 8位开关量采集电路的设计
电路图如图2-2所示，图中开关S1～S8的开合情况表示开关量的开合状态，8路开关量的状态经过光耦隔离之后送入了51单片机P1口中。

这样的采集电路一共有四块，每块可实现对应8位开关量的采集，总共实现对32位开关量的实时采集。

相应的8路开关采集电路如图2-2所示。

图2-2 8位开关量采集电路图
2.3 开关量采集装置设置
2.3.1 开关量采集板与CPU接口及端口地址分配
该开关量采集电路由四块8位的采集板构成，能够对32个开关量的状态进行采集。

采集板的8个数据端口接到系统的数据总线上，然后接入51单片机的P1输入端口。

经过软件程序识别，将对应的的采集板采集到的数据传送给主CPU。

各采集电路端口地址分配如下：
0#采集电路：1H
1#采集电路：2H
2#采集电路：3H
3#采集电路：4H
2.3.2 开关量采集板与CPU主接口
当开关量采集板检测到开关量的状态发生变化之后，就会将变化的状态传递给系统的主CPU，供其处理。

这是通过采集板上的CPU和主CPU通信完成的。

而采集板和主CPU之间是通过RS-485串行总线进行连接。

其主从CPU系统框图如图2-3所示：
图2-3 开关量采集板与主CPU接口原理
第三章点表设计
3.1 遥测点表设计
遥测：主接线图上所有需要采集的电压、电流、功率。

遥信：所有开关的位置及非位置信号。

遥控：主接线图上所有的电动开关的遥控编号。

第四章软件设计
4.1 开入采集板主程序流程图
当采集板电路启动之后，首先要读取各个开关量的状态对变量进行初始化。

程序中用到了寄存期、计数器、等，要对它们初始化。

然后等待主CPU召唤，当主CPU发出信号进行动作。

主程序流程图如下所示：
图4-1 主程序流程图
4.2 开关量采集流程图
当从主程序进入YX变位处理程序后，首先设定定时器的工作状态，然后进入1mS的延时。

当1mS延时完成之后，消除干扰和抖动的影响，之后再次对开关量是否变位进行确认。

如果确定变位，则将采集端口地址，时标等信息传递给主CPU，然后退出变位处理程序，否则直接退出。

遥信变位处理程序流程图如下：
图4-2 1ms中断框图结构4.3 1ms中断程序设计
#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
void main()
{
P1^0=1;
SM2=1;
...
...
}
开关量采集函数
void Collection()
{
TMOD=0×01;
TH0=(65536-1000) / 256;
TL0=(65536-1000) % 256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
...
...
}
1ms中断函数
void T0_time() interrupt 1
{
int x1[7]={};
int x2[7]={0,0,0,0,0,0,0,0};
int a1[7]={0,0,0,0,0,0,0,0};
int m[7]={0,0,0,0,0,0,0,0};
int i=0;j=0;
while(1)
{
while(i<=7)
{
x1=P1;
if(x2[i]==x1[i]) a[i]=0;
else
{
m[i]++;
if(m[i]<10) return;
else a[i]=0;
}
}
if(i>=7)
{
for(j=0;j<=7;j++)
{
if(a[j]==1) x2[j]=x1[j];
}
}
break;
}
}
参考文献
[1]柳永智，刘晓川，《电力系统远动》，中国电力出版社，2003
[2]白马衍，雷晓平，《单片计算机及其应用》，电子科技大学出版社，1998
[3]周立功，《ARM嵌入式系统基础教程》，北京航空航天大学出版设，2006
附录设计主接线图右半部分：。