基于Intel80196输电线路故障在线监测系统的硬件实现
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第 ２ 卷 第５期 ９
２１ 年 ０ 月 ０１ ９
佳 木 斯 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） Ｊｕ ａ ｏ ｉ ｕｉ ｎｖｒｔ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ｏｒ ｌ ｆ ａ ｓ Ｕ ｉ ｓｙ（ ａ ａ Ｓｉ ｃ ｄｔｎ ｎ Ｊｍ ｅｉ ｕ ｅ ｉ
Ｖ０． ９ ＮＤ ５ １２ wk.baidu.com ．
计的系统中， 将转换器更换为 ｌ ６位 Ａ Ｄ转换器． ／ 本文采用的 Ａ Ｄ转换器是十六位的 Ｓ Ｄ ０ ． ／ Ａ ０７ 其功 能框 图见图 ３ ．
图 ３
图７
Ｓ Ｄ ０ ／ Ａ ０７Ａ Ｄ转 器 在本 系 统 中主要 是 利 用 其
数据采集和信号处理功能． 该转换器的主要有转换 时间小 于 ２ ， 型值 为 １ 具 有 ８位或 １ Ｏ 典 ５ ｓ； ｇ ６
Ｓ ｐ． ｅ ２ １ ０１
文章编号 ： ０ — ４ ２ ２ １ ）５一 ７ ３ ０ １ ８ １０ ｛０ １ ０ ｏ ３ － ３ ０
基 于 Ｉｔ８１６输 电线路故 障在线监测 系统的硬件实现① ｎｅ ０９ １
关海鹏
（ 运城 学院应用数学 系。 山西 运城 ０ ４Ｏ ４ ０Ｏ）
摘
要 ： 与某化工企业合作 ， 采用实验方法， 对其原有在线监测 系统的不足之处进行 了研究， 针
信号 ， 通过 Ａ Ｄ转换器将信号传输 到单片机， ／ 单片 机对数据进行数字滤波处理 ， 然后将数据传至上位 机 （ Ｃ机） 上位机进行数据处理并判断 ， Ｐ ， 如果信 号超 出固定阈值范 围就会通知下位机报警． 单片机 （ 下位机） Ｐ 和 Ｃ机 （ 上位机 ） 的通信由串行口实现．
随着单片机处理信息 能力 的提高 （ 比如增加
了数字滤波 ） 程序源代码增加 ， ， 对程序存储器容 量的要求也相应增加． 系统与原系统相 比， 新 扩充
图５
了程序存储器和数据存储器的容量．
原系统采用 ３ Ｋ ２ Ｂ程序存储器 ， 新系统 中增加 到 ４Ｋ （ ８ Ｂ 增加一片 ２ １８ ． ７２ ） 相应程序存储器接 口
Ａ Ｄ转换 器 不 能 满 足 新 监 测 系统 的需 求 ． ／ 在新 设
存器 一 寄存器结构 ， 并且具有丰富 的外设接 口， 灵 活的输人／ 出系 统和 时 间处理 器 阵列 （ Ｐ ； 输 Ｅ Ａ） ＨＩ ＳＯ系列由带有高速输 输出口的系统构成 ． 引
１ 位 数据 输 出 ６ 通 控 制
２ 系统硬件实现
本设计是利用当前的嵌人式开发原理 】针 ， 对原成型产品的缺陷进行改进． １ 图 是该企业原线
路监测设备 的原理框 图， ２为笔者与研究人员根 图 据现场实际情况 ， 出改进 的硬件 图． 提 下面将针对 图２中的主要修改分析原因．
＿ ＿ ）
…
二 ＝ ； ｛
图１
０ 引 言
我 国工业企业的在线监测技术起步 比较晚， 其 新技术 、 新方法和诊断软件都在不断完善和改进之 中， 加之市场竞争导致信息不对称 ， 相互沟通较少 ， 因此在线监测与诊断阈值的标 准化问题 的研究和 解决进展缓慢． 目前 常用 的保护装置有 ： 带时 限的 过电流保护 、 电流速断保护、 电压保护、 低 中性点不 接地系统的单相接地保护 以及 由双电源供 电时的 功率方向保护等…．
① 收稿 日期 ：０ １— ８—０ ２１ ０ ４
作者简介 ： 关海鹏 （９２ ） 女 ， １８ 一 ， 山西运城人 ， 运城学院助教 ， 士学位 ． 硕 主要研究方向 ： 嵌入式应用技术研究．
７４ ３
佳 木 斯 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
２ １ 年 ０１
８ Ｃ９ Ｘ １６系列有 一个共 同的 内核 ， Ｃ Ｕ是 通用 寄 即 Ｐ
０ ／ Ｆ ，１ ０ Ｆ ，２ ０ ０ｐ ，０ １ Ｆ ，３ ０ｐ ， ．１ ｚ ０ ０ｐ ２０ Ｆ ． ０ Ｆ
３ Ｆ． ０ ｐ 电阻 Ｒ 的值 为 ６０欧． 中信号 Ｌ Ａ ２ 图 Ｏ Ｄ，
Ｓ Ｄ Ｔ Ｄ Ｌ Ｄ Ｈ来 自 Ａ Ｓ ， Ｒ ，Ｒ 译码电路．
２２ 存储 器 的扩 充 ．
对 当前 线路 故障监 测 系统提 出相应 的改进 意见． 新线路 监 测 设 备根 据 现 场 具体 环 境及 工作人 员
要求设计． 本文主要体现在硬件 实现 方面：／ Ａ Ｄ转换 器的更换、 存储 器的扩容 ， 以及译码器的考 量．为今后该 系统实际应 用中软件的改进和研 究提供可靠的平 台． 关键词 ： 单片机 ； 嵌入 式； 数据库 ； 线路故障监测 中图分类 号 ： Ｔ ２７ Ｐ ７ 文献标 识码 ： Ａ 问题 ， 笔者曾在文献［ ］ ２ 中提 出利用前期采集到的 信号与实时故障检测信号进行 比对 ， 从而实现故障 检测定位． 整体的设计思想如下： 电流传感器采集
某化工企业所使用的产品问题 比较多， 而且不 能很好 的保证检测线路 的安全． 针对这一现状 ， 下 文 以单片机为基础开发 出性能较好 的线路故障监 测 系统 ．
二 ＝ ； ：
二 ＝ ； ：
二 二 ； ；
图２
１ 系统 原 理 和 特 点
由于该企业变 电所具体环境的特殊性 ， 现有的 检测设备不能很好地进行线路故 障检测． 基于这个
电路见图 ５ 图中信号／ Ｏ Ｃ １／ Ｏ Ｃ ２来 自 ． Ｒ Ｍ Ｓ 、Ｒ Ｍ Ｓ 译 码 电路 ．
数据存储器采用的 Ｒ Ｍ， Ａ 由两片 ６２６构成． ２５ ６２６是一种 ３ × ｂ 的高度集成的 Ｒ Ｍ， ２５ ２ ８ｉ ｔ Ａ 采用单
位总线兼容 能力和转换精度小于 ０ ０３ Ｓ ．０ ％Ｆ Ｒ等 特点． 值得注意的是 ，Ａ ０７属高精度器件 ， Ｓ Ｄ０ 使用 时模拟地与数字地应严格隔离 ， 以免字信号流经模
拟地导致模拟信号噪声．Ａ ０７连接图见图４ Ｓ Ｄ０ ．
图４
其中 ｃ Ｃ １ １一 １ 都是过滤 电容 ， 所对应的值分 别是 １ｚ ０ ４ Ｆ，．２ｚ ０ １ ／ Ｆ，．７ ０２ ／ Ｆ，． Ｆ，．２ｘ ０２ ／ Ｆ，
２１ 年 ０ 月 ０１ ９
佳 木 斯 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） Ｊｕ ａ ｏ ｉ ｕｉ ｎｖｒｔ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ｏｒ ｌ ｆ ａ ｓ Ｕ ｉ ｓｙ（ ａ ａ Ｓｉ ｃ ｄｔｎ ｎ Ｊｍ ｅｉ ｕ ｅ ｉ
Ｖ０． ９ ＮＤ ５ １２ wk.baidu.com ．
计的系统中， 将转换器更换为 ｌ ６位 Ａ Ｄ转换器． ／ 本文采用的 Ａ Ｄ转换器是十六位的 Ｓ Ｄ ０ ． ／ Ａ ０７ 其功 能框 图见图 ３ ．
图 ３
图７
Ｓ Ｄ ０ ／ Ａ ０７Ａ Ｄ转 器 在本 系 统 中主要 是 利 用 其
数据采集和信号处理功能． 该转换器的主要有转换 时间小 于 ２ ， 型值 为 １ 具 有 ８位或 １ Ｏ 典 ５ ｓ； ｇ ６
Ｓ ｐ． ｅ ２ １ ０１
文章编号 ： ０ — ４ ２ ２ １ ）５一 ７ ３ ０ １ ８ １０ ｛０ １ ０ ｏ ３ － ３ ０
基 于 Ｉｔ８１６输 电线路故 障在线监测 系统的硬件实现① ｎｅ ０９ １
关海鹏
（ 运城 学院应用数学 系。 山西 运城 ０ ４Ｏ ４ ０Ｏ）
摘
要 ： 与某化工企业合作 ， 采用实验方法， 对其原有在线监测 系统的不足之处进行 了研究， 针
信号 ， 通过 Ａ Ｄ转换器将信号传输 到单片机， ／ 单片 机对数据进行数字滤波处理 ， 然后将数据传至上位 机 （ Ｃ机） 上位机进行数据处理并判断 ， Ｐ ， 如果信 号超 出固定阈值范 围就会通知下位机报警． 单片机 （ 下位机） Ｐ 和 Ｃ机 （ 上位机 ） 的通信由串行口实现．
随着单片机处理信息 能力 的提高 （ 比如增加
了数字滤波 ） 程序源代码增加 ， ， 对程序存储器容 量的要求也相应增加． 系统与原系统相 比， 新 扩充
图５
了程序存储器和数据存储器的容量．
原系统采用 ３ Ｋ ２ Ｂ程序存储器 ， 新系统 中增加 到 ４Ｋ （ ８ Ｂ 增加一片 ２ １８ ． ７２ ） 相应程序存储器接 口
Ａ Ｄ转换 器 不 能 满 足 新 监 测 系统 的需 求 ． ／ 在新 设
存器 一 寄存器结构 ， 并且具有丰富 的外设接 口， 灵 活的输人／ 出系 统和 时 间处理 器 阵列 （ Ｐ ； 输 Ｅ Ａ） ＨＩ ＳＯ系列由带有高速输 输出口的系统构成 ． 引
１ 位 数据 输 出 ６ 通 控 制
２ 系统硬件实现
本设计是利用当前的嵌人式开发原理 】针 ， 对原成型产品的缺陷进行改进． １ 图 是该企业原线
路监测设备 的原理框 图， ２为笔者与研究人员根 图 据现场实际情况 ， 出改进 的硬件 图． 提 下面将针对 图２中的主要修改分析原因．
＿ ＿ ）
…
二 ＝ ； ｛
图１
０ 引 言
我 国工业企业的在线监测技术起步 比较晚， 其 新技术 、 新方法和诊断软件都在不断完善和改进之 中， 加之市场竞争导致信息不对称 ， 相互沟通较少 ， 因此在线监测与诊断阈值的标 准化问题 的研究和 解决进展缓慢． 目前 常用 的保护装置有 ： 带时 限的 过电流保护 、 电流速断保护、 电压保护、 低 中性点不 接地系统的单相接地保护 以及 由双电源供 电时的 功率方向保护等…．
① 收稿 日期 ：０ １— ８—０ ２１ ０ ４
作者简介 ： 关海鹏 （９２ ） 女 ， １８ 一 ， 山西运城人 ， 运城学院助教 ， 士学位 ． 硕 主要研究方向 ： 嵌入式应用技术研究．
７４ ３
佳 木 斯 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
２ １ 年 ０１
８ Ｃ９ Ｘ １６系列有 一个共 同的 内核 ， Ｃ Ｕ是 通用 寄 即 Ｐ
０ ／ Ｆ ，１ ０ Ｆ ，２ ０ ０ｐ ，０ １ Ｆ ，３ ０ｐ ， ．１ ｚ ０ ０ｐ ２０ Ｆ ． ０ Ｆ
３ Ｆ． ０ ｐ 电阻 Ｒ 的值 为 ６０欧． 中信号 Ｌ Ａ ２ 图 Ｏ Ｄ，
Ｓ Ｄ Ｔ Ｄ Ｌ Ｄ Ｈ来 自 Ａ Ｓ ， Ｒ ，Ｒ 译码电路．
２２ 存储 器 的扩 充 ．
对 当前 线路 故障监 测 系统提 出相应 的改进 意见． 新线路 监 测 设 备根 据 现 场 具体 环 境及 工作人 员
要求设计． 本文主要体现在硬件 实现 方面：／ Ａ Ｄ转换 器的更换、 存储 器的扩容 ， 以及译码器的考 量．为今后该 系统实际应 用中软件的改进和研 究提供可靠的平 台． 关键词 ： 单片机 ； 嵌入 式； 数据库 ； 线路故障监测 中图分类 号 ： Ｔ ２７ Ｐ ７ 文献标 识码 ： Ａ 问题 ， 笔者曾在文献［ ］ ２ 中提 出利用前期采集到的 信号与实时故障检测信号进行 比对 ， 从而实现故障 检测定位． 整体的设计思想如下： 电流传感器采集
某化工企业所使用的产品问题 比较多， 而且不 能很好 的保证检测线路 的安全． 针对这一现状 ， 下 文 以单片机为基础开发 出性能较好 的线路故障监 测 系统 ．
二 ＝ ； ：
二 ＝ ； ：
二 二 ； ；
图２
１ 系统 原 理 和 特 点
由于该企业变 电所具体环境的特殊性 ， 现有的 检测设备不能很好地进行线路故 障检测． 基于这个
电路见图 ５ 图中信号／ Ｏ Ｃ １／ Ｏ Ｃ ２来 自 ． Ｒ Ｍ Ｓ 、Ｒ Ｍ Ｓ 译 码 电路 ．
数据存储器采用的 Ｒ Ｍ， Ａ 由两片 ６２６构成． ２５ ６２６是一种 ３ × ｂ 的高度集成的 Ｒ Ｍ， ２５ ２ ８ｉ ｔ Ａ 采用单
位总线兼容 能力和转换精度小于 ０ ０３ Ｓ ．０ ％Ｆ Ｒ等 特点． 值得注意的是 ，Ａ ０７属高精度器件 ， Ｓ Ｄ０ 使用 时模拟地与数字地应严格隔离 ， 以免字信号流经模
拟地导致模拟信号噪声．Ａ ０７连接图见图４ Ｓ Ｄ０ ．
图４
其中 ｃ Ｃ １ １一 １ 都是过滤 电容 ， 所对应的值分 别是 １ｚ ０ ４ Ｆ，．２ｚ ０ １ ／ Ｆ，．７ ０２ ／ Ｆ，． Ｆ，．２ｘ ０２ ／ Ｆ，