1.1.1 數(shù)據(jù)采集模塊

　　該系統(tǒng)的模擬量采集使用56F807 自帶的12 bit 、16通道的A/D 轉(zhuǎn)換器， 電壓和電流測量中采用定時采樣頻率為1 600 Hz ， 采樣間隔約為0.625 ms 。對于50 Hz 的工頻交流信號而言， 每個周波的采樣值為32 個點。外部電流及電壓輸入經(jīng)隔離互感器， 低通濾波器輸入至模數(shù)變換器， 進行A/D 轉(zhuǎn)換得到若干序列的離散采樣值， 然后通過Fourier 算法得到Ia、Ib、Ic、I0、Ua、Ub、Uc和U0的幅值。同時計算推導出電動機的有功功率、無功功率、功率因數(shù)等參數(shù)。

　　1.1.2 開入開出模塊

　　開入開出模塊根據(jù)開發(fā)要求， 裝置設計了12 路開入量，12 路開出量。開入量用于電機啟動、停機和報警狀態(tài)反饋等信息量的采集。12 路開出量， 主要用于各種故障的跳合閘和報警使用。本系統(tǒng)采用由8 個I/O 口發(fā)出4 個開出量信號以及通過8 bit 串行輸入， 串/并行輸出移位寄存器74HC595 控制8 組輸出控制8 個開出量。為了防止干擾引起的誤動， 利用兩個關聯(lián)的I/O 口同時輸出不同電平時光耦動作， 實現(xiàn)對開出信號的開放與閉鎖功能。當開出條件滿足時， 開出量再經(jīng)過TIL113 光電耦離后輸出， 驅(qū)動外部繼電器， 實現(xiàn)保護出口動作。

　　1.1.3 數(shù)據(jù)存儲單元模塊

　　X5043 芯片是美國XICOR 公司生產(chǎn)的集上電復位、“ 看門狗” 定時器、電壓監(jiān)控和串行E2PROM 四項功能于一體的專用集成芯片， 用以降低系統(tǒng)成本、節(jié)約電路板空間。X5043 中上電復位、“ 看門狗” 定時器、電源電壓監(jiān)控功能對系統(tǒng)可以起到保護作用；512×8 bit 的E2PROM可用來存儲系統(tǒng)內(nèi)的重要數(shù)據(jù)。

　　1.2 監(jiān)控模塊

　　1.2.1 CAN 通信模塊

　　當前有很多微控制器將CAN 控制器嵌入到系統(tǒng)之中，DSP 56F807 內(nèi)部也集成有CAN 控制器， 它支持標準和擴展信息幀， 外圍只需連接CAN 收發(fā)器即可以方便地將CAN 控制器連接到CAN 總線網(wǎng)絡上， 網(wǎng)絡上任一節(jié)點均可在任意時刻主動向網(wǎng)絡上其他節(jié)點發(fā)送信息，實時接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　1.2.2 其他模塊

　　RS-485 通訊： 通訊采用485 主從網(wǎng)絡， 使用MAXIM公司生產(chǎn)的差分平衡性收/發(fā)器芯片MAX485 ，MAX485系列芯片采用半雙工通訊， 可以實現(xiàn)多臺器件綜合保護的聯(lián)網(wǎng)功能。每個IC 芯片包含一個驅(qū)動器和一個接收器， 符合RS-485/RS-422 通訊標準。

　　6N137 光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器， 具有溫度、電流和電壓補償功能， 在本次設計中， 使用6N137 光耦合器將DSP 中TXD1 和RXD1 信號與TX和RX 隔離開。

　　顯示電路： 作為電機保護系統(tǒng)的顯示模塊， 本系統(tǒng)使用的LCD 是TG160128A1, 它已由制造商裝配好了液晶顯示驅(qū)動， 并提供了驅(qū)動電路的接口， 通過DSP56F807的I/O 口可以實現(xiàn)對LCD 的讀寫操作。

　　電源模塊：DSP 的工作電壓是3.3 V， 而開發(fā)板的供電電壓為5 V， 所以必須做一個5 V~3.3 V 電壓的轉(zhuǎn)換。

　　使用了AS1117M5 -33 芯片把5 V 電壓轉(zhuǎn)換為3.3 V 電壓。數(shù)字電源和模擬電源之間用磁珠相連， 數(shù)字地和模擬地之間也用磁珠相連。模擬地和模擬電源之間連小電容， 數(shù)字地和數(shù)字電源之間也連小電容。

　　2 系統(tǒng)軟件設計

　　在電機保護裝置中， 各檢測節(jié)點定期采集現(xiàn)場的電壓電流信號， 然后用傅里葉算法對采集來的數(shù)據(jù)進行分析處理， 計算出電壓、電流的有效值和各次諧波分量值，并進行幅值、相位、正負序等實時參數(shù)計算， 判斷得到的實時值是否超過限定值， 即判斷是否發(fā)生故障， 并通過CAN 總線將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機。

　　2.1 系統(tǒng)總體軟件

　　設計本系統(tǒng)軟件設計采用的是模塊化設計， 分為三個部分： 初始化模塊、系統(tǒng)控制模塊和通信模塊。初始化模塊主要完成DSP 系統(tǒng)、外設部件， 以及系統(tǒng)管理方式的初始化等。由于電機保護系統(tǒng)是實時性要求嚴格的系統(tǒng)，因而采用主程序模塊和中斷子程序模塊相結(jié)合的方法。

　　中斷子程序主要由保護模塊和通信模塊組成。主程序流程圖以及保護模塊流程圖如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)流程圖