单片机在电力系统监控中的应用

2.2.3 开关量输入输出电路

MCF5282主模板设计了34路的开关量信号输入和17路开关输出信号，每一路开关量输入均通过光隔芯片TLP521，再到达MCF5282的I/O端口，控制软件由MCF5282的I/O口送出输出信号，经过74LVXC3245和ULN2004两级驱动器，控制输出模板中的继电器，如图4所示。



2.2.4 通信电路

根据MCF5282微处理器的通信端口，设计了以太网、CAN、RS－232和RS－485通信的外围电路，构成多种通信方式与上位机系统和管理模块进行信息交流。CAN、RS－232和RS－485通信的收发器分别使用PCA82C250、MAX3232和MAX485，为了提高通信质量，中间用光电隔离器件6N137进行隔离，为了满足高端用户的需要，设计有以太网通信，外围起动芯片选用VT6103芯片。

2.2.5 串行时钟和E2PROM电路

笔者选择1片I2C总线接口的时钟芯片PCF8563和1片I2C总线接口存储器芯片24LC256，它们都挂接在MCF5282微处理器的I2C总线上，如图5所示，PCF8563是Philips公司设计生产的工业级实时时钟芯片，具有功耗低，精度高的特点，使嵌入式系统的硬件主模板有长时期稳定的时间信号，24LC256是一个256KB的串行E2PROM，可用电擦除，主要作用是存放嵌入式系统的软件在运行过程中所需要的重要参数，例如保护定值等。



3 软件实现

软件程序的整体结构主要包括主程序、采样中断服务程序和故障处理程序，正常运行主程序，每周期（正弦波）采样24点，每执行一次采样中断服务程序并判断相电流差突变量启动元件DI1是否动作，如果DI1不动作，采样中断程序执行完后，正常返回主程序；如果DI1动作，采样中断程序执行完后，转入执行故障处理程序，完成相应保护功能，直到整组复归，返回正常运行的主程序，程序流程如图6所示。



4 小结

本文介绍了利用微处理器MCF5282构成的嵌入式保护装置的主模块及其与外围电路的连接，由于此模块中采样电路是多通道高速采样，所以要合理地设计参考电压VREF。在设计PCB板时，要注意合理布局和设置良好的静电屏蔽，以防电磁干扰问题，另外，在开关量输入、输出控制以及各种控制信号线中，可根据PCB布线的远近，灵活选择MCF528的I/O口，决不拘泥于某种固定的连接方式，这也是选用MCF5282处理器的原因之一。将上述设计的嵌入式主板外加其他模板可配置成具有母线保护、线路保护、发电机保护和变压器保护功能的微机保护装置，此保护装置已运用于实际的电力监控中（110KV），如发电机组、变电站和铁路线上，且运行效果良好。