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1、嵌入课程设计成绩评定表设计课题基于S08的开关柜智能测控装置设计学院名称:电气工程学院专业班级:学生姓名:学 号:指导教师:设计时间:2013-04-032013-04-12嵌入式微控制器课程设计课程设计名称：基于S08的开关柜智能测控装置设计专业班级：学生姓名：学 号:指导教师：课程设计地点：课程设计时间： 2013-04-032013-04-12单片机系统 课程设计任务书学生姓名专业班级学号题目基于89C51的砼配料控制系统设计课题性质工程设计课题来源自拟指导教师臧海河主要内容（参数）利用S08芯片设计开关柜智能测控装置，实现以下功能：1. 测量得到电流、电压、温湿度值与预先设定的各种保护
2、数值进行对比，2. 由此来判断开关柜的电压电流是否正常、温湿度状况是否正常，若不正常 则输出相应的告警信息。3. 外部扩展了铁电存储器，用于存储 些重要的参数，即使以后升级程序也 不会丢失先前的重要数据。任务要求（进度）第1-2天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及 兀件参数选择要有依据，各单兀电路的设计要有详细论述。第5-6天：软件设计，编写程序。第7-8天：实验室调试。第9-10天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格 式规范、方案合理、设计正确，篇幅不少于3000字。主要参考资料1 任致
3、程，周中.电力电测数字仪表原理与应用指南M.北京：中国电力出 版社，2007.2 王威.嵌入式微控制器S08AW原理与实践M.北京：北京航空航天大学出 版社，2009.3 ADE7758 数据手册EB/OL.Analog Devices，2006.4 孙兴丽，刘曙光.一种开关柜智能操控装置的设计与实现J.高压电器， 2009.审查意见系（教研室）主任签字：年 月 日1 硬件设计方法错误！未定义书签。1.1设计平台错误！未定义书签。1.2 硬件电路图1.3 部分电路 错误！未定义书签。1.3.1中央处理单元错误！未定义书签。1.3.2开关量控制模块错误！未定义书签。1.3.3人机交互单元错误！未
4、定义书签。1.4 评述 错误！未定义书签。2 软件设计流程错误！未定义书签。3 实现的技术指标及性能 94 应用案例105 结语1111参考文献基于S08AW芯片的开关柜智能测控装置设计0引言开关拒一般有断路器（负荷开关）、隔离刀闸、接地刀闸等一次开关设备。在运 行或调试中，监测这些一次开关设备状态是至关重要的。在传统的开关柜上，一 般使用信号灯来指示这些状态的，这样做显示不直观，且接线不方便。开关柜智 能测控装置将一次设备状态显示与开关柜的一次方案图相结合，LED显示器件置 于一次方案图中设备符号所处位置，电路状态一目了然，生动直观，如图1所示。3 1 ASD系列开关柜智能测控装苴产品示意图
5、同时集成的高压带电显示、自动温湿度控制、电参数测量功能使开关柜盘面简洁 大方，降低二次接线工作量。1硬件设计方法1.1设计平台中央处理器采用Freescale公司的第一款基于高度节能型S08核的器件 MC9S08AW32高性能单片机，该单片机片上资源丰富，支持BDM片上调试功能，片 内集成看门狗电路，抗干扰能力突出，具有业内最佳的EMC性能。CPU总线频率 最高可达20MHz，最高运行速率可达40MHz。丰富的片上资源：32KB在线可编程 FLASH存储器，内部时钟发生器，带有2个可编程定时器，丰富的I/O 口：双SCI 口，SPI、I2C等接口，极大的方便了硬件的扩展。设计框图电能计量芯片采
6、用美国ADI公司的高精确度三相电能测量芯片ADE7758。该芯片 的测量精度高，功能强大。该IC内嵌高精度的模数转换器和固定模式的数字处理信号处理器（DSP），具有数字积分、数字滤波、实用电能监测、计量功能。芯 片带有一个SPI串行口、有功电能脉冲输出、无功电能脉冲输出，可用于各种三 相系统中有功功率、无功功率、电能、电压电流有效值的测量以及以数字方式校 正系统误差所必须的信号处理电路。ADE7758为各相提供系统校准功能，包括有效值偏移校准、相位校准、功率校准。1.2装置硬件电路设计框图如下，整个系统以MC9S08AW32为核心，按功能可划分为 中央处理单元、电源模块、电压电流采样及运算、开
7、关量控制模块、温湿度采集 模块、人机交互模块、通讯模块等。=|故閨指小LCD液品显示开关量输出开关蹄入弐蠶斗电也输入ADE775S 合电流输入斗图.龙硬件电路设计框图1.3部分电路1.3.1中央处理单元中央处理单元电路图如图3所示，CPU对采样信号进行处理计算，根据测量得 到的电流、电压、温湿度值与预先设定的各种保护数值进行对比，由此来判断开 关柜的电压电流是否正常、温湿度状况是否正常，若不正常则输出相应的告警信 息。外部扩展了铁电存储器，用于存储一些重要的参数，即使以后升级程序也不 会丢失先前的重要数据。1.3.2开关量控制模块开关量控制模块包括开关量输入和告警输出，其电路图如图4所示。开关
8、量输入 经光电耦合接入CPU；告警由GPIO 口经光电耦合器连接到继电器输出。开关量 输入设有8路，依次对应一次图中的断路器合、断路器分、手车工作位置、手车 试验位置、接地刀位置以及弹簧储能指示，其余预留。开关量输入对应一次图可 编程设置。开关量输出设有6路，依次输出加热器1、加热器2、风扇、告警、 照明、闭锁的状态。1.3.3人机交互单元本装置高端产品的人机交互界面采用LCD液晶显示模块。LCD采用128*128点阵 显示，初始界面为电参量显示界面，通过按键输入进入菜单设置界面，菜单选项 均采用中文显示界面，使得操作直观易懂。通过菜单选项可以设置诸如接线方式、 电压变比、电流变比、告警定值、
9、通信地址波特率等参数。低端产品则采用双排 四位LED数码管显示来温湿度信息及各种可编程信息。用户可根据实际需要进行 设置各种告警定值参数、通信地址波特率等。1.4评述本装置采用的电源模块为开关电源模块。该电源模块输入电压为AC90285V或 DC100300V，输入频率4560Hz，输出电压稳定、故障率小，输出纹波V1%, 转换效率$75%。具有过压、过流保护。该模块经实际现场使用，具有很高的稳 定性、可靠性和抗干扰能力。温湿度传感器采用SHT10,该系列产品是一款高度集成的温湿度传感器芯片，具 有超快响应、抗干扰能力强等优点，提供全标定的数字输出。CPU与SHT10采用 串行接口，在传感器信
10、号的读取及电源损耗方面，都做了优化处理。高压带电显示模块由高压带电传感器输入电信号，由此判断此高压柜是否带电。 由于母线电压较高，所以高压带电显示电路采用了各种过压保护、隔离保护器件 来确保装置内部电路的正常工作。此外，本装置还集成有操控功能、人体感应功能、语音防误提示功能等。2软件设计流程系统软件设计包括主程序、通讯模块2个部分。主程序完成上电或复位初始化，电能芯片初始化，其他外设初始化，温湿度测量, 读取电参数，电量计算，状态显示及报警处理，LCD显示刷新及按键处理等功能, 程序设计流程如图5。CPU初始化主要指对CPU的特殊状态寄存器SFR进行配置，设置I/O 口的输入输 出状态及初始状
11、态，读取铁电寄存器数据等；电能芯片初始化主要指对ADE7758 功能寄存器的配置；主程序其余部分则是对各项功能的完成，只有合理安排程序 流程来完成这些功能，装置才能可靠工作。通讯模块以中断方式实现，主要完成接收数据，协议处理等功能。通讯协议采用 标准MODBUS-RTU规约，便于上位机的通讯，与其他网络仪表组网使用，实现对 开关柜状态的实时监测。+屯能芯片钊始化+温显度测！11T汝取电夥籤T用撷警处裡SLCD握示別那+磁盘处理閤5程序设计流程图3实现的技术指标及性能ASD系列开关柜智能测控装置的技术指标见表1。产品设计时采用优异的电磁干扰 PCB设计技术，生产时经过整机带电老化与出厂检验测试，
12、确保了产品的长期工 作的稳定性和可靠性。表1 ASD装置技术指标技术参数指标输入网络三相三线、三线四线频率4560 Hz电压 /电流额定值：AC 100V/5A过负荷：1.2倍额定值（持续）；2倍额定值持续1 秒功耗：电压回路小于0.5VA ；电流回路小于1VA 1输出电能输出方式：集电极开路的光耦脉冲脉冲常数：32000imp/kWh通讯RS485 接口，MODBUS-RTU 协议精度电参量频率0.05Hz、无功电能1级，其余0.5级温湿度温度：1C；湿度：4%开关量输入8路干接点输入，内置+12V电源开关量输出输出方式：6路继电器输出触点容量：AC250V/5A电源AC90-285V, D
13、C100-300，功耗W8VA安全性工频耐压：AC2kV/1min；绝缘电阻：100MQ电磁兼容性 兼容静电测试：3级；脉冲群测试：4级；浪涌测试：4 级环境工作温度：-1055C；存储温度-2070C；相对 湿度：5%95%不结露；海拔高度：小于2500米4应用案例在某水泥厂高压开关柜设计中，全部采用了 ASD系列开关柜智能测控装置。应用 方案见图6。图中信号指示回路通过开关量输入采集来实现一次原理图指示；带 电显示回路通过高压传感器输入来指示母线是否带电；温湿度控制回路通过温湿度传感器输入来实现温湿度控制。并带有Modbus通讯输出，供用户远程监测和 控制。一改以往每个开关柜需配备不同厂家
14、的多种产品，既减少了工程量节约了 成本，又提高了系统的可靠性。投入试用的开关柜智能测控装置以其良好的稳定 性和可靠性能保证了对开关柜内的一次设备的保护，并且保证了对于电压、电流、 功率等参数的准确测量和对电能的准确计量，同时方便了用户对开关柜的实时监 控。5结语开关柜智能测控装置针对电力开关柜的控制要求设计，适用于中置柜、手车柜、 固定柜、环网柜等多种开关柜。该产品已经系列化，集操作、显示于一体，满足 多种客户的需求，具有功能齐全、运行可靠、抗干扰性能优越等特点，应用前景 十分广阔。参考文献：1 任致程，周中.电力电测数字仪表原理与应用指南M.北京：中国电力出版 社，2007.2 王威.嵌入式微控制器S08AW原理与实践M.北京：北京航空航天大学出版 社，2009.3 ADE7758 数据手册EB/OL.Analog Devices，2006.4 孙兴丽，刘曙光.一种开关柜智能操控装置的设计与实现J.高压电器， 2009.
