[0050] 傳統的嵌入式設計，通常采用前后臺系統設計方法:后臺系統為循環掃描調用一 定函數去來完成相應的功能;前臺系統為實時調用一定中斷程序去及時處理對應的突發事 件。由于運些程序都面向控制過程，因此可移植性差，開發效率低。本實用新型采用面向對 象的基于實時操作系統的編程技術，克服了上面的缺點，編程更高效，更方便。
[0051] 具體的軟件開發采用C語言來編寫程序，再采用DSP配置工具定義對象。系統可智 能地控制電力設備，可對各種信號如電流、電壓、差動、反時限、頻率、時間等進行測試與監 測，并可根據運些量的故障情況進行自動動作并保護，而且有自我保護功能。
[0化2] 主DSP系統主程序的設計：
[0053] DSP系統主程序主程序包含四個子程序:命令處理、命令執行、數據發送和錄波子 程序，設計主要包括系統的初始化、開起中斷、和各種任務子程序等模塊。具體結構見下圖 4。
[0化4] 主DSP系統子程序設計：
[0055] DSP系統的程序基本都按模塊式來設計，主要設計了的主程序模塊、中斷程序模 塊、報警模塊等。為了提高監控DSP板的功能，設計了仿真試驗、自檢、閉環保護及顯示等功 能。系統設計有自檢功能，初始化后可對裝置進行全面的自檢查并顯示檢查結果。同時可顯 示短路、過溫、電流等有關信息。可根據需要通過菜單或鍵盤設置有關參數。系統在調試狀 態時，用戶可通過鍵盤來實時操作，DSP可根據用戶指定的任務實時對中斷、信息、任務等進 行處理。人機接口的程序流程見如上圖5:
[0化6] 主DSP系統中斷管理的設計：
[0057] 在DSP的應用環境中，一系列的對象模塊向開發者提供了一個實用的實時操作系 統。SWI是DSP任務調度的核屯、，尤其在執行實時性任務時其重要性更顯得突出，SWI設有14 個優先級，每個優先級配若干個個任務。高優先級高的任務可搶斷優先級低的任務，優先級 同的任務申請的先后順序來運行DSP的系統程序主要包括一個主程序和5個中斷子程序。中 斷t imerO程序，，中斷INTl程序，中斷CAN程序，SCI串口A的RS232和SCI串口B的RS485中斷 程序。五個中斷的中斷程序功能及優先等級具體如下表1所示
[0058] 表1中斷的功能及優先級表
[0化9]
[0060] 軟件抗干擾的設計：
[0061] 在硬件上采取了抗干擾的措施，在軟件上也采取了抗干擾的設計。運樣即使硬件 不能完全去除干擾，軟件技術上我們采取了入下面幾種方法組成第二防線，有效的去除了 干擾，具體方法如下：
[0062] 1)細致考慮處理硬件各種可能出錯的情況和報警。
[0063 ] 2)冗余設計了 一些重要數據，防止裝置誤動。
[0064] 3)采用合理的算法，提高了抗干擾的功能。
[0065] 4)采用看口狗軟件增強了抗干擾的功能
[0066] 5)設計軟件陷阱的服務程序W防止程序"跑飛"。
[0067] 系統的仿真與測試：
[0068] 系統的仿真：
[0069] 系統可在線編程，實時修改任務，但系統CCS編程生成目標文件是COFF格式，運里 采用特定工具可將目標文件轉化成16進制格式的數據。目前DSP系統由于主頻越來越高，運 算也速度越來越快，小規模邏輯器件譯碼已不能滿足DSP系統性能的需求。編程器選擇 Altera公司的MAX7000，主要看中它集成度高，頻率高，速度快的優勢。開發在Quartus n 5.1 的環境下，采用VHDL語言，完成了系統的功能設計與仿真。
[0070] 計算機軟件主要是在中文WIND0WS2000下進行，有可視化特性，我們建了仿真試驗 模型，測試保護裝置的仿真試驗分空載運行、故障發生、斷路器動作、重合閩動作四個過程。 上位機可控制測試保護裝置的電流，電壓，動作時間等參數，并對運些數據進行分析和處 理，再對處理的結果加 W判斷，最后輸送主控DSP，上位機有電壓/電流測試，整機試驗測試 等八大功能模塊，測試模塊的軟件界面如圖5。
[0071] 系統的測試：
[0072] 系統裝置性能測試的主要參數指標根據《繼電保護裝置的試驗技術要求》文件中 有關規定和實時的系統情況而定。裝置組裝完成后，對測試裝置下面的幾項功能進行了測 試:裝置的響應速度和裝置的輸出精度進行測試，測試試驗結果比較令人滿意。
[0073] 響應速度的測試：
[0074] 采用示波器測量信號源的輸出的電壓。發現為50V方波，頻率50化，如果外接電阻 負載，電壓的上升速度很快，上升時間小于0.2豪秒，完全滿足技術文件的要求。
[0075] 系統輸出精度的測試：
[0076] 輸入信號為50化正弦波，輸出接電阻性負載，當輸出短路時測量輸出的電壓、電流 和T皿值，測量結果如表2所示:也完全滿足要求。
[0077] 夫9輸m的結麼加 Il就 [007引
[0079] 系統小信號輸出精度的測試：
[0080] 如果設置為"小信號輸出"模式，內部的8路開關量I SL43410全部直接輸出小信號 模擬量電壓，用高分辨率雙蹤示波器測得小信號模擬量電壓波形如圖6。
[0081] 用精密萬用表測量小信號模擬量輸出電壓，其結果如表3:
[0082] 表3小信號輸出電壓精度測試結果
[0083]
[0084] 結果表明：本裝置小信號模擬量輸出也符合技術要求，而且波形平滑，毛刺少，失 真少，表明設備的抗干擾性強。不足之處是功放輸出的電壓、電流在小信號的誤差稍大了 點，但現場的輸入信號一般不會太小，所W運種情況的出現很難。
[0085] 系統電流保護功能的測試：
[0086] 設定多種可能發生的故障情況，測試運些可能發生的故障情況的電流保護第I、第 II、第III段的動作情況，各種故障情況下電流保護動作參數完全滿足預期要求，誤差在允 許范圍。為全面檢測DSP保護測試裝置的性能，我們對將微機保護測試裝置進行了綜合性的 測試，所有的參數都符合技術文件的要求。其它實驗限于篇幅不再一一列舉。
[0087] 通過上面的系列測試證明：本設計的繼電保護監測裝置的技術要求和性能指標完 全符合多功能保護工業設計的要求，本監測裝置的性能優越，響應速度快、輸出精度高、體 積小、重量輕、運行可靠、人機界面友好等特點。
[0088] 本設計的繼電保護裝置的工作穩定，性能優越，完全達到甚至超越了企業對變配 電站改造提出的幾點要求。優越于常規微機繼電保護，可滿足變配電站多種綜合性的保護。
[0089] W上所述僅是對本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上 的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對W上實施例所做的任何簡單修改，等同變化與 修飾，均屬于本實用新型技術方案的范圍內。
【主權項】
1. 一種基于DSP微機保護系統，其特征在于，該基于DSP微機保護系統包括通信接口、 CPLD邏輯控制器、信號調理電路、低通濾波電路、模數轉換器ADC、鍵盤、顯示屏、DSP數字信 號處理器、電源板裝置、CAN驅動芯片裝置和主控制與信號產生裝置； 所述信號調理電路，采用MAX542的芯片設置有14個引腳，14腳接5V電源；12腳接數字 地;3、4腳接模擬地;5、6腳接2.5V參考電壓；1腳和13腳接運放;10腳接串口的輸入;7腳接片 選CS;8腳接頻率10MHz的時鐘信號；11腳與轉換并發送信號的DAC連接;2腳采用雙極性電壓 信號輸出與外部電路連接； 所述低通濾波電路包括5階多重反饋型LPF有源濾波電路，所述5階多重反饋型LPF由采 用1階LPF的第一級、均采用2階LPF的第2級和第3級構成； 所述DSP數字信號處理器設置有通信接口，所述信號調理電路、低通濾波電路、模數轉 換器ADC依次電連接，所述模數轉換器ADC輸出端與DSP數字信號處理器輸入端連接，所述模 數轉換器ADC輸入端與CPLD邏輯控制器輸出端連接，所述CPLD邏輯控制器與DSP數字信號處 理器互逆連接，所述鍵盤與模數轉換器ADC輸入端連接，所述模數轉換器ADC輸出端與顯示 屏連接； 所述電源板裝置包括電源板、電源芯片、電源監視芯片；所述電源芯片與電源板連接， 電源監視芯片與電源芯片連接，所述電源芯片與DSP數字信號處理器連接，所述電源監視芯 片與DSP數字信號處理器互逆連接； 所述CAN驅動芯片裝置和主控制與信號產生裝置互逆連接，所述CAN驅動芯片裝置與 DSP數字信號處理器互逆連接。2. 如權利要求1所述的基于DSP微機保護系統，其特征在于，所述CPLD邏輯控制器包括 EPM7128AECPLD芯片。3. 如權利要求1所述的基于DSP微機保護系統，其特征在于，所述顯示屏包括320240液 晶顯示屏。4. 如權利要求1所述的基于DSP微機保護系統，其特征在于，DSP數字信號處理器包括 M41T11M6實時時鐘檢測器、SST39VF800FLASH芯片、AT24C512接口、IS61LV51216接口、與上 位機通訊連接的RS232接口、與以太網通訊連接的CS8900A接口。5. 如權利要求1所述的基于DSP微機保護系統，其特征在于，所述CAN驅動芯片裝置包括 SN65HVD230CAN驅動芯片，所述主控制與信號產生裝置包括DSP1主控制與信號產生器。
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于DSP微機保護系統，包括通信接口、CPLD邏輯控制器、信號調理電路、低通濾波電路、模數轉換器ADC、鍵盤、顯示屏、DSP數字信號處理器、電源板裝置、CAN驅動芯片裝置和主控制與信號產生裝置。本實用新型采用CPLD編程，基于嵌入式的思想，設計了人機交互模塊，確保了監控的實時性，軟件全部采用模塊化設計，采取了軟件抗干擾的措施，設計了系統的仿真與自檢功能，整機通過試驗表明精度高、體積小、重量輕、運行可靠、人機界面友好等特點，超越了常規繼電器和微機保護，滿足變配電站多種綜合性的保護。
【IPC分類】H02J13/00, H02H7/22
【公開號】CN205377271
【申請號】CN201620129829
【發明人】王偉平
【申請人】湖南汽車工程職業學院
【公開日】2016年7月6日
【申請日】2016年2月19日