一种基于PIC单片机的智能直流断路器测控装置的制作方法

本发明涉及断路器检测领域，尤其涉及一种基于pic单片机的智能直流断路器测控装置。

背景技术：

随着我国经济建设的高速发展，越来越多的区域采用直流输电线路，对直流电源的保护和控制要求也越来越高。目前国内研究的智能直流断路器测控装置的信号处理与控制单元普遍采用传统的mcs-51系列单片机。传统51单片机有诸多缺点，如运行速度慢，不能满足智能化的发展要求；指令多，编程复杂；无a/d转换功能，需要外加a/d转换器，接线复杂化；抗干扰能力差等。无法有效保证直流断路器的高可靠性和高可控性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于pic单片机的智能直流断路器测控装置，以解决上述传统51单片机运行速度慢，不能满足智能化的发展要求；指令多，编程复杂；无a/d转换功能，需要外加a/d转换器，接线复杂化；抗干扰能力差等问题。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种基于pic单片机的智能直流断路器测控装置，包括信号调理单元、pic单片机控制单元和分合闸电容放电控制单元；所述信号调理单元的输入端采集短路电流信号，所述信号调理单元的输出端与所述pic单片机控制单元的输入端连接；所述pic单片机控制单元的输出端与分合闸电容放电控制单元的输入端相连接。

其中，所述信号调理单元是由信号跟踪与限幅模块、前置隔离放大模块和低通滤波模块构成；所述信号跟踪与限幅模块的输入端采集短路电流信号，其输出端依次与所述前置隔离放大模块和所述低通滤波模块顺序连接。

其中，所述pic单片机控制单元是由带a/d转换的pic单片机、显示模块、上位机通信接口模块、光电隔离模块和放电控制电路模块构成；所述pic单片机采集外部的复位信号、晶振信号及电压模拟信号，所述pic单片机输出端分别与所述显示模块、所述上位机通信接口模块和所述光电隔离模块放电控制电路模块的输入端连接；所述光电隔离模块的输出端与所述放电控制电路模块的输入端连接。

其中，所述pic单片机为pic16c774单片机，内含a/d转换、eeprom存储器、spi接口和usart接口，所述a/d转换是由10个模拟输入通道和12位数字信号输出通道构成。

其中，所述上位机通信接口模块采用带±15kvesd保护的全功能异步串行标准rs232收发芯片max3110。

其中，所述显示模块采用的是字符型液晶显示驱动控制器hd44780u。

其中，所述放电控制电路模块是合（分）闸电容放电控制电路，其结构为常规连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：提供了一种可靠地、高精度地测量控制直流电路电流，为直流断路器精确动作提供依据；采用dc+5v供电，pic单片机操作频率为20mhz；可以做到精度测量、安全性好、抗干扰能力强，保证测量值的准确性；线路结构更加简化；编程指令少，大大降低程序开发难度；运行速度快（每条指令最快可达160ns），特别适合断路器的快速性应要求；功耗低，节能环保；驱动电流强（>20ma）,可以直接驱动发光二极管；抗干扰能力强，尤其适合工业现场等。

附图说明

图1所示为本发明的整体结构框图。

图2所示为本发明中信号调理单元的结构框图。

图3所示为本发明中信号调理单元的电路示意图。

图4所示为本发明中pic单片机控制单元的结构框图。

图5所示为本发明中放电控制电路模块的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

应当说明的是，本申请中所述的“连接”和用于表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，其既可以指代某一部件与另一部件直接连接，也可以指代某一部件通过其他部件与另一部件相连接。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明的实施例，一种基于pic单片机的智能直流断路器测控装置，包括信号调理单元、pic单片机控制单元和分合闸电容放电控制单元；所述信号调理单元的输入端采集短路电流信号，所述信号调理单元的输出端与所述pic单片机控制单元的输入端连接；所述pic单片机控制单元的输出端与分合闸电容放电控制单元的输入端相连接。

进一步的，所述信号调理单元是由信号跟踪与限幅模块、前置隔离放大模块和低通滤波模块构成；所述信号跟踪与限幅模块的输入端采集短路电流信号，其输出端依次与所述前置隔离放大模块和所述低通滤波模块顺序连接。

进一步的，所述pic单片机控制单元是由带a/d转换的pic单片机、显示模块、上位机通信接口模块、光电隔离模块和放电控制电路模块构成；所述pic单片机采集外部的复位信号、晶振信号及电压模拟信号，所述pic单片机输出端分别与所述显示模块、所述上位机通信接口模块和所述光电隔离模块放电控制电路模块的输入端连接；所述光电隔离模块的输出端与所述放电控制电路模块的输入端连接。

进一步的，所述pic单片机为pic16c774单片机，内含a/d转换、eeprom存储器、spi接口和usart接口，所述a/d转换是由10个模拟输入通道和12位数字信号输出通道构成。

进一步的，所述上位机通信接口模块采用带±15kvesd保护的全功能异步串行标准rs232收发芯片max3110。

进一步的，所述显示模块采用的是字符型液晶显示驱动控制器hd44780u。

进一步的，所述放电控制电路模块是合（分）闸电容放电控制电路，其结构为常规连接。

需要说明的是，信号调理是指测量系统中的对小信号放大、滤波、零点矫正、线性化处理、温度补偿、误差修正和量程切换等操作的统称。相应的执行电路统称为信号调理电路。此信号调理重点是将小信号放大、线性隔离、低通滤波。其中，电压信号vin通过电阻分压器（r1和r2）分压后进入调理电路。为防止直流大电流突变造成系统电路损坏和器件烧毁，在信号输入端必须对其限幅，这里采用稳压二极管d（稳压值为3.0v）作为限幅元件。电路中电压跟随器ａ，具有较大的输入电阻和较小的输出电阻，增强了对弱信号的拾取和后续电路的带载驱动能力，同时也避免了强、弱电的直接连接，起到缓冲、隔离的作用。ａｌ、ａ２、ａ３均选用精密运算放大器op07。r5和c3构成一个rc低通无源滤波电路。从结构上看它是ｌ型低通滤波器。

信号处理与控制单元设计：将隔离放大、滤波后的模拟信号送入pic单片机，经a/d转换成数字信号后再进行运算处理，根据处理结果发出相应的控制命令等系列操作，此为信号处理与控制。完成相应功能的器件和电路组成了信号处理电路。本测控单元的微控制器采用pic16c774单片机，内含a/d转换（10个模拟输入通道和12位数字信号输出）、eeprom存储器、spi接口和usart接口等功能。

单片机对信号数据进行处理后，需要与上位机进行数据通信，将采得的电流信号波形显示于上位机，以增强人机交互功能。本发明采用±15kvesd保护的全功能异步串行标准rs232收发芯片max3110。该方法以硬件实现异步数据传输、ttl和rs232的电平转换,性能稳定,且软件编程较为简单,只需考虑pic与max3110之间的同步数据通信。max3110由一个简单的uart、一个可编程波特率发生器、一个中断发生器(4个中断源可分别屏蔽)及两路带±15kvesd保护的rs232收发器组成。max3110真正做到了标准串口扩展,无需像同系列芯片max3100那样外接max232之类的电平转换芯片。其时钟可选用1.8432mhz或3.6864mhz晶振或由占空比为45%～55%的外部方波驱动,从而获得300至230kbps的波特率范围,不仅适于高速率rs-232和rs-485数据链路,而且可设定为高速红外线数据通信模式irda。

数码显示电路是将直流供电系统的电流信号幅值以数字的形式实时显现出来，是实现人机交流的一种重要形式。此部分电路采用的是字符型液晶显示驱动控制器hd44780u合分闸电容放电控制电路。

所谓电容放电是指永磁机构控制回路中的预充电电容放电的控制电路。操动机构的电源是指永磁机构控制回路中的合、分闸预充电电容cy。电容放电回路的控制电路原理图。图中，触发信号是由单片机根据数据处理结果给出的合、分闸命令信号。u2为光电耦合器（如4n25），作为输出隔离开关将单片机系统与放电回路隔离，可有效防止放电回路中产生强电干扰损坏系统。u2的输出端与三级管q１构成达林顿管结构，以增强信号放大能力；cｌ为电解电容；d为稳压二级管（稳压值为9ｖ），以限定cｌ两端的电压值；r３（>>r４）为分压电阻，与d共同分担预充电电容cy两端的电压；r４为限流电阻，限制scr触发电流在其允许的范围内；scr为可控硅，控制放电回路导通；l为分（合）闸电感线圈。

其控制过程为：当触发信号到来时，ｕ2输入端产生驱动电流，输出端导通，此时q１由截止变为导通，cｌ通过qｌ、r４、scr门极放电，触发scr导通，cy对分（合）闸电感线圈放电，在分（合）闸线圈所产生电磁场的驱动作用下永磁机构铁心带动断路器的操动杆动作，完成分（合）闸操作。此电路利用预充电电容cy自身电压完成了scr的触发控制，大大简化了触发电路。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。