智能脫扣器的軟硬件設(shè)計(jì)

瞬時(shí)保護(hù)是一種特殊的保護(hù)方式，它不需要對(duì)有效值進(jìn)行比較，而是采用即采即比的方式，一旦發(fā)現(xiàn)某個(gè)采樣點(diǎn)超過(guò)規(guī)定的門(mén)檻，立即讓單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出脫扣信號(hào)。但是，由于脫扣器工作條件不定，不可避免受到外界干擾源的影響，導(dǎo)致脫扣器誤動(dòng)，為了減少誤動(dòng)的可能性，可以采取判別連續(xù)幾個(gè)采樣點(diǎn)是否都超過(guò)門(mén)檻值，如果都超過(guò)則認(rèn)定故障發(fā)生，否則判別為外界干擾。采取這種方法提高了可靠性但是降低了時(shí)效性，至于連續(xù)判別幾個(gè)采樣點(diǎn)根據(jù)實(shí)際需要來(lái)定。

3 抗干擾的措施

影響智能脫扣器的干擾源有用電設(shè)備的浪涌電流，對(duì)講機(jī)、手機(jī)等產(chǎn)生的射頻輻射，智能脫扣器內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源和斬波釋放電路等。這些干擾源的存在導(dǎo)致程序死掉，或電流電壓等參數(shù)顯示不準(zhǔn)確導(dǎo)致故障狀態(tài)判斷錯(cuò)誤，進(jìn)而引起脫扣器誤動(dòng)作。為了減少干擾的影響，需要在硬件和軟件上采取相應(yīng)措施。

3．1 硬件抗干擾

采取的措施有：

1）合理布線，使數(shù)字電路地和模擬電路地共點(diǎn)地為懸浮工作方式，即系統(tǒng)各回路的基準(zhǔn)電位互相連接在一起而不與大地相連，這樣系統(tǒng)有較強(qiáng)的抗干擾能力；

2）模擬電路地和數(shù)字電路地分開(kāi)接地，最后再匯合到一點(diǎn)，這是因?yàn)閿夭ㄐ狗烹娐吩趩?dòng)工作后，出現(xiàn)很高的瞬態(tài)干擾，把邏輯地（主機(jī)）和模擬地（A/D）分開(kāi)后，這一干擾就降到很低；

3）線路板和元器件表面噴絕緣層，是防潮和絕緣的需要，對(duì)防電磁干擾也有很重要的作用；在機(jī)殼內(nèi)涂金屬屏蔽層，形成等電位屏蔽，對(duì)電磁干擾也有很大的屏蔽作用；

4）在穩(wěn)壓電源、隔離變壓器后側(cè)安裝濾波電路，能使火線與零線中的干擾電流得到衰減；

5）芯片的選擇上，盡可能采用體積小的芯片封裝，由于貼片封裝比直插封裝體積小、抗干擾能力強(qiáng)，因此選擇貼片封裝；

6）盡量減少外圍電路，使電路板布線簡(jiǎn)單；

7）硬件電路應(yīng)采用多級(jí)跟隨器和高頻濾波電路，以保證信號(hào)不失真。

3．2 軟件抗干擾

軟件上抗干擾的方法有以下幾種。

1）為了防止裝置受到干擾進(jìn)入“死機(jī)”狀態(tài)，在程序中加入一些監(jiān)控措施利用看門(mén)狗（WATCHDOG）對(duì)程序進(jìn)行死鎖檢測(cè)，在必要的時(shí)候自動(dòng)復(fù)位；在未使用的中斷向量區(qū)、空白程序區(qū)設(shè)置軟件陷阱，強(qiáng)迫程序跑飛以后能夠回到正常軌道上來(lái)；在必要的地方寫(xiě)入冗余指令，以調(diào)整指令長(zhǎng)度，防止程序混亂。

2）對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波首先對(duì)每一個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行判別，讓其與相鄰值、前次值以及增值最大值比較，根據(jù)對(duì)稱(chēng)檢測(cè)法、限幅檢測(cè)法來(lái)判斷是否為干擾信號(hào)；對(duì)最近采樣的點(diǎn)進(jìn)行FFT計(jì)算得到的數(shù)據(jù)與前幾次的數(shù)據(jù)求平均值，舍去“異類(lèi)”。

3）軟件“WATCHDOG”技術(shù)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)受到外界干擾的時(shí)候，程序會(huì)偏離正常軌道從而引起一系列問(wèn)題，出現(xiàn)死循環(huán)，系統(tǒng)無(wú)法回到正常狀態(tài)。軟件看門(mén)狗技術(shù)特點(diǎn)是：系統(tǒng)正常運(yùn)行程序中，每隔一段固定時(shí)間就要對(duì)“WATCHDOG”進(jìn)行“喂狗”操作，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)如果檢測(cè)到“喂狗”操作，表明系統(tǒng)運(yùn)行正常，否則認(rèn)為系統(tǒng)出錯(cuò)，自動(dòng)發(fā)出復(fù)位信號(hào)。本項(xiàng)目采用的CYGNAL51芯片內(nèi)部自帶看門(mén)狗，這就減少了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)人員的工作量。

此外，在數(shù)據(jù)處理的算法上進(jìn)行改進(jìn)，也能大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力，但是，這往往是以犧牲代碼長(zhǎng)度為代價(jià)的，至于如何取舍看實(shí)際項(xiàng)目要求而定。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著高性能、低價(jià)格芯片的不斷涌現(xiàn)，在保留傳統(tǒng)設(shè)備優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，智能脫扣器在保護(hù)的多樣性、判斷準(zhǔn)確性和抗干擾性、自診斷保護(hù)、實(shí)時(shí)通訊和顯示等方面有較大的改進(jìn)，這大大方便了用戶，從而有廣闊的市場(chǎng)前景。