基于MSP430的直流接地檢測系統(tǒng)

正負(fù)母線電壓檢測。正母線、負(fù)母線、地線經(jīng)過“平衡-不平衡”檢測電橋后，由電位器對檢測點(diǎn)A的電壓進(jìn)行分壓，得到便于采集的低壓直流信號(hào)。正負(fù)母線相對于地的電壓超過了人體的安全電壓，為了減少處理器與檢測電橋部分的連接，系統(tǒng)采用壓頻轉(zhuǎn)換器對分壓后的信號(hào)進(jìn)行采集。由于采用了壓頻轉(zhuǎn)換器，只需要一根信號(hào)線，一個(gè)光電耦合器件就能夠?qū)崿F(xiàn)母線電壓的檢測，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。經(jīng)過分壓后的低壓直流信號(hào)由電壓／頻率變換器AD7740轉(zhuǎn)換成頻率隨輸入電壓成線性關(guān)系的方波信號(hào)。該方波信號(hào)經(jīng)過光耦隔離再送處理器，避免母線的高壓對操作人員造成傷害。處理器對方波信號(hào)測頻，并換算成檢測點(diǎn)A對應(yīng)的電壓，最后根據(jù)3次測得的A點(diǎn)電壓及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)計(jì)算出母線電壓和母線絕緣電阻。
64路支路漏電流檢。非接觸式漏電流傳感器送過來的直流感應(yīng)電壓經(jīng)過8個(gè)8選1模擬開關(guān)(CD4097)選擇，形成8路直流電壓信號(hào)。為了降低ADC芯片輸入阻抗對測量精度的影響，用高輸入阻抗的運(yùn)放對該電壓信號(hào)進(jìn)行射隨緩沖后送到A／D轉(zhuǎn)換器TLC2543的8個(gè)模擬信號(hào)輸入端。A-DC芯片內(nèi)部自動(dòng)進(jìn)行通道切換，循環(huán)采集8個(gè)輸入端的模擬信號(hào)，采集到的數(shù)據(jù)通過SPI串行通信總線送處理器MSP430F149。
人機(jī)交互模塊分為LCD顯示和矩陣鍵盤。LCD也為串行SPI接口，與ADC芯片共用一個(gè)SPI接口，通過I／O口片選區(qū)分。LCD主要用于循環(huán)顯示當(dāng)前的正負(fù)母線電壓，正負(fù)母線絕緣電阻，當(dāng)前的時(shí)間，絕緣電阻異常的支路號(hào)。鍵盤采用4個(gè)I／O接口對2×2的矩陣鍵盤進(jìn)行掃描，用于輸入絕緣電阻報(bào)警的上下限。母線電壓報(bào)警的上下限，選擇需要查看的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
處理器模塊分為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)日歷鐘，系統(tǒng)復(fù)位，系統(tǒng)供電，JTAG調(diào)試接口等。當(dāng)系統(tǒng)的母線電壓或者絕緣電阻異常時(shí)，儀器將會(huì)自動(dòng)記錄當(dāng)前的母線電壓，母線絕緣電阻，異常的支路號(hào)和當(dāng)前的故障發(fā)生日期，并將其存儲(chǔ)到EEPROM中，以便日后查詢使用。實(shí)時(shí)日歷鐘芯片用于提供發(fā)生故障異常的時(shí)間記錄來源，并可供日常顯示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用了MSP430F149處理器作為系統(tǒng)控制中心，在軟件設(shè)計(jì)中利用了該單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器大的優(yōu)點(diǎn)，便于對64路漏電流傳感器采集的數(shù)據(jù)、母線電壓和母線絕緣電阻數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。主程序中首先完成的是各個(gè)模塊的初始化，主要包括液晶顯示器初始化、模擬切換開關(guān)初始化、模數(shù)轉(zhuǎn)換器初始化。為了確保系統(tǒng)工作的可靠性，系統(tǒng)在上電后首先進(jìn)行自檢，保證系統(tǒng)中的各個(gè)部分硬件電路正常后，將會(huì)自動(dòng)進(jìn)入直流接地檢測狀態(tài)，否則顯示自檢失敗信息提示操作人員。
整個(gè)程序的編寫均由C語言完成，在程序設(shè)計(jì)中，采用了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，使各個(gè)模塊程序相對獨(dú)立，便于程序代碼的維護(hù)、移植和升級(jí)。同時(shí)，這樣分離式的程序設(shè)計(jì)，降低了代碼的調(diào)試難度，縮短了調(diào)試周期。將與接地故障信息(如母線電壓，母線絕緣電阻，支路絕緣電阻，接地支路號(hào)等)密切相關(guān)的數(shù)據(jù)放在一個(gè)結(jié)構(gòu)體里，便于掉電存儲(chǔ)與回放顯示。系統(tǒng)的主程序流程圖，如圖4所示。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
為了達(dá)到好的測試效果，A／D采集必須達(dá)到一定的測試精度，圖5是A／D采集的實(shí)測數(shù)據(jù)和測試誤差分析曲線，從圖中可以看出，A／D采集的誤差約20 mV，屬于正常范圍，因?yàn)橄到y(tǒng)采用8位A／D，5 V基準(zhǔn)電壓。這個(gè)采樣精度滿足整體的設(shè)計(jì)要求。