西南交大二次课程设计-远动监控系统开关量的采集.doc

1、课程设计报告题 目 远动监控系统开关量的采集专 业 电气工程及其自动化班 级学 号姓 名指导教师电气工程学院二一六年月 至 二一六年月西南交通大学本科课程设计（论文） 第 II 页课程设计任务书学生姓名 学生学号学生专业 学生班级发题日期 年 月 日 完成日期 年 月 日课程名称 二次系统课程设计 指导教师设计题目 远动监控系统开关量的采集课程设计主要目的：通过本课程设计，对远动监控系统的系统结构，基本原理进行熟练掌握，通过完成相应的设计任务，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力，提高学生运用标准和规范、查阅设计手册与资料的能力，并促进学生养成严谨求实的科学态度。课程设计任务要求：（包括

2、原始数据、技术参数、设计条件、设计要求等）主接线图，开关量采集板要求采集 32 路开关量，通过通信接口与主板通信；继电保护动作遥信点表结合继电保护课程设计进行制定。课程设计主要任务：1. 硬件要求（1）选择 CPU，指出其外围接口资源（2）画出 8 路开关量的采集电路（3）开关量采集电路和 CPU 的接口（4）给出端口地址分配（5）开关量采集板和主 CPU 之间的通信接口2. 制定点表根据给定的主接线图按照 IEC61870-5-101 规约制定点表（1） 遥测：主接线图上所有需要采集的电量（2） 遥信：所有开关的位置及非位置信号，保护装置的动作信号西南交通大学本科课程设计（论文） 第 III

3、 页（3） 遥控：主接线图上所有的电动开关的遥控编号，同时指明与遥信点号的关联关系3. 软件设计（1）开入采集板的主程序流程图（2）开关量采集流程图（3）完成 1ms 中断程序设计(C 语言)（4）单双号同学分别采用定时扫查和变位触发模式4.板书要求（1）纸张大小 A4,左侧订书机装订（2）封面、任务书、电路图必须打印，电路图不能复印，电路图右下角必须有自己的名字和学号（3）学号为单号、双号分别设计主接线图左侧、右侧课程设计进度安排：（共 8 周）序号 内容安排 时间1 系统学习，了解设计内容要求 1 周2 硬件设计 3 周3 软件设计 3 周4 完成报告,答辩 1 周课程设计参考文献：1 钱

4、清泉， 电气化铁道微机监控技术 ，中国铁道出版社， 2001 年2 盛寿麟， 电力系统远程监控原理 （第 2 版） ，中国电力出版社， 1998 年3 柳永智，刘晓川， 电力系统远动 ，中国电力出版社， 20034 白马衍，雷晓平， 单片计算机及其应用 ，电子科技大学出版社， 19985 周立功， ARM 嵌入式系统基础教程 ，北京航空航天大学出版设，2006指导教师签字系主任审核签字注：1、发题日期为每学期第 9 周周一，完成日期根据实际情况填写（一般不超过进度安排） 。2、页面不够可附加页西南交通大学本科课程设计（论文） 第 IV 页目录第一章 课程设计要求 .11.1 课程设计目的 .1

5、1.2 课程设计任务要求 .11.3 课程设计主要任务 .1第二章 硬件设计 .32.1 CPU 的选择及其外围电路 .32.2 8 位开关量采集电路的设计 .42.3 开关量采集装置设置 .52.3.1 开关量采集板与 CPU 接口及端口地址分配 .52.3.2 开关量采集板与 CPU 主接口 .6第三章 点表设计 .73.1 遥测点表设计 .73.2 遥信点表设计 .83.3 遥控点表设计 .9第四章 软件设计 .104.1 开入采集板主程序流程图 .104.2 开关量采集流程图 .104.3 1ms 中断程序设计 .11参考文献 .14附录 .15西南交通大学本科课程设计（论文） 第 1

6、 页第一章 课程设计要求1.1 课程设计目的通过本课程设计，对远动监控系统的系统结构，基本原理进行熟练掌握，通过完成相应的设计任务，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力，提高学生运用标准和规范、查阅设计手册与资料的能力，并促进学生养成严谨求实的科学态度。1.2 课程设计任务要求（1）主接线图，开关量采集板要求采集 32 路开关量，通过通信接口与主板通信；（2）继电保护动作遥信点表结合继电保护课程设计进行制定。1.3 课程设计主要任务1. 硬件要求（1）选择 CPU，指出其外围接口资源（2）画出 8 路开关量的采集电路（3）开关量采集电路和 CPU 的接口（4）给出端口地址分配（5）开关量

7、采集板和主 CPU 之间的通信接口2. 制定点表根据给定的主接线图按照 IEC61870-5-101 规约制定点表（1）遥测：主接线图上所有需要采集的电量（2）遥信：所有开关的位置及非位置信号，保护装置的动作信号（3）遥控：主接线图上所有的电动开关的遥控编号，同时指明与遥信点号的关联关系3. 软件设计西南交通大学本科课程设计（论文） 第 2 页（1）开入采集板的主程序流程图（2）开关量采集流程图（3）完成 1ms 中断程序设计(C 语言)（4）单双号同学分别采用定时扫查和变位触发模式4.板书要求（1）纸张大小 A4,左侧订书机装订（2）封面、任务书、电路图必须打印，电路图不能复印，电路图右下角

8、必须有自己的名字和学号（3）学号为单号、双号分别设计主接线图左侧、右侧西南交通大学本科课程设计（论文） 第 3 页第二章 硬件设计2.1 CPU 的选择及其外围电路考虑到所选用的 CPU 用于开关量采集板的控制，它的主要任务是对开关量采集过程以查询方式进行控制并将采集的数据传送给主 CPU，工作负担比较轻，因而可以选用性能较低，价格较便宜的单片机来完成。故选用目前广泛使用的 51系列单片机。51 系列单片机是一种 8 位的单片机，其性能已经能满足实际需要，其中 DIP 封装形式的 51 单片机的引脚如图 2-1：图 2-1 51 系列单片机引脚图89C51 单片机共有 40 个引脚，包含四个

9、8 位的 I/O 并行输入输出端口P0P3，其中 P0，P2 口可以用于访问外部存储器的地址输出， P0 用于外部存储器的数据输入输出。此外还有一对串行通信输入、输出端口，两个外部中断输入端口，两个定时器的计数脉冲输入端口，以及外部存储器读脉冲和写脉冲输出端口，这些端口与 P3 端口共用引脚。其中 P3 口第二功能如表 1 所示。表 2-1 P3 口引脚第二功能位线 引脚号 第二功能西南交通大学本科课程设计（论文） 第 4 页P3.0 10 RXD（串行口输入端 0）P3.1 11 TXD（串行口输出）P3.2 12 INT0（外部中断 0，低电平有效）P3.3 13 INT1（外部中断 1

10、请求输入端，低电平有效）P3.4 14 T0（定时器 0 的计数输入）P3.5 15 T1（定时器 1 的计数输入）P3.6 16 WR（外部数据存储器写选通信号输出端）P3.7 17 RD（外部数据存储器读选通信号输出端）2.2 8 位开关量采集电路的设计电路图如图 2-2 所示，图中开关 S1S8 的开合情况表示开关量的开合状态，8 路开关量的状态经过光耦隔离之后送入了 51 单片机 P1 口中。这样的采集电路一共有四块，每块可实现对应 8 位开关量的采集，总共实现对 32 位开关量的实时采集。相应的 8 路开关采集电路如图 2-2 所示。西南交通大学本科课程设计（论文） 第 5 页图 2

11、-2 8 位开关量采集电路图2.3 开关量采集装置设置2.3.1 开关量采集板与 CPU 接口及端口地址分配该开关量采集电路由四块 8 位的采集板构成，能够对 32 个开关量的状态进行采集。采集板的 8 个数据端口接到系统的数据总线上，然后接入 51 单片机的P1 输入端口。经过软件程序识别，将对应的的采集板采集到的数据传送给主CPU。各采集电路端口地址分配如下：0#采集电路：1H1#采集电路：2H2#采集电路：3H3#采集电路：4H西南交通大学本科课程设计（论文） 第 6 页2.3.2 开关量采集板与 CPU 主接口当开关量采集板检测到开关量的状态发生变化之后，就会将变化的状态传递给系统的主 CPU，供其处理。这是通过采集板上的 CPU 和主 CPU 通信完成的。而采集板和主 CPU 之间是通过 RS-485 串行总线进行连接。其主从 CPU 系统框图如图 2-3 所示：图 2-3 开关量采集板与主 CPU 接口原理