1、 毕业设计文献综述 电子信息工程 无缘电流变送器显示仪的设计 前言 随着 社会的发展，时代不断进步，在这快速的发展中，在各个方面里人们都强调高效、精确。电流变送器也慢慢的登上历史的舞台。电量变送器广泛应用于发电厂、变电站的电气测量、巡回检测、计算机监测和电网调度自动化的数据采集中，在其它工业自动化控制的测量回路中，也有广泛的应用。现代电网运行对调度自动化系统可靠性的需求日益提高以及技术的发展，研制出功能多，可靠性高，抗干扰性强。 本设计论文对电流变送器输出用显示仪显示出来的设计，这种电流变送器显示仪是电流变送器 输出的进行接收并且对其以数据显示在显示仪上。了其它微机电量变送器的结构布线复杂和抗
2、干扰性差等特点，解决了传统的电流变送器输出无法精确的显示的问题。所采用的 MSP430 单片机芯片也具有运算速度快、编程效率高、抗干扰能力强等特点。 随着电力工业的发展，电流变送器的需求日益增加，电流变送器在测量行业和电网调度自动化工作中起着越来越大的作用。这说明电流变送器显示仪也越来越需求并且技术已趋成熟，所以该设计是很有必要的。 主题 1、电流变送器的工作原理及发展概述 最早的电流变送器出现在 19 世纪末期，距现在也有 100 多年的历史了。早在国 MULLER+ZIEGLER 继电器公司由 Max Muller 和 Karl Ziegler 于 1911 年 成立，对电流变送器就有很好
3、的研究。 变送器是把传感器采集到的微弱的电信号放大并转送，或将传感器输人的非电量转换成电信号同时放大一边供远方测量和控制的信号源。根据需要还可以将模拟量变换成数字量。 集成电流变送器亦称电流环电路，根据转换原理的不同可以划分成一下两种类型：一种电压 /电流变送器，亦称电流环接收器（典型产品为 RCV420） ,是现代工业现场较为常用模拟通讯方案之一，发将是电压信号转换为标 准的电流信号从环路一端传送到另一端，可实现长距离通讯，且不易受干扰，因而在工业现场中得到广泛的应用，特别是在传感和测量应用反面。电流变送器使用标准在 420mA电流信号。电流变送器有两种类型 :二线制和三线制。二线制变送器是
4、电流变送器和传感器位于现场端，在二线制传输方式中，供电源，负载电阻、变送器是串联的，即二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号，其工作电源和信号公用一根导线。电流变送器使用电流信号作为传输信号，有较高的抗干扰能力，但由于传输距离较远，加上工业现场的复杂性在设计上要考虑到抗干扰措施 1 在了解了电流变送器的一些原理和特性后，对设计电流变送器显示仪有个一个较为清晰的认识。重点是选择合适的低功耗器件。经过研究比较， MSP430 单片机符合电流变送器的 420mA 的工作环境。 2、 MSP430 单片机原理 在结构上 MSP430系列单片机集成了一部计算机的各个基本组成部分。虽然其工作原理与
5、普通微机并无差异，但 MSP430系列单片机在结构上更加突出了体积小、功能强、面向控制的特点，具有很高的性能价格比 2。 MSP430系列单片机由 CPU、存储器和外围模块组成，这些部件通过内部地址总线、数据总线和 控制总线相连构成单片微机系统。 MSP430的内核 CPU结构是按照精简指令集的宗旨来设计的。具有丰富的寄存器资源、强大的处理控制能力和灵活的操作方式。 MSP430的存储器结构采用了统一编址方式，可以使得对外围模块寄存器的操作象普通的 RAM单元一样方便、灵活。 MSP430存储器的信息类型丰富，并具有很强的系统外围模块扩展能力 3 3 MSP430单片机的微功耗特点及保护器 （
6、 1）高集成度的完全单片化设计。 将很多外围模块集成到了 MCU 芯片中，增大硬件冗余。内部以低功耗、低电压的原则设计，这样系统不仅功能 强、性能可靠、成本降低，而且便于进一步微型化和便携化。 （ 2）内部电路可选择性工作。 F14x 单片机可以通过特殊功能寄存器选择使用不同的功能电路，即依靠软件选择其中不同的外围功能模块，对于不使用的模块使其停止工作，以减少无效功耗。 （ 3）具有高速和低速两套时钟。 系统运行频率越高，电源功耗就会相应增大。为更好地降低功耗， F14x 单片机可采用三套独立的时钟源：高速的主时钟、低频时钟（如 32.768kHz）以及 DCO 片内时钟。可在满足功能需要的情
7、况下按一定比例降低 MCU 主时钟频率，以降低电源功耗。在不需 要高速运行的情况下，可选用副时钟低速运行，进一步降低功耗。通过软件对特殊功能寄存器赋值可改变 CPU 的时钟频率，或进行主时钟和副时钟切换。 （ 4）具有多种节能工作模式。 F14x 单片机具有五种节能模式： LPM0、 LPM1、 LPM2、 LPM3、 LPM4。这五种模式为其功耗管理提供了极好的性能保证。图 1 显示了活动状态（ AM）与各种节能模式下消耗的实际工作电流大小 4 新型的智能保护装置使用双 CPU结构，采用两片 MSP430单片机作为控制器，分别为主控单片机和辅助控制单片机。主控单片机通过自带的 ADC模块测
8、量电网电压、电流、剩余电流、有功功率和变压器温度等信息。主控单片机根据测量得到的信息控制继电器完成过热保护、智能限电与反时限切除负载等功能。而且主控单片机通过自带的异步串行接口控制 GSM通讯控制模块，这样装置可以把各种电网信息与各支路继电器分合状态发给号码簿上的手机用户，而用户也可以通过手机完成仪器自检和各支路的分合闸等操作 5。 辅助单片机通 过自带的 ADC模块实时采集电网的线路电流与剩余电流，在线路电流过大时，第一时间向主控单片机发出动作信号；而在剩余电流过大时，在设定时限后立即向主控单片机发出动作信号 。主控单片机将该动作信号作为优先级最高的中断信号，立即进行跳闸操作。这样就达到了在
9、线路电流过大与发生触电事故时快速动作的目的，此外辅助单片机还可作为主单片机的定时器 67。在对线路电流的监测过程中，当线路电流超过额定值的 500时，辅助单片机立即向主单片机输出跳变信号，而主控单片机接到信号后立即驱动主继电器执行跳闸操作；而当线路电流超过额定电流而小于额定电流的 500时，主控单片机延迟一段时间后驱动支路继电器执行跳闸操作，延迟的时间原则上与线路电流超过额定值的程度成反比，而支路继电器的跳闸的顺序则遵循循 环限电的原则，力求公平 8。在对剩余电流进行监测过程中，仪器可以根据四个小时内剩余电流的最大值来自动的选择跳闸的档位，可以保证在不同天气环境状况下剩余电流的保护都能稳定的动
10、作，此外，仪器可以对剩余电流保护动作的时间进行设定，从而使支路保护和总保护都能准确的动作。 16个键组成的键盘可以方便的完成人机交互，可以在现场完成设定额定值，输入存储手机号码，存储和发送各种信息等操作。用户也可以使用手机完成对分合闸操作，收集各种电网信息与装置存储的各种数据 912 4 XTR104 应用电路与同步串行接口 XTR104 作为电桥信号输人试 420mA 二线电流变送器，它将电桥激励电路、信号放大电路、线性化校正电路、电流输出电路等集成在一个芯片上，使实际应用十分方便。由于该器件能适应各种电桥信号输人，总的变送误差在较宽的温度范围内（ 40+85），温度漂移小，具有较高的电源抑
11、制比和共摸抑制比等优良性能，因此，在工业过程控制、检测仪表等方面得到广泛的应用 1214。 Stellaris同步串行接口是与具有 Freeseale SPI、 Microwire或 Texas Instruments同步串行接口的外设器件进行同步串 行通信的主机或从机接口。 Stellaris SSI具有以下特性： 主机或从机操作：时钟位速率和预分频可编程：独立的发送和接收 FIFO， 16位宽，8个单元深； Freescale SPI、 Mierowire或 Texas Instruments同步串行接口的可编程操作；数据帧大小可编程范围为 4 16位；内部回送测试 (1oopback t
12、est)模式，可以进行诊断调试测试。 SSI对外设器件接收到的数据进行串行到并行的转换。 CPU访问数据、控制和状态信息。发送和接收路径利用内部 FIFO存储单元进行缓冲，该 FIFO能够在发送模式和接收模式下独立存储多达 8个 16位值。 根据 74HC595工作时序的要求，选用主控器件 LM3S301同步串行接口技术中的Freescale SPI模式，根据所设置的数据大小，每个数据帧的长度均在 4 16位之间，并且从最高有效位 (MSB)开始发送 1517. 小结 电流变送器显示仪湿一种新型的监测系统设计，具有广阔的应用前景。随着电流变送器技术的不断发展，很明显将成为主流。通过借鉴以前和现
13、在研究电流变送器以及 MSP430 单片机的专家编写或者得到的研究成果，初步学会无缘电流变送 器显示仪的设计的方法， 在设计的时候，从多方面、多角度去考虑问题 。 通过本次无线检测模拟装置的设计对同类设计一定有参考价值。 【参考文献】 1范羽电流变送器原理及在工业上的应用 J广西轻工业， 2010.5. 2Chris Nagy embedded systems design using the TI MSP430 Series 3 沈建华 ,杨艳琴 . MSPS430 系列 16 位超低功耗单片机原理与实践 J.北京航天航空大学出版社 4 焦纯，董秀珍，杨国胜，霍旭阳 .设计基于 MSP430
14、 单片机的微功耗中文人及界面 J.西安第四军医大学生物医学工程系电子学教研室 , 2009. 5胡建勋，李开成基于 MSP430 单片机的低压综合智能保护器的研制 J.仪器仪表学报， 2006.(z3) 6周立功 .ARM 嵌入式系统基础教程 M.北京，北京航空航天大学出版社， 2005. 7马忠梅，籍顺心，张凯等 .单片机的 C 语言应用程序设计 M.北京航空航天大学出版社， 2003. 8曹磊 . MSP430 单片机 C 程序设计与实践 J.北京航天航空大学出版社 ,2004. 9唐浩强 .C 语言设计 M 北京，清华大学出版社， 1994. 10杨帮文 .新型集成器件是用电路 M.北京
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