1、. . . . I / 46摘要斷路器在電力系統中擔負控制和保護的重要任務，其運行直接影響著整個電力系統的穩定性和可靠性。斷路器的在線監測是斷路器狀態檢修的前提和關鍵。隨著傳感器技術和信號處理技術的發展，使得斷路器一些原本不容易在線監測的狀態量的監測得以實現。本文闡述了斷路器現有在線監測技術的發展，介紹了斷路器狀態量的種類，在采納前人設計理念的基礎上，設計了基于無線通信的斷路器觸頭溫度、行程在線監測系統，該系統由溫度、行程測量模塊和上位機監控模塊兩個部分組成。溫度、行程測量模塊采用紅外溫度傳感器和增量式光電編碼器，實現了非接觸式測量斷路器觸頭溫度、行程。上位機監控模塊由監控程序和通信單元組成，

2、監控程序設定斷路器溫度測量周期，收集斷路器觸頭的溫度數據；并響應斷路器分、合閘信號，收集動觸頭行程數據。另外上位機與測量模塊之問采用無線射頻方式傳輸數據，免去了溫度、行程測量模塊與上位機之間控制電纜的連接。本文所設計的斷路器觸頭溫度、行程在線監測系統通過仿真實驗，能夠實現斷路器觸頭溫度、行程的測量以與上位機與溫度、行程測量模塊之間的無線數據傳輸。關鍵詞：斷路器,在線監測,觸頭,溫度,行程,無線通信. . . . AbstractResponsible for circuit breakers in the power system control and protection of impor

3、tant tasks, which run directly affect the entire power system stability and reliability. Line circuit breaker circuit breaker status monitoring is a prerequisite and key maintenance. As the sensor technology and signal processing technology, makes some of the original circuit breaker is not easy to

4、state the amount of online monitoring of the monitoring can be achieved. In this paper, the existing circuit breaker line monitoring technology, introduces the state variable circuit breaker type, in the adoption on the basis of the previous design, the design of the circuit breaker based on wireles

5、s communication contact temperature, trip-line monitoring system, the system consists of temperature measurement module visit and PC monitor module composed of two parts. Temperature, the trip using infrared temperature sensor measurement module and incremental optical encoder, to achieve a non-cont

6、act temperature measurement circuit breaker contacts, trip. PC monitoring module by the control procedures and communication modules, monitor the temperature measurement period set the circuit breaker, breaker contact of the temperature data collected; and respond to the breaker points, closing sign

7、al, the moving contact travel data collection. Another measurement module of the PC and asked the use of radio frequency transmission of data, eliminating the need fortemperature and stroke measurements between the control module and PC cable connection. Contact breaker designed this temperature, tr

8、ip-line monitoring system simulation experiment, to achieve circuit breaker contact temperature measurement and PC stroke and temperature, stroke measurements of wireless data transmission between modules.Key Words：Circuit Breaker,on-line minitoriContactg,Tempurature,Travel,Wireless Commnunication.

9、. . . III / 46. . . . 目錄摘要 IABSTRACTII1 引言 12 高壓斷路器 22.1 高壓斷路器簡介 22.2 高壓斷路器用途 23 測量原理 33.1 溫度測量原理 33.2 紅外傳感器 43.2.1 紅外傳感器簡介 43.2.2 紅外傳感器工作原理 43.3 斷路器觸頭行程測量原理 44 硬件設計 64.1 主控部分設計 64.2 溫度測量部分設計 64.3 行程監控部分設計 84.3.1CPLD 部電路設計 94.3.1.1 信號處理原理與電路設計 94.3.1.2CPLD 數據、地址鎖存與部總線電路設計 104.3.1.3 無線通信單元硬件設計 114.4

10、無線通信單元硬件設計 124.5 上位機通訊單元硬件設計 135 軟件設計 155.1 溫度、形成測量軟件設計 155.1.1 主程序設計 155.1.2 溫度測量軟件設計 155.1.3 行程監控軟件設計 165.2 無線通訊軟件設計 195.3 上位機串行口通訊軟件設計 275.4 通訊單元軟件設計 29結論 36致 37參考文獻 38附錄 39A1.1 測量模塊原理圖 39A1.2 通訊模塊原理圖 40. . . . 1 / 461 引言我國從 50 年代開始，幾十年來一直根據電力設備預防性實驗規程的規定對電力設備進行定期的停電實驗、檢修和維護。定期實驗存在一定的不足，不能與時發現設備部

11、的故障隱患，而且停電試驗施加于運行電壓的試驗電壓，對某些反映也不夠靈敏。隨著電力系統朝著高電壓、大容量的方向發展，停電事故給生產和生活帶來的影響與損失越來越大，因此保證電力設備的安全運行越來越重要，而定期的停電實驗、檢修和維護已經不能滿足電力系統發展的需要，迫切需要對電力設備運行狀態進行實時的在線監測，根據其狀態量的長期監測數據，與時反映斷路器各功能部件的可靠程度，以便預防措施，避免停電事故發生。進入 80 年代以來，電力設備在線監測技術發展很快，絕大多數變電站設備與發電機、電纜、線路絕緣子等都有在線監測項目。隨著電子技術的進步和傳感器技術、光纖技術、計算機技術、信息處理技術等的發展和向各領域

12、的滲透，系統監控技術中廣泛應用了這些先進的科研成果，使在線監測技術逐步走向實用化階段。與預防性實驗相比，在線檢測系統采用更高靈敏度的傳感器以采集運行中設備絕緣劣化的信息，信息量的處理和識別也依賴于有豐富軟件支持的計算機網絡，不僅可以把某些預試項目在線化，而且還可以引進一些新的更真實反映設備運行狀態的特征量，從而實現對設備運行狀態的綜合診斷，促進電力設備由定期實驗向狀態檢修過度進程。在線監測技術的開發，推動了電力設備運行維護水平的提高，減少了維護人員的勞動強度，對部分設備采用根據監測結果確定停電檢修周期的方法，為從預防性實驗向狀態檢修方向過度積累了經驗。另一方面，由于引進了先進的電子技術、信息處

13、理技術，使得在線檢測技術更具有先進性、實用性，推進了電力設備絕緣監督方法的革新。在線監測技術的開發和應用，提高了運行管理的智能化程度，加快了設備運行狀態的信息反饋，縮短了故障判斷和處理時間，提高了工作效率，減少了因停電造成的經濟損失，并為實現無人值班變電站創造了條件。斷路器是電力系統中最重要的設備之一，肩負著控制和保護的雙重任務，即能根據電網的需要進行電力設備與線路的投切，以與當電力設備或線路發生故障時，能將故障部分迅速從電網中切除，以保證電網無故障部分的可靠運行。. . . . 2 高壓斷路器2.1 高壓斷路器簡介高壓斷路器(或稱高壓開關)它不僅可以切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負荷電流，

14、而且當系統發生故障時通過繼電器保護裝置的作用，切斷過負荷電流和短路電流，它具有相當完善的滅弧結構和足夠的斷流能力，可分為：油斷路器（多油斷路器、少油斷路器） 、六氟化硫斷路器（SF6 斷路器） 、真空斷路器、壓縮空氣斷路器等。附圖 斷路器典型結構簡圖2.2 高壓斷路器用途高壓斷路器在高壓電路中起控制作用，是高壓電路中的重要電器元件之一。斷路器用于在正常運行時接通或斷開電路，故障情況在繼電保護裝置的作用下迅速斷開電路，特殊情況（如自動重合到故障線路上時 )下可靠地接通短路電流。高壓斷路器是在正常或故障情況下接通或斷開高壓電路的專用電器。3 3 測測量量原原理理. . . . 3 / 463.1

15、溫度測量原理目前用于斷路器觸頭溫度在線測量的方法主要分為兩種：接觸式測量所用到的傳感器價格低廉、結構簡單，但是需要與斷路器觸頭附近的帶電部分接觸，會給測量裝置引入高電壓絕緣問題。而非接觸式測量可以實現遠距離測量，不需要與測量點接觸。為了避免斷路器在線監測裝置的高電壓絕緣問題，本文中采用非接觸式測量的方式實現斷路器觸頭的溫度測量。非接觸式溫度測量的傳感器主要有兩種：光纖溫度傳感器和紅外溫度傳感器。光纖溫度傳感器由光纖和感溫原件構成，它的原理是利用感溫元件對光的吸收性隨溫度變化而變化的特性，將待測物體溫度變化轉化為光信號的變化，再通過光監測電路與濾波電路輸出模擬電壓量。溫度測量通過光信號轉化為電信

16、號，但是采用光纖溫度傳感器需要在測溫點引出光纖電纜，而且光纖溫度傳感器的價格目前還是比較高，相對而言性價比較低。紅外溫度傳感器原理是通過接收測量物體的電磁輻射，將輻射波長的變化轉化成模擬電信號輸出，其體積小，結構簡單。綜合比較，采用紅外溫度傳感器能夠實現遠距離測量，對斷路器本體結構不產生影響，在斷路器觸頭溫度測量中可行性高。由于斷路器觸頭位于滅弧室中，外界不能直接觀察到，所以不能夠直接測量到斷路器觸頭的溫度。但是根據熱傳導原理，導電體通過電流溫度升高，和它接觸的其它零件的溫度也會升高。斷路器觸頭與滅弧室端蓋或母線連接處之間的接觸可近似的看作平面接觸，利用平板的熱傳導公式：溫升；熱功率；物質的導

17、熱率；R熱阻；A平板面積；平板厚度。由此可知當斷路器觸頭的溫度升高，由觸頭向滅弧室端蓋或母線傳導的熱功率變大，滅弧室端蓋或母線的溫度線形升高，反之亦然。根據上述原理可知通過測量與斷路器觸頭相接觸的可見零部件的溫度，間接獲得斷路器觸頭的溫度是可行的。本文設計的斷路器觸頭溫度測量模塊就是通過測量滅弧室端蓋或觸頭與母線連接處的溫度間接反映觸頭的實際溫度。3.2 紅外傳感器/WKARKR. . . . 3.2.1 紅外傳感器簡介紅外傳感系統是用紅外線為介質的測量系統，按照功能可分成五類, 按探測機理可分成為光子探測器和熱探測器. 紅外傳感技術已經在現代科技、國防和工農業等領域獲得了廣泛的應用。3.2.

18、2 紅外傳感器工作原理待測目標:根據待側目標的紅外輻射特性可進行 紅外系統的設定。大氣衰減:待測目標的紅外輻射通過地球大氣層時，由于氣體分子和各種氣體以與各種溶膠粒的散射和吸收，將使得紅外源發出的紅外輻射發生衰減。 光學接收器:它接收目標的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。相當于雷達天線，常用是物鏡。 輻射調制器:對來自待測目標的輻射調制成交變的輻射光，提供目標方位信息，并可濾除大面積的 干擾信號。又稱調制盤和斬波器，它具有多種結構。 紅外探測器:這是紅外系統的核心。它是利用紅外輻射與物質相互作用所呈現出來的物理效應探測紅外輻射的傳感器，多數情況下是利用這種相互作用所呈現出的電學效應。此類探測器

19、可分為光子探測器和熱敏感探測器兩大類型。 探測器制冷器 :由于某些探測器必須要在低溫下工作，所以相應的系統必須有制冷設備。經過制冷，設備可以縮短 響應時間，提高探測靈敏度。信號處理系統:將探測的信號進行放大、濾波，并從這些信號中提取出信息。然后將此類信息轉化成為所需要的格式，最后輸送到控制設備或者顯示器中。顯示設備:這是紅外設備的終端設備。常用的顯示器有示波器、顯像管、紅外感光材料、指示儀器和記錄儀等。依照上面的流程，紅外系統就可以完成相應的物理量的測量。紅外系統的核心是紅外探測器，按照探測的機理的不同，可以分為熱探測器和光子探測器兩大類。下面以熱探測器為例子來分析探測器的 原理。3.3 斷路

20、器觸頭行程測量原理斷路器動觸頭行程測量用的傳感器種類很多，籠統的可分為兩大類：一類是采用直線位移傳感器，一般安裝在斷路器直線運動的部件上，可以直接測量動觸頭運動信號波形；一類是采用旋轉位移傳感器，由于斷路器操動機構主軸與斷路器動觸頭通過機構相連，所以通過測量操動機構主軸的旋轉角度間接得出斷路器動觸頭的行程。由于直線位移傳感器安裝所需要的空間比旋轉位移傳感器要大，對于體積較小真空斷路器而言，選用旋轉位移傳感器更方便。為了增強測量模塊的通用性，故本文所設計的測量模塊選用增量式旋轉光電編碼傳感器實現斷路器動觸頭的行程測量。以真空斷路器為例：. . . . 5 / 46附圖 真空斷路器觸頭與操動機構連

21、接圖旋轉光電編碼器是輸入軸角位移傳感器，利用光柵和光電斷續器的相對運動，當輸入軸轉動時，編碼器輸出相、相兩路相位差。的正交光信號，經過光電轉換后，得到、兩路方波信號。將、信號通過相應的信號處理電路轉換成與行程特性有關數字信號，傳送給微處理器處理即完成了斷路器觸頭的行程測量。傳統的行測量需要一塊信號處理電路板來實現，電路板上包括觸發電路、計數電路來完成行程信號的計數輸出，現在可以選用一片復雜可編程邏輯器件完成信號處理、計數輸出，大大節省了行程測量模塊的體積。是可以由用戶在現場進行編程實現所需邏輯功能的數字集成電路，利用其部的邏輯結構可以實現任何布爾表達式或寄存器函數，它可以由用戶根據具體設計需要

22、進行配置和修改。4 硬件設計. . . . 4.1 主控部分設計AT89C51 是一種帶 4K 字節 FLASH 存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051 是一種帶 2K 字節閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8 位CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 A

23、T89C51 是一種高效微控制器 .AT89C 單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形與引腳排列如圖所示 ：圖 4.1 AT89C51 管腳圖4.2 溫度測量部分設計該測量單元由溫度傳感器和數模轉換芯片組成。紅外溫度傳感器選用 IRBD300 紅外溫度探頭，其工作電壓為 5V，工作電源線、地線由模塊引出。模數轉換器選用具有串行控制、連續逐次逼近型 TLC1549，它采用兩個差分基準電壓高阻輸入和一個三態輸出構成三線接口，其中三態輸出分別為片選（CS 低電平有效）、輸入輸出時鐘（I/OCLOCK）、數據輸出（DATAOUT）。TLC1549 能以串行方式把轉換完的數字信號

24、傳送給單片機。由于 TLC1549 采用 CMOS 工藝。部具有自動采樣保持、可按比例量程校準轉換圍、抗噪聲干擾功能，而且開關電容設計使在滿刻度時總誤差最大僅為1LSB（4.8MV）。TLC1549 為 10 位單通道輸入，能夠使溫度轉換精度達到 0.3 度。IRBD300 是一種集成紅外光學系統，專用信號處理電路與環境溫度補償電路的一體化紅外測溫探頭，由工廠進行標定校準。測溫圍為-20300 度，環境溫度為-25100 度，響應時間為 150ms，距離系數為 8:1，工作電源為 DC5V，輸出信號 0.5V，共有 6 個引腳，分別是：目標溫度輸出電壓信號；環境溫度輸出電壓信號；源輸入；接地輸

25、入；SCLK和 SDAT 為廠家標定；其引腳排列如圖所示：. . . . 7 / 46圖4.2 IRBD300引腳排列TLC1494是一種單通道輸入、串行輸出的10位模數轉化芯片，其引腳排列與功能結構圖如圖所示：圖4.3 TLC1549引腳排列與功能結構圖溫度測量單元傳感器輸出溫度電壓信號接TLC1494模擬信號輸入管腳，TLC1494的片選信號、數據輸出、輸入/輸出時鐘分別與單片機P2.5,P2.6，P2.7管腳相連。REF+、REF-管腳為參考電壓管腳，分別接電源、地。溫度測量單元電路圖如圖所示：. . . . 圖 4.4 溫度測量單元電路4.3 行程監控部分設計圖 4.5 測量單元系統圖

26、該測量單元由旋轉光電編碼器、復雜可編程邏輯器件CPLD和外部存儲器RAM組成。旋轉光電編碼器輸出電纜為7芯，包括電源線、地線、屏蔽銅網以與3根信號線。編碼器電源、地線由模塊引出。信號線輸出為2路計數方波脈沖和1路基準方波脈沖提供給信號處理電路，進行行程測量。CPLD選用MAX3000A的EP3064，CMOS工藝，可用門數600個，64個宏單元，最大用戶I/O管腳34個，工作電壓為3.3V，TQFP封裝，共44個引腳。外部存儲器選用HM6116，2K字節8位RAM，11位地址，8位數據，3位讀寫與片選信號，共24個引腳。行程測量單元系統框圖如圖所示。4.3.1CPLD 部電路設計. . . .

27、 9 / 46采用一片 CPLD 可以在測量模塊上實現行程監測計數并輸出最后結果。它除實現行程測量功能外，同時還可作為地址鎖存電路。CPLD 部電路完成的工作：一是處理光電編碼器輸入的 A、B 信號，得到計數結果；二是在對計數結果進行采樣時，將采樣數據鎖存，保證采樣時間，輸出的采樣結果保持不變；三是實現地址鎖存，給外部 RAM 提供地址信號。CPLD 采用部總線機構，8 位數據線和地址線復用。4.3.1.1 信號處理原理與電路設計本文過對 2 路辦波脈沖整形處理，提高計數脈沖個數，光電編碼器的測量精度不變，可以將計數脈沖個數提高 2 倍。由光電編碼器輸出的 A、B 信號，經過取反得到A、B 信

28、號，通過 CPLD 部邏輯處理整形后得到 4 路窄脈沖信號，使得計數脈沖頻率變為處理前的 2 倍，得到的窄脈沖信號通過與原有 4 路寬脈沖信號邏輯運算后，得到 2 路加減計數脈沖 P+、P-。由于 A、B 信號相位相差 90 度，假設斷路器操動機構合閘操作時，輸出 A 信號超前 B 信號 90 度。 ， 則斷路器分閘操作時，光電編碼器反方向轉動，輸出 A 信號滯后B 信號 90 度。所以通過上述公式得到兩個斷路器操動機構不同方向轉動的兩個計數脈沖 P+、P- 。對兩個脈沖分別計數，輸出 8 位計數結果，分別計為 RESU_C+、RESU_ C 。CPLD 部信號處理流程圖如圖所示：圖 4.6

29、CPLD 部信號處理流程根據信號處理的原理，設計相應的數字電路。4 路窄脈沖信號的獲得，這是信號處理核心，其設計分析的邏輯原理圖如圖所示：. . . . 圖 4.7 信號處理邏輯原理圖4.3.1.2CPLD 數據、地址鎖存與部總線電路設計CPLD 采用 8 位部總線方式，數據地址信號共用部總線。控制信號共 4 個，分別為讀信號面、寫信號而、采樣時鐘、讀時鐘。當讀信號有效時，總線上傳輸的為數據信號；當寫信號時，總線上傳輸的為地址信號。由 CPLD 部計數電路對光電編碼器信號A、B 實時計數，按照采樣時鐘頻率對結果采樣，在采樣時鐘頻率的下降沿將采樣數RESU_C+、RESU_C-鎖存，以保證向部總

30、線上傳輸的數據在讀取周期保持不變。設置讀取時鐘為周期與采樣時鐘周期一樣的矩形波，讀信號有效時，在一個采樣周期依次將采樣數據 RESU_C+、RESU_C-。通過部總線送上與 CPLD 數據 IO 口。CPLD 另外一個功能是給外部 RAM 提供地址信號，寫信號歷有效時，將與微處理器連接的 IO 口上的地址信號送上部總線，在地址鎖存信號下降沿，將部總線上的地址信號通過地址鎖存電路鎖存，鎖存電路輸出（AD0-AD7）接外部 RAM 地址信號。CPLD 數據、地址鎖存與部總線邏輯原理圖如圖所示：. . . . 11 / 46圖 4.8 CPLD 數據、地址鎖存與部總線邏輯原理圖4.3.1.3 無線通

31、信單元硬件設計 數據存儲器選用 HM6116，容量為 2K 字節的 SRAM，11 條地址線，8 位數據線，3 條控制線，雙列直插封裝，共 24 個引腳，其引腳排列圖如圖所示：圖 4.9 HM6116 引腳圖根據 CPLD 部電路與其輸入輸出引腳，微處理器 AT89C51 單片機的 P0 端口（P00-P0.7）與 CPLD 定義的數據地址引腳相連，由微處理器進行數據讀取和地址寫入；單片機 P3.2 引腳與 CPLD 定義的中斷信號引腳相連，當斷路器動作，光電編碼器有輸入時，微處理器響應中斷，進行行程計數；單片機的 P.24、P3.0、P3.1、P3.3引腳與 CPLD 定義的控制邏輯引腳相連

32、，由微處理器提供讀寫、采樣始終、數據讀取信號；單片機的 ALE 引腳與 CPLD 定義的地址鎖存引腳相連，由單片機提供地址鎖存信號，將 HM6116 的低 8 位地址信號鎖存輸出。HM6116 的片選引腳（西）與單片機 P2.3 引腳. . . . 相連，由單片機提供片選信號；低 8 位地址引腳（A0A7）與CPLD 定義的地址輸出引腳相連，由 CPLD 提供低 8 位地址信號；高 3 位地址引腳（A8-A10）與單片機P2.0P2.2 引腳相連，由單片機提供高 3 位地址信號：數據引腳（D0D8）與單片機P0 端口連接，當片選信號有效時實現與單片機的數據傳輸；讀寫引腳與單片機的讀寫引腳相連。

33、當單片機讀信號有效時，由 RAM 單片機輸出數據，當單片機寫信號有效時，由單片機中存入數據。行程測量單元各元件接線電路圖如圖所示：圖 4.10 形成單元接線電路圖4.4 無線通信單元硬件設計無線通信單元由無線射頻芯片 NRF905 組成，其工作頻段為 433/868/15MHZ，CMSK調制，自動產生 CRC 和前導碼，抗干擾能力強；采用 DSS+PLL 頻率合成技術，頻率穩定性極好；靈敏度高，達到-100DB；最大發射功率達+10DB；開闊地的使用距離最遠可達 1000 米；低功耗工作模式，并且建空閑模式和關機模式，易于實現節能；工作電壓圍為 1.9-3.6V，外圍元件少，調試簡單，QFN

34、封裝，共 32 個引腳。NRF905 使用 SP1 接口與微處理器通信，配置非常方便，其電路設計如圖所示：. . . . 13 / 46圖 4.11 無線通訊單元電路圖4.5 上位機通訊單元硬件設計監控室上位機與溫度、行程測量模塊之間采用無線通信的方式，上位機本身不帶無線收發功能，故需要設計通信單元。該單元由微處理器、RS232 串行接口、無線射頻芯片組成，實現與斷路器觸頭溫度、行程測量模塊之間無線數據通信以與與上位機監控程序之間的 RS232 串口通信。該通信單元選用 ATC89C4051 做微處理器，自帶 4K 字節程序存儲器，工作電壓3.3V，16 個 IO 口，共 20 個引腳，作為無

35、線通信單元的微處理器實現對 NRF905 的配置與控制其收發狀態，以與通過串行接口與上位機的 RS232 串行口連接，實現與上位機的數據傳輸。 無線射頻芯片與測量模塊無線通信單元一樣采用 NRF905，除了與微處理器接口驅動電路不同外，其它外部接線均一樣。ATC89C4051 與 RS232 之間串口通信信號的電平轉換選用 MAX3232 完成，MAX3232是一種 RS232 接口芯片，能夠完成 TTL 與 RS232 兩種電平之間的轉換，工作電壓為. . . . 33.5V，可完成兩路串行口的電平轉換，共 16 個引腳。無線通訊單元電路設計如圖所示：圖 4.12 無線通訊電路設計5 軟件設

36、計5.1 溫度、形成測量軟件設計. . . . 15 / 465.1.1 主程序設計測量模塊主程序接收到上位機溫度測量指令、行程數據傳輸指令，或查詢到行程采集中斷后，轉入相應子程序處理。主程序中對模數轉換芯片、無線射頻芯片以與CPLD 芯片初始化后，進入查詢狀態，等待相應指令信號。主程序流程圖如圖 5.1 所示：圖 5.1 主程序流程圖5.1.2 溫度測量軟件設計TCL1594 具有種串行接口時序模式，這些模式由 I/O CLOCK 周期和 CS 定義。圖4-2 所示為 I/O CLOCK 和 CS 共同定義的 TLC1594 時序圖，其工作過程可分為 3 個階段：模擬量采樣：上電時，CS 必

37、須是高電平，當其變為低電平后，在 IO CLOCK 的作用下，TLC1594 開始工作。在第三個 IOCLOCK 下降沿，輸入模擬量開始采樣，采樣持續 7 個 I/OCLOCK 周期，采樣值在第 10 個 I/OCLOCK 下降沿鎖存；模擬量轉換：采樣值鎖存后，進入轉換間隔，這時 CS 由低電平變為高電平， I/OCLOCK禁止且模數轉換結果的輸出 DATAOUT 處于高阻狀態，TLC1594 的 CMOS 門限檢測器通過檢測一系列電容的充電電壓決定模數轉換后的數字量的每一位，整個轉換過程時間不大于 21us。數字量傳輸：當 CS 由高變為低時，CS 復位部時鐘，控制并使能 DATAOUT 和

38、I/OCLOCK，允許 I/OCLOCK 工作并使 DATAOUT 脫離高阻狀態并接收上一次轉換結果。首. . . . 先移出上一次轉換結果數字量對應的最高位，下一個 I/OCLOCK 的下降沿驅動 DATAOUT輸出上一次轉換結果數字量對應的次高位，依次第 9 個 I/OCLOCK 的下降沿驅動DATAOUT 輸出上一次轉換結果數字量的最低位，第 10 個 I/OCLOCK 的下降沿 DATAOUT 輸出一個低電平，以便串行接口傳輸超過 10 個時鐘。軟件程序如下：Sbit IOC=P27; /端口定義/Sbit DO=P26;Sbit CS=P25;int tem;Int DAT=0;Ad

39、cov()=0; /AD 轉換/Dat=adtrs(0,0,0); /數字量傳輸Int I;CS=1;Delay(10);For(i=0,i10,i+);IOC=1;Delay(10);Int datrs(int d,C,tem);/數字量傳輸Int I;For(i=0,i10,i+);Tem=0 x0000;IOC=1;Delay(10);IOC=0;C=D0;Tem=d1;D=tem|C;Return(d);5.1.3 行程監控軟件設計行程監測單元采用中斷方式測量斷路器動觸頭行程，外部中斷請求 INT0 而采用邊沿觸發方式，接信號處理電路的啟動信號（A邏輯或 B）輸出，即當 A，或 B有計

40、數脈沖輸入時，INT0 中斷標志位被置 1，向 CPU 請求中斷（單片機初始化時需設定允許兩而中斷），轉入中斷服務程序，將光電編碼器的計數結果按照一定的頻率采樣，讀取采樣數據，并存入 RAM 中，其中斷服務程序流程圖如所示：. . . . 17 / 46圖 5.2 行程測量單元中斷服務程序流程圖其中斷服務程序如下：#include /頭文件#include#includesbit clk_s=P31; /I/O 口定義sbit clr_s=P30;sbit A8=P820;sbit A9=P21;sbit A10=P22;sbit CE=P23;void intrpt()interrupt 0

41、 using 1 /外部中斷 INPT0unsigned char i,temp1,temp2,dir,comp,dat;unsigned char pdata*dp;IE0 x00; /關中斷A8=0;. . . . A9=0;A10=0;dp=0 x00; /RAM 入口地址 0 x00clk_s=1;_nop_();clk_s=0;delay(1000);temp1=P0; /讀計數結果delay(1000);temp2=P0; if(temp1temp2) /判斷服務器動作狀態dir=1； /斷開elsedir=0; /閉合doclk_s=1;_nop_();clk_s=0;delay

42、(1000);temp1=P0; /delay(1000);temp2=P0;if(dir=1) /處理計數結果comp=temp1=temp2;elsecomp=temp2=temp1;dat=comp;CE=0; /RAM 被選中_nop_();*dp=dat; /向 RAM 寫入成立后的計算結果dp+; /向 RAM 寫入地址+1 while(datcomp!=0); /判斷是否讀取完所有采樣數據 /如果全部讀完，跳出循環IE=0 x01；5.2 無線通訊軟件設計無線通信單元采取不主動發送數據，只響應上位機對應指令方式。要實現無線通信單元數據收發，首先通過微處理器對 NRF905 的寄存

43、器進行初始化設置，NRF905 的所有設置都通過 SPI 口完成，通過 SPI 接口指令實現對 NRF905 寄存器的各類參數設置，. . . . 19 / 46確定其工作頻率、輸出功率等參數；待初始化完成后，由微處理器將 TRX_CE 拉至高電平、TXEN 拉至低電平 NRF905 進入接收模式，當檢測到接收頻率的載波時，CD 變為高電平；當接收到一個有效的地址，AM 變為高電平；對接收到的數據包進行 CRC 校驗，校驗正確，NRF905 將數據包除去報頭、地址，同時 DR 變為高電平；此時微處理器把TRX_CE 拉至低電平，NRF905 進入空閑模式，微處理器通過 SPI 口，按 SPI

44、時鐘把數據移入微處理器；當所有的數據傳出后，NRF905 再次將 AM、DR 變為低電平。無線通信單元響應微處理器發送指令，先通過 SPI 口按 SPI 時鐘把接收機的地址和要發送的數據傳送給 NRF905；然后微處理器將 TRX_CE 拉至高電平，使 NRF905 進入發送模式，對數據打包（添加報頭、完成 CRC 校驗計算），完成數據包的發送：發送完成后，DR 被設為高電平。在發送期間，無論 TRX_CE 發生怎樣的改變，NRF905 都能保證本次發送的完成。其接收模塊和發送模塊流程圖如圖 5.3、圖 5.4 所示圖 5.3 NRF905 接收數據模塊流程圖. . . . 圖 5.4NRF9

45、05 發送數據模塊流程圖NRF905 接收發送程序：#include #include #include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define BYTE_BIT0 0 x01#define BYTE_BIT1 0 x02#define BYTE_BIT2 0 x04#define BYTE_BIT3 0 x08#define BYTE_BIT4 0 x10#define BYTE_BIT5 0 x20#define BYTE_BIT6 0 x40#define BYTE_BIT7 0 x80bd

46、ata unsigned char DATA_BUF;#define DATA7 (DATA_BUF&BYTE_BIT7) != 0)#define DATA0 (DATA_BUF&BYTE_BIT0) != 0)sbitflag=DATA_BUF7;. . . . 21 / 46sbitflag1=DATA_BUF0; /發送數據緩沖區#define TxRxBuf_Len 4unsigned char TxRxBufTxRxBuf_Len=0 x29,0 x30,0 x31,0 x32,;sbitTXEN=P20;sbitTRX_CE=P32;sbitPWR=P21;sbi

47、tMISO=P26;sbitMOSI=P15;sbitSCK=P27;sbitCSN=P16;sbitAM=P24;sbitDR=P33;sbitCD=P22;sbitled3=P10;sbitled2=P11;sbitled1=P12;sbitled0=P13;sbitKEY0=P36;sbitKEY1=P37;sbitBELL=P23;uchar seg10=0 xC0,0 xCF,0 xA4,0 xB0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xF8,0 x80,0 x90; #define WC0 x00#define RC0 x10#define WTP0 x20#define RT

48、P0 x21#define WTA0 x22#define RTA0 x23#define RRP0 x24unsigned char idata RFConf11=0 x00, /配置命令/0 x4c, /CH_NO,配置頻段在 430MHZ0 x0c, /輸出功率為 10db,不重發，節電為正常模式0 x44, /地址寬度設置，為 4 字節0 x04,0 x04, /接收發送有效數據長度為 32 字節0 xCC,0 xCC,0 xCC,0 xCC, /接收地址. . . . 0 x58 /CRC 充許，8 位 CRC 校驗，外部時鐘信號不使能，16M 晶振;code TxAddress4=

49、0 xcc,0 xcc,0 xcc,0 xcc;char tf;static void Delay(uchar n)uint i;while(n-)for(i=0;i80;i+);unsigned char SpiRead(void)unsigned char j;for (j=0;j8;j+)DATA_BUF=DATA_BUF1;SCK=1;if (MISO) /讀取最高位，保存至最末尾，通過左移位完成整個字節DATA_BUF|=BYTE_BIT0;elseDATA_BUF&=BYTE_BIT0;SCK=0;return DATA_BUF;void SpiWrite(unsigned

50、 char send)unsigned char i;DATA_BUF=send;for (i=0;i8;i+)if (DATA7) /總是發送最高位MOSI=1;. . . . 23 / 46elseMOSI=0;SCK=1;DATA_BUF=DATA_BUF1;SCK=0;void nRF905Init(void)CSN=1;/ Spi disableSCK=0;/ Spi clock line init lowDR=0;/ Init DR for inputAM=0;/ Init AM for inputCD=0;/ Init CD for inputPWR=1;/ nRF905 pow

51、er onTRX_CE=0;/ Set nRF905 in standby modeTXEN=0;/ set radio in Rx modevoid Config905(void)uchar i;CSN=0;/ Spi enable for write a spi command/SpiWrite(WC);/ Write config command 寫放配置命令for (i=0;i11;i+)/ Write configration words 寫放配置字SpiWrite(RFConfi);CSN=1;/ Disable Spivoid TxPacket(uchar *TxRxBuf)uc

52、har i;/Config905();CSN=0;SpiWrite(WTP);/ Write payload commandfor (i=0;i4;i+)SpiWrite(TxRxBufi);/ Write 32 bytes Tx data. . . . / Spi enable for write a spi commandCSN=1;Delay(1);/ Spi disableCSN=0;/ Spi enable for write a spi commandSpiWrite(WTA);/ Write address commandfor (i=0;i=650us)void SetRxMo

53、de(void)TXEN=0;TRX_CE=1;Delay(1); / delay for mode change(=650us)unsigned char CheckDR(void)/檢查是否有新數據傳入 Data ReadyDR=1;Delay(2);if ( DR=1 & TRX_CE=1 & TXEN=0)/ Delay(50) ;return 1;elsereturn 0;. . . . 25 / 46void RxPacket(void)uchar i;Delay(1);TRX_CE=0;/ Set nRF905 in standby modeDelay(100);

54、TRX_CE=0;CSN=0;/ Spi enable for write a spi commandDelay(1);SpiWrite(RRP);for (i = 0 ;i 4 ;i+) TxRxBufi=SpiRead();/ Read data and save to buffer CSN=1;Delay(10);TRX_CE=1;void RX(void)SetRxMode();/ Set nRF905 in Rx modeif(CheckDR()=1)Delay(10);RxPacket();if(TxRxBuf0=0 x29)P0= seg3;led0=0;led1=0;led2=

55、0;led3=0;if(TxRxBuf0=0 x30)P0= seg4;led0=0;led1=0;led2=0;led3=0;. . . . void main(void)nRF905Init();Config905();P0= seg0;led0=0;led1=0;led2=0;led3=0;while(1)RX();if(KEY0 =0 )tf = 1 ;TxRxBuf0=0 x29;TxRxBuf1=0 x30;TxRxBuf2=0 x31;TxRxBuf3=0 x32; P0= seg1;led0=0;led1=0;led2=0;led3=0;if(KEY1 =0 )tf = 1 ;

56、 TxRxBuf0=0 x30;TxRxBuf1=0 x31;TxRxBuf2=0 x32;TxRxBuf3=0 x29; P0= seg2;led0=0;led1=0;led2=0;led3=0;. . . . 27 / 46if (tf=1)SetTxMode();TxPacket(TxRxBuf);tf = 0;Delay(10);5.3 上位機串行口通訊軟件設計上位機串口通信程序查詢方式，模塊化設計完成與測量模塊的數據通信。其程序流程圖如圖 5.5 所示：圖 5.5 串口通信程序流程圖串口通信程序包括對串口的初始化、數據發送和數據接收三個部分。其程序如下：#include #inclu

57、de unsigned char ch;bit read_flag= 0 ; void init_serialcom( void ) . . . . SCON = 0 x50 ; /SCON: serail mode 1, 8-bit UART, enable ucvr /UART 為模式 1，8 位數據，允許接收TMOD |= 0 x20 ; /TMOD: timer 1, mode 2, 8-bit reload /定時器 1 為模式 2,8 位自動重裝PCON |= 0 x80 ; /SMOD=1; TH1 = 0 xFD ; /Baud:19200 fosc=11.0592MHz IE

58、 |= 0 x90 ; /Enable Serial Interrupt TR1 = 1 ; / timer 1 run TI=1; /向串口發送一個字符 void send_char_( unsigned char ch) SBUF=ch; while (TI= 0); TI= 0 ; /串口接收中斷函數 void serial () interrupt 4 using 3 if (RI) RI = 0 ; ch=SBUF; read_flag= 1 ; /就置位取數標志 main() init_serialcom(); /初始化串口 while ( 1 ) if (read_flag) /

59、如果取數標志已置位，就將讀到的數從串口發出 read_flag= 0 ; /取數標志清 0 send_char_(ch); . . . . 29 / 46這個程序由四部分組成init_serialcom( void ) /初始化串口send_char_( unsigned char ch) /向串口發送字符serial () interrupt 4 using 3 /中斷串口接收字符main() /主函數5.4 通訊單元軟件設計通信單元將串口接收到的數據通過無線射頻芯片發送出去，也可將無線射頻芯片接收到的數據通過串口傳輸給上位機。其主程序流程圖如圖 5.6 所示：圖 5.6 通信單元主程序流程

60、圖數據接收部分:當允許接收控制位 REN 被置 1，單片機就開始工作，由單片機以 9600BPS 的 16 倍速率對 RXD 引腳上的電平進行采樣。當采樣到從 1到 0 的負跳變時，啟動接收控制器開始接收數據。在接收移位脈沖的控制下依次把所接收到的數據移入移位寄存器。當8 位數據機停止位全部移入后，接收控制器發出“裝載 SBUF信號，將移位寄存器中的 8 位數據裝入接收數據寄存器 SBUF，停止位裝入 RBD，并置位 RI，向 CPU 申請中斷，把數據從 SBUF 中取出。接收控制器繼續采樣 RXD 引腳，準備接收下一幀數據。其軟件程序如下：#include . . . . #define uint unsigned int #defi