基于AVR微控制器的電力機車智能輔保系統的實現

2 系統的硬件和軟件設計

2.1 系統的硬件設計

系統主要由輸入調理電路、控制輸出部分及顯示電路、系統主控制電路組成。輸入信號的調理電路為系統主電路提供多路模擬量及數字開關量輸入通道，設計中主要考慮了信號與現場的隔離和抗干擾。輸出電路完成對各電機接觸器及主接觸器的控制，即能對出現故障的電機實現一次保護或二次保護，并提供各通道電機故障的顯示，確保電機的安全。

圖1給出了系統的主電路組成圖。圖中所示的各路信號分別表示輸出通道、故障顯示通道、開關數字量輸入通道及條件標志輸入通道。

2.2 系統的軟件設計

系統軟件采取模塊化結構，系統各任務模塊在功能上應盡量保持獨立。將各任務模塊放在時鐘中斷服務程序中執行，就可將系統各監測任務所需的各不相同的眾多故障持續延時時間轉化為執行頻率。

2.2.1 數據采集程序的設計

以通道0為例，系統利用其片內10位ADC進行模擬量采集的軟件初化程序段如下：

.include 8535def.ine

.def count=r14

.def flag=r15

.def result=r16

.def temp=r17

.def ac_temp=r18

INIT:Idi AL,low(RAMEND)

Out SPL,AL

Idi AL,high(RAMEND)

out SPH,AL ;初始化堆棧指針

ldi count,3 ;設置采集點數

clr flag ;清采集標志

ldi ZL,$65

clr ZH ;設置外部SRAM數據緩區首址為$0065H

ldi result,$8d

out ADCSR,result ;設置ADEN=1,ADSC=0,ADFR=0,ADIF=0,ADIE=0

;設置ADPS2=1，ADPS=0，ADPS0=0

;使ADC預分頻器選擇分頻系數為16，設置ADC時鐘頻率為115kHz

sbi ADCSR,ADIE ;ADC中斷使能

ldi temp,$00 ;選擇PA0(模擬通道1)

out ADMUX,temp

sbi ADCSR,ADSC ;啟動ADC轉換

中斷采集程序段如下：

ACONVERT：in ac_temp,SREG ;臨時保存狀態寄存器

in BL,ADCL

in BH,ADCH

andi BH,$03

st Z+,BL ;保存到數據緩沖區

st Z+,BH

dec cout ;采集點數到否?

breq ADC_a

sbi ADCSR,ADSC ;啟動下一次A/D轉換

rjmp XX

ADC_a: ldi flag,$aa ;置采集結束標志

XX：out SREG,ac_temp ;恢復狀態寄存器

Reti

對A/D通道采集的模擬量數據采用防脈沖干擾的中值濾波法。

2.2.2 系統軟件的總體設計及實現

為了確保系統的實時性，系統的監測掃描時間片設為100ms。在SRA嶇設置標志及內部軟件計時器單元，通過設定各路計時單元及計時啟動/結束標志，來解決出現短路、過流及單相故障的電機所需的各不同故障持續延時時間，對電機在不同過流范圍區段的不同故障持續延時時間也可正確區分并記錄。這樣系統就不會因某一任務的延時而影響對系統其它任務的檢測，實現了對各路電機監測的實時多任務處理。另外注意，對于與執行頻率無關的模塊則可放在主程序中執行。

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圖2、圖3給出了T/C1定時中斷服務程序模式及主程序模塊的流程框圖。

該智能輔保系統樣機經過現場調試，目前已投入運營。實踐證明，系統穩定可靠，效果良好。