智能脫扣器的軟硬件設計

瞬時(shí)保護是一種特殊的保護方式，它不需要對有效值進(jìn)行比較，而是采用即采即比的方式，一旦發(fā)現某個(gè)采樣點(diǎn)超過(guò)規定的門(mén)檻，立即讓單片機系統發(fā)出脫扣信號。但是，由于脫扣器工作條件不定，不可避免受到外界干擾源的影響，導致脫扣器誤動(dòng)，為了減少誤動(dòng)的可能性，可以采取判別連續幾個(gè)采樣點(diǎn)是否都超過(guò)門(mén)檻值，如果都超過(guò)則認定故障發(fā)生，否則判別為外界干擾。采取這種方法提高了可靠性但是降低了時(shí)效性，至于連續判別幾個(gè)采樣點(diǎn)根據實(shí)際需要來(lái)定。

3 抗干擾的措施

影響智能脫扣器的干擾源有用電設備的浪涌電流，對講機、手機等產(chǎn)生的射頻輻射，智能脫扣器內部的開(kāi)關(guān)電源和斬波釋放電路等。這些干擾源的存在導致程序死掉，或電流電壓等參數顯示不準確導致故障狀態(tài)判斷錯誤，進(jìn)而引起脫扣器誤動(dòng)作。為了減少干擾的影響，需要在硬件和軟件上采取相應措施。

3．1 硬件抗干擾

采取的措施有：

1）合理布線(xiàn)，使數字電路地和模擬電路地共點(diǎn)地為懸浮工作方式，即系統各回路的基準電位互相連接在一起而不與大地相連，這樣系統有較強的抗干擾能力；

2）模擬電路地和數字電路地分開(kāi)接地，最后再匯合到一點(diǎn)，這是因為斬波泄放電路在啟動(dòng)工作后，出現很高的瞬態(tài)干擾，把邏輯地（主機）和模擬地（A/D）分開(kāi)后，這一干擾就降到很低；

3）線(xiàn)路板和元器件表面噴絕緣層，是防潮和絕緣的需要，對防電磁干擾也有很重要的作用；在機殼內涂金屬屏蔽層，形成等電位屏蔽，對電磁干擾也有很大的屏蔽作用；

4）在穩壓電源、隔離變壓器后側安裝濾波電路，能使火線(xiàn)與零線(xiàn)中的干擾電流得到衰減；

5）芯片的選擇上，盡可能采用體積小的芯片封裝，由于貼片封裝比直插封裝體積小、抗干擾能力強，因此選擇貼片封裝；

6）盡量減少外圍電路，使電路板布線(xiàn)簡(jiǎn)單；

7）硬件電路應采用多級跟隨器和高頻濾波電路，以保證信號不失真。

3．2 軟件抗干擾

軟件上抗干擾的方法有以下幾種。

1）為了防止裝置受到干擾進(jìn)入“死機”狀態(tài)，在程序中加入一些監控措施利用看門(mén)狗（WATCHDOG）對程序進(jìn)行死鎖檢測，在必要的時(shí)候自動(dòng)復位；在未使用的中斷向量區、空白程序區設置軟件陷阱，強迫程序跑飛以后能夠回到正常軌道上來(lái)；在必要的地方寫(xiě)入冗余指令，以調整指令長(cháng)度，防止程序混亂。

2）對采樣信號進(jìn)行數字濾波首先對每一個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行判別，讓其與相鄰值、前次值以及增值最大值比較，根據對稱(chēng)檢測法、限幅檢測法來(lái)判斷是否為干擾信號；對最近采樣的點(diǎn)進(jìn)行FFT計算得到的數據與前幾次的數據求平均值，舍去“異類(lèi)”。

3）軟件“WATCHDOG”技術(shù)系統運行時(shí)受到外界干擾的時(shí)候，程序會(huì )偏離正常軌道從而引起一系列問(wèn)題，出現死循環(huán)，系統無(wú)法回到正常狀態(tài)。軟件看門(mén)狗技術(shù)特點(diǎn)是：系統正常運行程序中，每隔一段固定時(shí)間就要對“WATCHDOG”進(jìn)行“喂狗”操作，在規定時(shí)間內如果檢測到“喂狗”操作，表明系統運行正常，否則認為系統出錯，自動(dòng)發(fā)出復位信號。本項目采用的CYGNAL51芯片內部自帶看門(mén)狗，這就減少了項目開(kāi)發(fā)人員的工作量。

此外，在數據處理的算法上進(jìn)行改進(jìn)，也能大大提高系統的抗干擾能力，但是，這往往是以犧牲代碼長(cháng)度為代價(jià)的，至于如何取舍看實(shí)際項目要求而定。

4 結語(yǔ)

隨著(zhù)高性能、低價(jià)格芯片的不斷涌現，在保留傳統設備優(yōu)點(diǎn)的基礎上，智能脫扣器在保護的多樣性、判斷準確性和抗干擾性、自診斷保護、實(shí)時(shí)通訊和顯示等方面有較大的改進(jìn)，這大大方便了用戶(hù)，從而有廣闊的市場(chǎng)前景。