基于MSP430的直流接地檢測系統

正負母線(xiàn)電壓檢測。正母線(xiàn)、負母線(xiàn)、地線(xiàn)經(jīng)過(guò)“平衡-不平衡”檢測電橋后，由電位器對檢測點(diǎn)A的電壓進(jìn)行分壓，得到便于采集的低壓直流信號。正負母線(xiàn)相對于地的電壓超過(guò)了人體的安全電壓，為了減少處理器與檢測電橋部分的連接，系統采用壓頻轉換器對分壓后的信號進(jìn)行采集。由于采用了壓頻轉換器，只需要一根信號線(xiàn)，一個(gè)光電耦合器件就能夠實(shí)現母線(xiàn)電壓的檢測，提高了系統的可靠性和穩定性，簡(jiǎn)化了系統設計。經(jīng)過(guò)分壓后的低壓直流信號由電壓／頻率變換器AD7740轉換成頻率隨輸入電壓成線(xiàn)性關(guān)系的方波信號。該方波信號經(jīng)過(guò)光耦隔離再送處理器，避免母線(xiàn)的高壓對操作人員造成傷害。處理器對方波信號測頻，并換算成檢測點(diǎn)A對應的電壓，最后根據3次測得的A點(diǎn)電壓及網(wǎng)絡(luò )結構計算出母線(xiàn)電壓和母線(xiàn)絕緣電阻。
64路支路漏電流檢。非接觸式漏電流傳感器送過(guò)來(lái)的直流感應電壓經(jīng)過(guò)8個(gè)8選1模擬開(kāi)關(guān)(CD4097)選擇，形成8路直流電壓信號。為了降低ADC芯片輸入阻抗對測量精度的影響，用高輸入阻抗的運放對該電壓信號進(jìn)行射隨緩沖后送到A／D轉換器TLC2543的8個(gè)模擬信號輸入端。A-DC芯片內部自動(dòng)進(jìn)行通道切換，循環(huán)采集8個(gè)輸入端的模擬信號，采集到的數據通過(guò)SPI串行通信總線(xiàn)送處理器MSP430F149。
人機交互模塊分為L(cháng)CD顯示和矩陣鍵盤(pán)。LCD也為串行SPI接口，與ADC芯片共用一個(gè)SPI接口，通過(guò)I／O口片選區分。LCD主要用于循環(huán)顯示當前的正負母線(xiàn)電壓，正負母線(xiàn)絕緣電阻，當前的時(shí)間，絕緣電阻異常的支路號。鍵盤(pán)采用4個(gè)I／O接口對2×2的矩陣鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，用于輸入絕緣電阻報警的上下限。母線(xiàn)電壓報警的上下限，選擇需要查看的存儲數據。
處理器模塊分為數據存儲，實(shí)時(shí)日歷鐘，系統復位，系統供電，JTAG調試接口等。當系統的母線(xiàn)電壓或者絕緣電阻異常時(shí)，儀器將會(huì )自動(dòng)記錄當前的母線(xiàn)電壓，母線(xiàn)絕緣電阻，異常的支路號和當前的故障發(fā)生日期，并將其存儲到EEPROM中，以便日后查詢(xún)使用。實(shí)時(shí)日歷鐘芯片用于提供發(fā)生故障異常的時(shí)間記錄來(lái)源，并可供日常顯示。

3 系統軟件設計
本系統采用了MSP430F149處理器作為系統控制中心，在軟件設計中利用了該單片機數據存儲器大的優(yōu)點(diǎn)，便于對64路漏電流傳感器采集的數據、母線(xiàn)電壓和母線(xiàn)絕緣電阻數據進(jìn)行存儲和處理。主程序中首先完成的是各個(gè)模塊的初始化，主要包括液晶顯示器初始化、模擬切換開(kāi)關(guān)初始化、模數轉換器初始化。為了確保系統工作的可靠性，系統在上電后首先進(jìn)行自檢，保證系統中的各個(gè)部分硬件電路正常后，將會(huì )自動(dòng)進(jìn)入直流接地檢測狀態(tài)，否則顯示自檢失敗信息提示操作人員。
整個(gè)程序的編寫(xiě)均由C語(yǔ)言完成，在程序設計中，采用了結構化程序設計方法，使各個(gè)模塊程序相對獨立，便于程序代碼的維護、移植和升級。同時(shí)，這樣分離式的程序設計，降低了代碼的調試難度，縮短了調試周期。將與接地故障信息(如母線(xiàn)電壓，母線(xiàn)絕緣電阻，支路絕緣電阻，接地支路號等)密切相關(guān)的數據放在一個(gè)結構體里，便于掉電存儲與回放顯示。系統的主程序流程圖，如圖4所示。

4 實(shí)驗數據分析
為了達到好的測試效果，A／D采集必須達到一定的測試精度，圖5是A／D采集的實(shí)測數據和測試誤差分析曲線(xiàn)，從圖中可以看出，A／D采集的誤差約20 mV，屬于正常范圍，因為系統采用8位A／D，5 V基準電壓。這個(gè)采樣精度滿(mǎn)足整體的設計要求。