畢業(yè)設計-- 高壓開關測試儀的研究與設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題 目： 高壓開關測試儀的研究與設計 </p><p>　　學 院： 電子信息學院 </p><p>　　專業(yè)班級： 測控技術與儀器07級2班 </p><p>　　指導教師：

2、 職稱： </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　學 號： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科學技術的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)很多全自動檢測的儀器儀表。高壓斷

3、路器是發(fā)電廠和變電所配電裝置中必不可少的元件．它通過機械部件的正確動作來完成分、合閘。據(jù)有關部門的統(tǒng)計，我國高壓開關事故絕大多數(shù)源于機械原因。因此在使用前或大修時都必須對其機械特性參數(shù)進行測試 ，如行程、開距與超程； 固有分、合閘時間，分、合閘同期性；分、合閘速度等等，以確保開關的正常運行。</p><p>　　本系統(tǒng)以單片機89C51為核心，利用光柵信號采集高壓開關的行程數(shù)據(jù)，并經(jīng)光電隔離將信號送入系統(tǒng)單片機，

4、然后單片機與控制面板上的通訊，將采集的數(shù)據(jù)傳到單片機，由單片機完成數(shù)據(jù)的處理和運算。單片機同時負責人機接口(包括界面顯示，按鍵輸入，測量結(jié)果，)</p><p>　　關鍵詞：分、合閘同期性，單片機，光柵信號，光電隔離</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the development of sci

5、ence and technology, has a lot of automatic detection instrumentation. Power plants and substations high voltage circuit breaker is an essential component in the power distribution unit. It is the right action by mechani

6、cal parts to complete the opening and closing. According to relevant statistics. Most incidents of high-voltage switch from mechanical causes. Therefore, before using or overhaul of its mechanical properties when the par

7、ameters must be tested, such as t</p><p>　　The 89C51 microcontroller as the core system, the use of grating high-voltage switchgear trip signal acquisition data, and optically isolate the signal into the sys

8、tem microcontroller and microcontroller communication and control panel, the collected data to the microcontroller, the data from the MCU to complete the processing and computing. SCM is also responsible for man-machine

9、interface (including the interface display. Keystrokes, measurements)</p><p>　　KEY WORDS: Points, closing simultaneity, SCM, grating signal, optical isolation</p><p><b>　　前 言</b><

10、/p><p>　　“十一五”期間，我國將迎來電網(wǎng)建設的新高潮，全國電建設的總投資將達1萬多億元。我國電網(wǎng)建設主要以超高壓特高壓的電網(wǎng)建設為主。投資2000多億元打造31個重點城電網(wǎng)，農(nóng)村電網(wǎng)建設改造進入快車道。電網(wǎng)的大發(fā)展必然促進高壓開關設備的大發(fā)展，高壓開關是電力系統(tǒng)中的重要器件，是當電力網(wǎng)遇到自然界破壞或人為造成的供電線路故障時，夠及時切斷線路電源，防止故障擴大，保證電力系統(tǒng)和高壓備安全至關重要的環(huán)節(jié)。同時也對高

11、壓開關設備提出了更高、嚴格的要求，以保障整個電網(wǎng)的安全運行。</p><p>　　高壓開關在電網(wǎng)中起著控制和保護的雙重作用，是電力系統(tǒng)中至關重要的開</p><p>　　關設備之一。它發(fā)生故障或事故時會引起電網(wǎng)事故或擴大電網(wǎng)事故范圍，有時甚至會引起電網(wǎng)崩潰，造成相當大的經(jīng)濟及其它方面的損失。通過對高壓開關操動機構(gòu)的動作特征、電氣特性進行信息捕捉，可以對高壓開關的可靠性做出判斷，從而診斷開關

12、故障類型，及時采取相應的措施，以保證電網(wǎng)的安全運行。</p><p>　　為了保證高壓開關的正常運行，必須對其機械特性進行定的檢測，掌握高壓開關的各種特性參數(shù)，并對參數(shù)進行分析究，以此來評定高壓開關使用狀態(tài)的好壞以及預測使用壽命，及時對其進行維護或者更換。本文將介紹一款基于單片機用于測試高壓開關機械特性參數(shù)的設計。</p><p><b>　　目 錄</b><

13、/p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 研究背景、意義及現(xiàn)狀1</p><p>　　1.1.1 研究背景1</p><p>　　1.1.2 研究意義2</p><p>　　1.1.3 國內(nèi)外高壓開關機械特性測試儀的現(xiàn)狀3</p><

14、p>　　第2章 高壓開關機械特性分析5</p><p>　　2.1 高壓開關的基本概念5</p><p>　　2.1.1 高壓開關5</p><p>　　2.1.2 高壓開關工作原理6</p><p>　　2.2 高壓開關機械特性參數(shù)6</p><p>　　2.3 常用機械性能測試方法8&

15、lt;/p><p>　　2.4 本章小結(jié)11</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設計12</p><p>　　3.1 系統(tǒng)總體設計12</p><p>　　3.2 主要模塊設計13</p><p>　　3.2.1 單片機芯片的選取13</p><p>　　3.2.2 復位電路

16、的設計14</p><p>　　3.2.3 電源設計14</p><p>　　3.2.4 合閘電阻設計15</p><p>　　3.2.5 RS232電平轉(zhuǎn)換電路16</p><p>　　3.2.6 片外擴展數(shù)據(jù)電路17</p><p>　　3.2.7 A/D轉(zhuǎn)換及接口電路17</p>

17、<p>　　3.2.8 液晶顯示接口電路18</p><p>　　3.2.9 矩陣式鍵盤的電路19</p><p>　　3.3 數(shù)據(jù)采集及操作命令執(zhí)行系統(tǒng)分析20</p><p>　　3.3.1 光柵信號20</p><p>　　3.3.2 光電隔離25</p><p>　　3.3.3

18、 繼電器在高壓開關測試儀中的正確應用26</p><p>　　3.4 本章小結(jié)31</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設計32</p><p>　　4.1　主程序設計32</p><p>　　4.2 復位電路程序35</p><p>　　4.3 A/D轉(zhuǎn)換器的軟件設計36</p>

19、<p>　　4.3.1 應用TLC2543軟件設計應注意的問題36</p><p>　　4.3.2 TLC2543的程序設計37</p><p>　　4.4 液晶顯示屏的軟件設計41</p><p>　　4.5　鍵盤中斷服務程序43</p><p>　　4.6　外部中斷( EXINT )服務程序44</p>

20、;<p>　　4.7　軟件定時器中斷服務程序44</p><p>　　4.8 本章小結(jié)45</p><p>　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試和實驗結(jié)果46</p><p>　　5.1 系統(tǒng)調(diào)試46</p><p>　　5.1.1 硬件調(diào)試46</p><p>　　5.1.2 軟件調(diào)試47<

21、/p><p>　　5.1.3 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)47</p><p>　　5.2 總體測試結(jié)果與分析47</p><p>　　5.3 本章小結(jié)48</p><p>　　第6章 總結(jié)與展望49</p><p>　　6.1 總結(jié)49</p><p>　　6.2 展望49</p>

22、<p><b>　　參考文獻51</b></p><p><b>　　致 謝52</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 研究背景、意義及現(xiàn)狀</p><p>　　1.1.1 研究背景</p>&

23、lt;p>　　隨著科技和工業(yè)技術的發(fā)展，我國電力行業(yè)的發(fā)展勢頭迅猛。自1998年我國開始實施城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造工程和西電東送工程以來，電力行業(yè)迅速蓬勃發(fā)展給輸配電設備制造業(yè)創(chuàng)造了巨大的市場需求，市場規(guī)模也隨著時常需求而迅速擴大。據(jù)統(tǒng)計資料表明，我國今后幾年將追加裝機3000萬千瓦的電源建設，年增裝機容量上升至U2500萬千瓦，即年增裝機可增力到30％～40％，而且與新增裝機較直接的一些開關設備市場容量將會有更大擴容，并且具有更好的市場需

24、求。除了電力工業(yè)自身持續(xù)、穩(wěn)定、快速發(fā)展外，“十一五”期間，我國投入到電網(wǎng)改造的資金達8500億元，國家電網(wǎng)公司大力發(fā)展高壓電網(wǎng)行業(yè)，據(jù)有關資料統(tǒng)計顯示：2007年，我國高壓開關行業(yè)實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值631．076億元，2008年實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值960．97億元，同比增長率為18．83％，高壓開關行業(yè)仍處于高發(fā)展勢頭。由于電網(wǎng)的快速、高效的發(fā)展和電力自動化裝置在電力行業(yè)的廣泛使用，電網(wǎng)的安全性和可靠性必然成為人們同益關注的焦點。這就需要高壓開

25、關設備對電網(wǎng)進行實時監(jiān)控和保護，在電網(wǎng)發(fā)生事故時，它能迅速切斷故障點，保障電網(wǎng)無故障部分能安全有效的運行。</p><p>　　高壓開關設備被廣泛用于10KV到500KV的電力系統(tǒng)中，是開關電器中最為關鍵的一種電氣設備，它作為絕緣和滅弧設備的裝置，在工作中對電網(wǎng)起到重要的控制和保護作用。在正常工作時，根據(jù)電網(wǎng)的需要將電力設備或線路接入電路或斷開電路；當電路發(fā)生故障時，高壓開關能迅速、自動的切斷故障電流，使電力系統(tǒng)

26、中其他無故障部分安全運行，用以減小停電范圍，保護其他電力設備。高壓開關工作狀態(tài)的好壞將直接影響電力系統(tǒng)的安全性和可靠性，并且由于高壓開關裝置被安裝在露天環(huán)境下，因此其工作要經(jīng)受電、熱、大氣等方面的影響，其使用壽命備受關注，現(xiàn)階段評價高壓開關使用壽命長短的方法是對高壓開關機械特性參數(shù)的測量。根據(jù)IEC62271。10GBl984-2003)的新標準的規(guī)定，對高壓開關機械特性參數(shù)進行測量。在新標準中規(guī)定：每一種高壓開關產(chǎn)品均有行程特性的標準

27、曲線，當總行程超過20mm時，將總行程的±5％迭加到參考曲線上，產(chǎn)生兩條曲線，這兩條曲線就是該產(chǎn)品的包絡線；在總行程小于或等于20mm時，將±2mm朋迭加到標準曲線上生成兩條曲線，這兩條曲線也是產(chǎn)品的包絡線。兩種情況下的包絡線可以在總行程±5％或±2mm以內(nèi)上下動，當被測</p><p>　　1.1.2 研究意義</p><p>　　隨著科學技術的發(fā)

28、展，已經(jīng)出現(xiàn)很多全自動檢測的儀器儀表。高壓斷路器是發(fā)電廠和變電所配電裝置中必不可少的元件．它通過機械部件的正確動作來完成分、合閘。據(jù)有關部門的統(tǒng)計．我國高壓開關事故絕大多數(shù)源于機械原因。因此在使用前或大修時都必須對其機械特性參數(shù)進行測試 ，如行程、開距與超程； 固有分、合閘時同，分、合閘同期性；分、合閘速度等等，以確保開關的正常運行。</p><p>　　根據(jù)國家電網(wǎng)公司2004年報告指出，在2004年由于高壓開

29、關引起的事故多達46臺次，比2003年增加lO臺次，總事故為346臺次，比2003增加54臺次。國家電網(wǎng)公司對近年高壓開關事故分析報告指出，由于高壓開關質(zhì)量不合格造成的事故占69．6％，其他自然條件原因造成的事故比重較輕，這一對比提醒我國高壓開關企業(yè)必須嚴格按照新標準規(guī)定，生產(chǎn)、制造和測量高壓開關設備，并充分說明我國高壓開關的質(zhì)量、測試方法均需提高，并且測量手段的提高是避免高壓開關事故發(fā)生的重要條件。高壓開關在電網(wǎng)中的主要功能是關合、開

30、斷、保護、控制、調(diào)節(jié)和測量電力線路。因此，它是電力系統(tǒng)中必不可少的器件，對其機械特性參數(shù)的測量非常重要，機械特性參數(shù)是評價高壓開關壽命的重要參數(shù)。據(jù)國內(nèi)外不完全統(tǒng)計，絕大多數(shù)高壓開關的事故都是由于機械缺陷所造成的。日本由于機械故障造成的事故率為90％，國際電工委員會統(tǒng)計的數(shù)據(jù)為88％，我國電力部門統(tǒng)計的數(shù)據(jù)為85％左右。當電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路等異常時，高壓開關將發(fā)生拒動、誤動、慢分和三相不同期等機械故障，這有可能造成惡性事故，甚至可以引起設

31、備爆炸，給人民生命和國家財產(chǎn)帶來巨大的損失。所以高壓開關機械特</p><p>　　1.1.3 國內(nèi)外高壓開關機械特性測試儀的現(xiàn)狀</p><p>　　由于國外高壓開關行業(yè)起步較早，因此技術也較為先進。高壓開關行業(yè)的龍頭主要集中在歐洲和日本。如llSiemens、ABB、Alstom、Schneider、Programma、WEIS、三菱、日立、東芝等。他們的產(chǎn)品開發(fā)周期短、制造技術先進、

32、對市場需求反映迅速、測量準確。其代表性產(chǎn)品為瑞士的PROGRAMMA、美國的RTR 48 Circuit Breaker Response Recorders等產(chǎn)品，硬件采用工控機和數(shù)據(jù)采集卡形式。此產(chǎn)品的優(yōu)點為對高壓開關機械特性參數(shù)能進行準確的測量，并且用戶界面美觀。缺點是只能針對某型高壓開關，軟件實現(xiàn)功能較為單一，售價高昂，體積較大，不符合野外測試要求，并且純英文界面，給使用者帶來了不便。</p><p>　

33、　因此，國內(nèi)各高壓開關廠家開始自行研發(fā)用于測量高壓開關機械特性參數(shù)的儀器。傳統(tǒng)的測量方法是通過電子秒表、故障測試儀、示波器等測試儀表進行，但由于此測試方法只有在高壓開關進行大修時才能檢測，并且檢測時間較長、測試導線較復雜，基于這些特點，隨后國內(nèi)研究出基于單片機的高壓開關測試儀系統(tǒng)，將單片機作為芯片，通過采集光電傳感器上的信號來測量高壓開關的行程和時間，進而測量高壓開關機械特性參數(shù)。但是這些測試儀不足之處在于其分辨率太低，只有l(wèi)mm左右，

34、且不易提高。如：若想提高分辨率，如達到0.5mm。一方面需要將光柵的間隔縮短到0.5mm，另一方面還要考慮CPU在編碼器通過0.5mm光柵所需要的時間能否完成1次A／D轉(zhuǎn)換。其次，當斷路器在分、合閘過程中，動觸頭有個彈跳過程，必須加硬件電路來進行方向判斷，否則會產(chǎn)生累加誤差。并且由于國內(nèi)開發(fā)的高壓開關機械特性測試儀只能對測試數(shù)據(jù)進行一次性存儲，且機內(nèi)存儲容量有限，因此無法滿足大容量數(shù)據(jù)的存儲和查詢，另外，由于國內(nèi)測量儀中有些數(shù)據(jù)處理需通

35、過PC機進行，而測量儀與PC機的通信均采用串口方式進行，隨著測量數(shù)據(jù)的加大，傳輸數(shù)據(jù)會越來越慢，通信時間越來越長，因此無法</p><p>　　隨著大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨔PGA和CPLD的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的由各個電路聯(lián)合實現(xiàn)整體邏輯的設計方案已經(jīng)成為過去，現(xiàn)在已實現(xiàn)基于CPLD或FPGA的芯片級硬件電路設計，并且由于單片機的快速發(fā)展，使數(shù)字信號處理技術用于完成檢測任務成為可能，增加了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力和系統(tǒng)的實時性?，F(xiàn)

36、在對測試儀的基本要求是在滿足國家GBl984-2003規(guī)定外，在采用幅值和采樣精度上均要比以前的儀器有所提高，性能有所提高并且具有實時性。</p><p>　　第2章 高壓開關機械特性分析</p><p>　　2.1 高壓開關的基本概念</p><p>　　2.1.1 高壓開關</p><p>　　在電力系統(tǒng)中規(guī)定額定電壓在11OKV以

37、上的輸配電斷路器稱為高壓開關。如圖2-1所示為真空斷路器結(jié)構(gòu)圖。高壓開關是電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護設備。一方面，高壓開關根據(jù)電網(wǎng)運行需要，將電力設備或線路投入/退出電網(wǎng)的運行，它在其中起到控制的作用；另一方面，在電力系統(tǒng)設備或線路發(fā)生故障時，高壓開關可以及時的切斷故障點，保障電網(wǎng)中其他無故障的部分安全、有效的運行，這種作用稱為保護作用?？傊邏洪_關是一種能夠開斷、關合和承載運行線路的正常電流，也能在電力系統(tǒng)規(guī)定時間內(nèi)關合、開斷和承

38、載規(guī)定的異常電流(如過載電流和短路電流)的開關設備，并且高壓開關的可靠性直接關系到整個電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定。</p><p>　　圖2-1 VSI型真空開關結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.1.2 高壓開關工作原理</p><p>　　下面以真空斷路器為例，介紹高壓開關的工作原理。真空斷路器是高壓開關的一種，它是利用真空作為觸頭間的絕緣與滅弧介質(zhì)的斷路器。自從1962年美

39、國GE公司研制成功第一臺真空斷路器以來．其研制和開發(fā)己取得了很快的發(fā)展，由于它具有分斷能力強、壽命長、維修量小、電弧不外露、安全可靠、體積小、重量輕、噪聲小、可在環(huán)境惡劣、操作頻繁的條件下工作的顯著特點，因而得到了廣泛的應用。真空斷路器主要由導電回路，絕緣系統(tǒng)，密封件和殼體組成。</p><p>　　整體結(jié)構(gòu)為三相共箱式。其中高壓載流回路由導電夾、軟連接等經(jīng)過滅弧室兩端的動、靜導電桿組成。斷路器的全部使命主要體現(xiàn)

40、在動、靜觸頭的分、合閘動作上，因此研究斷路器的分／合閘操作是必不可少的。斷路器合／分閘操作是操動機構(gòu)通過絕緣拉桿、觸頭彈簧等同真空滅弧室內(nèi)的動導電桿相連，由動導電桿帶動動／靜觸頭同時接通、分斷，完成一次合／分閘操作。合閘過程是當操動機構(gòu)的合閘線圈通電時，合閘電磁鐵被吸合，帶動動導電桿運動，使動、靜觸頭接通，完成合閘過程；分閘操作是當操動機構(gòu)的分閘線圈通電時，分閘電磁鐵被吸合，從而使鎖扣釋放，在分閘彈簧以及本身重力作用下動、靜觸頭迅速分閘

41、，完成分閘過程。</p><p>　　2.2 高壓開關機械特性參數(shù)</p><p>　　機械特性參數(shù)是保證高壓開關能正常工作的重要依據(jù)。機械特性參數(shù)的定義和計算是通過高壓開關的行程-時間曲線來描述。在合閘時，動觸頭迅速移動，并接觸靜觸頭，使高壓開關導通，接入負載。但由于動觸頭存在慣性，還會運動到最高點，然后在返回到平衡點，形成一個振蕩過程。因此，在行程．時間曲線上出現(xiàn)一個超調(diào)的過程。如圖

42、2-2所示的行程-時間曲線，來定義高壓開關的機械特性參數(shù)。</p><p><b>　　、</b></p><p>　　圖2-2 動觸頭行程-時間曲線</p><p>　　(1)行程：在合／分閘操作中，高壓開關動觸頭從起始位置到動觸頭運動到任一位置，動觸頭總的位移。</p><p>　　(2)超行程：合閘操作中，高壓開

43、關的觸頭接觸靜觸頭后動觸頭繼續(xù)運動的距離。</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　(3)時間行程特性：在合分操作中，高壓開關的動觸頭運動的行程與時間的關系。</p><p>　　(4)觸頭開距：在分閘位置時，高壓開關各級動／靜觸頭之間或其連接的任何導電部分之間的總間隙。</p><p>&l

44、t;b>　?。?-2）</b></p><p>　　(5)全程平均速度：高壓開關合閘過程中，動觸頭在整個合閘過程中運動的平均速度。</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　(6)觸頭剛合速度：高壓開關合閘過程中，動觸頭與靜觸頭在合閘過程中接觸瞬間的運動速度。</p><p>

45、　　(7)合閘時間：從接到合閘指令瞬間起到動觸頭和靜觸頭都接觸的瞬間的時間間隔。</p><p>　　注：a．合閘時間包括丌關合閘所必需的并與開關組成一體的任何輔助設備的動作時間。b．對裝有并聯(lián)電阻的開關，需把與并聯(lián)電阻串聯(lián)的觸頭都接觸瞬間前的合閘時間和主觸頭都接觸瞬間前的合閘時間作出區(qū)別。</p><p><b>　　（2-4）</b></p><

46、;p>　　(8)分閘速度：高壓開關在分閘過程中動觸頭的運動速度。</p><p>　　(9)分閘時間：從接到分閘指令瞬間起，到動／靜觸頭分離的瞬間的時間間隔。</p><p>　　(10)彈跳時間：在合閘過程中，由于機械碰撞的彈力，使動觸頭和靜觸頭接觸后要經(jīng)過反復的彈跳才能最終達到一個穩(wěn)定的時間(即三相觸頭都已經(jīng)穩(wěn)定關合)。</p><p>　　(11)觸頭剛

47、分速度：高壓開關在分閘過程中，動觸頭和靜觸頭分離的瞬間的運動速度。</p><p>　　(12)高壓開關分閘同期性：高壓開關在分閘時，各極間或同一極各高壓斷口問的動觸頭和靜觸頭分離瞬問的最大時間差異。</p><p>　　(13)高壓開關合閘同期性：高壓開關在合閘時，各極問或同一極各高壓斷口問的動觸頭和靜觸頭接觸瞬問的最大時間差異。</p><p>　　(14)合-

48、分時間：在合閘操作過程中，從動觸頭和靜觸頭開始接觸的瞬間起到隨后的分閘操作時動觸頭和靜觸頭分離的瞬間的時間間隔。</p><p>　　(15)分-合時間：在分閘過程中，從動觸頭和靜觸頭開始分離的瞬間到開始動觸頭和靜觸頭重新接觸的瞬間的時間間隔。</p><p>　　(16)時間-電流特性：在規(guī)定的操作條件下，用電流和時間函數(shù)表示的曲線。為了全面準確地檢測真空開關的機械特性參數(shù)，需要運用適當

49、的檢測手段，對開關的分合閘線圈電壓電流、觸頭接觸信號(檢測動靜觸頭接觸與否)、動觸頭行程曲線、儲能時間(針對彈簧儲能機構(gòu))進行采集和分析，進而得到各個機械特性參數(shù)。下節(jié)將重點介紹一些傳統(tǒng)的測量高壓開關機械特性參數(shù)的方法，在此基礎上提出了一種新的測量高壓開關機械特性的方法，并提出總體設計方案。</p><p>　　2.3 常用機械性能測試方法</p><p>　　高壓開關機械特性參數(shù)是保證

50、其正常工作的重要依據(jù)。根據(jù)國家標準《高壓交流開關》和《高壓開關設備常溫下的機械實驗》中規(guī)定的機械特性實驗的檢測項目有：觸頭開距，超行程，三相不同期，分合閘時間，剛分合速度，觸頭起始運動時間，彈跳時間，分、合閘線圈電流等，其中分合閘時間是在線監(jiān)測中最重要的特征參量，通過對高壓開關分合閘時間的持續(xù)的在線監(jiān)測，可以為預測開關運行狀態(tài)提供非常重要的依據(jù)。</p><p>　　分閘時間：從接到分閘指令瞬間起到所有極的觸頭分

51、離瞬間的時間間隔。</p><p>　　合閘時間：從接到合閘指令瞬間起到有其中一極觸頭接觸瞬間的時間間隔。</p><p>　　傳統(tǒng)的檢測高壓開關分、合閘時間的具體做法是如圖2．3所示：將開關一側(cè)接上拉電阻接到高電平，另一側(cè)接地，理論上當開關分(合)時AIN為高(低)電平，測試儀器通過斷口線與AIN相連，即可檢測到開關分、合閘時刻點。實際上在合閘操作中開關動觸頭還沒有達到合閘位置點主回路就

52、已有預擊穿電流通過，這就造成了測量結(jié)果比實際值偏小；時間，即觸頭分離后還是有電流通過的，在分閘操作中因為觸頭分離后還有燃弧時間，即觸頭分離后還是有電流通過的，這就導致TN試結(jié)果比實際值偏大。</p><p>　　即使我們可以忽略上述方法所帶來的測量誤差，由于高壓開關所處的高壓工</p><p>　　作環(huán)境，上述方法也僅適用于開關離線狀態(tài)下的檢測，而對于服役期間的高壓開關的檢測就顯得束手無策

53、。還有一種測試手段，剛分剛合時刻點取輔助開關接點狀態(tài)信號換位時刻，由于輔助開關是機械式觸點開關，雖然不用擔心燃弧和預擊穿電流的影響，但其轉(zhuǎn)換速度差，而且很不穩(wěn)定，因此測量結(jié)果仍有偏差。實際上，高壓開關在實際運行時，既要避開高壓環(huán)境又要確定分、合閘時刻點是很難的。高壓開關在合閘動作過程中，動靜觸頭的撞擊，分閘動作過程中，動觸頭與止釘?shù)淖矒舳紩a(chǎn)生強烈的沖擊信號，通過在開關適當?shù)奈恢冒惭b振動傳感器采集振動信號來確定開關的分、合閘時刻點應該是

54、一種行之有效的方法。但是對開關振動信號的分析是一個難點，這是由開關結(jié)構(gòu)復雜以及現(xiàn)場測量時各種環(huán)境噪聲的影響，使加速度傳感器獲取的振動信號存在干擾成分引起的。高壓開關的合或分操作都會產(chǎn)生若干次振動事件，當干擾信號的瞬時幅值和頻率大到與振動信號可比擬時，采用傳統(tǒng)的方法很難有效區(qū)分噪聲和有用信號。因此振動信號的辨識是開關振動信號監(jiān)測中的重要內(nèi)容。</p><p>　　由于高壓開關頻繁的關合動作和過度的拆卸檢修等操作，均

55、使高壓開關的可靠性下降。如何判定高壓開關的可靠性就成為人們關注的焦點。當高壓開關的零部件發(fā)生變化時，高壓開關的機械特性就相應發(fā)生改變。因此，判斷高壓開關可靠性的重要指標就是測量高壓開關的機械特性參數(shù)，通過測量、對比標準數(shù)據(jù)從而得出高壓開關運行狀況的信息?，F(xiàn)階段對高壓開關機械特性的檢測主要集中在定期檢修或停電期間，通過對機械特性參數(shù)的測試，確定高壓開關性能的優(yōu)劣，從而進行更換部件等操作。這種檢修策略經(jīng)歷了以下幾個階段的發(fā)展。</p&

56、gt;<p>　　1.早期較傳統(tǒng)的測試方法是檢修人員采用機械裝置(如：數(shù)字電壓表、電子秒表、示波器、電磁振蕩、同步燈和測速儀等)對測量目標進行簡單測試。這種測試方法必須在高壓開關進行大修或進行定期維護時才能進行測量，不能進行在線測量，極大不方便客戶。它的缺點集中體現(xiàn)在設備體積較大、運輸困難、測量誤差較大，讀取的記錄數(shù)據(jù)要經(jīng)過人工處理和計算，并且由于在測試時所需測試接線相對復雜和檢修工作時間較長，因此非常不方便非專業(yè)人士的測

57、量并且專業(yè)人員在進行測量時由于要進行高空作業(yè)，因此其安全性也是需要考慮的方面。綜上考慮，開發(fā)新型高壓開關測試儀器件是必然趨勢。</p><p>　　2.隨著模擬、數(shù)字電路的普及，研發(fā)出集裝箱式高壓開關機械特性測試儀。該儀器具有上述用機械裝置測試儀表的功能，并且接線相對簡單，攜帶方便。但由于此測試儀的組成部分仍由直流電源測速器控制門電路和同期燈等部件組成，因此其自動化程度相對較低并且測試功能并不完全。</p&

58、gt;<p>　　3.90年代后期，隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展和應用，出現(xiàn)了微機型高壓開關機械特性測試儀。最初許多生產(chǎn)廠家采用8位的單片機作為主CPU應用于機械特性參數(shù)的測量，但由于單片機自身實時性差、處理速度和運算能力有限，在需要處理大量實時數(shù)據(jù)的情況下就達不到要求，因此它逐漸被日漸成熟的DSP芯片所取代，DSP依靠它強大的數(shù)字處理和運算能力，非常適合用于監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　本系

59、統(tǒng)通過以單片機89C51為核心，光柵信號及所有輸入信號經(jīng)光電隔離進入系統(tǒng)單片機對數(shù)據(jù)的采集及直流可調(diào)電源的控制來完成各種測量，然后單片機與控制面板上的通訊，將采集的數(shù)據(jù)傳到單片機，由單片機完成數(shù)據(jù)的處理和運算．單片機同時負責人機接口(包括界面顯示。按鍵輸入，測量結(jié)果，)。增加了系統(tǒng)的實時性，并且使系統(tǒng)智能化程度也得到提升，滿足目前市場對測試系統(tǒng)的要求。</p><p><b>　　2.4 本章小結(jié)&l

60、t;/b></p><p>　　本章首先介紹了高壓開關的有關基本概念、工作原理和機械特性參數(shù)的定義，隨后介紹了潮涌的機械特性參數(shù)測試方法，通過對常用方法的分析的分析，一處本測試系統(tǒng)采用的方法，即基于89C51的高壓開關測試儀設計方案，介紹此系統(tǒng)的原理及優(yōu)點，并對系統(tǒng)的整體方案進行了闡述。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設計</p><p>　　3.1

61、 系統(tǒng)總體設計</p><p>　　本系統(tǒng)以單片機89C51為核心，利用光柵信號采集高壓開關的行程數(shù)據(jù)，并經(jīng)光電隔離將信號送入系統(tǒng)單片機，然后單片機與控制面板上的通訊，將采集的數(shù)據(jù)傳到單片機，由單片機完成數(shù)據(jù)的處理和運算。單片機同時負責人機接口(包括界面顯示。按鍵輸入，測量結(jié)果，)。</p><p>　　根據(jù)高壓開關測試系統(tǒng)對實時性和數(shù)據(jù)處理能力的要求，本系統(tǒng)選用的89C51，該款芯片功耗

62、較低、內(nèi)核和IO供電均在5V以下，與同類產(chǎn)品相比耗電量較低；內(nèi)部集成多個外設，非常方便用戶擴展接口。整個系統(tǒng)采用模塊化設計思想，將系統(tǒng)細分5大模塊，如圖3-1所示，分別為人機接口模塊、液晶顯示模塊、鍵盤模塊、合閘電阻模塊、通信模塊。此設計采用模塊化的設計思想極大的方便了用戶程序的開發(fā)與維護。</p><p>　　圖3-1 硬件原理圖</p><p>　　3.2 主要模塊設計</p

63、><p>　　這一節(jié)主要針對高壓開關的硬件設計模塊進行詳細介紹，主要硬件設計模塊包括單片機的選取、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設計、電源設計、合閘電阻設計、外部通信接口設計。下面將分模塊進行詳細的介紹和分析。</p><p>　　3.2.1 單片機芯片的選取</p><p>　　如圖3-1所示，AT89C51主電路主要由AT89C51、晶振和電源看門狗組成。</p>&

64、lt;p>　　AT89C51的40引腳和MAX706（復位芯片）的2腳接電源Vcc（+5V），晶振電路由晶體Y1和濾波電容C1、C2組成，振蕩頻率為12MHZ。</p><p>　　MAX706的1腳和8腳短接，并通過按鍵接地；2腳接電源Vcc（+5V）；3腳接地；4腳經(jīng)過1K電阻接電源Vcc（+5V）；7腳經(jīng)一反相器接單片機的RST腳；6腳接單片機的P1.4腳；5腳接單片機的P3.2腳。</p>

65、;<p>　　圖 3-1 AT89C51主電路原理圖</p><p>　　選擇合適的單片機是保證系統(tǒng)安全、可靠運行的標志。高壓開關測試儀系統(tǒng)要求CPU具有實時處理能力和較強的數(shù)據(jù)處理能力，因此單片機是系統(tǒng)的首選。F2812的主頻為150MHz，每個指令周期為6．67ns；內(nèi)部采用多總線的哈佛結(jié)構(gòu)，將總線的操作時序分為取指令、指令譯碼、取操作數(shù)和執(zhí)行指令四個獨立階段；內(nèi)部功耗較低，內(nèi)核和I／O分別供電

66、1．8V和3．3V；非常方便用戶擴展使用；開發(fā)語言支持匯編和C++語言，方便用戶程序的開發(fā)。</p><p>　　3.2.2 復位電路的設計</p><p>　　本系統(tǒng)使用的電源監(jiān)測芯片為MAX706。MAX706是一種性能優(yōu)良的低功耗CMOS監(jiān)控電路芯片，其內(nèi)部電路由上電復位、可重觸發(fā)“看門狗”定時器及電壓比較器等組成。相比于其他看門狗電路，MAX706減少了器件的個數(shù)，所構(gòu)成的電路性

67、能更加可靠。當電源電壓出現(xiàn)故障，被監(jiān)測電壓小于1.25V時（即PFI<1.25V時），變?yōu)榈碗娖?，向單片機產(chǎn)生中斷請求信號，單片機可采取相應保護措施，為低電平時，輸出低電平。這樣，按下“手動復位”按鈕，MAX706會在產(chǎn)生一個低電平有效地手動復位信號，經(jīng)倒相器倒相后給89C51單片機提供一個高電平有效的復位信號：MAX706的看門狗定時器輸出WDI接單片機I/O口的一根線P1.4，由WDI檢測P1.4的脈沖變化，當單片機受到干擾或

68、運行有故障時，P1.4會在1.6S內(nèi)無上升沿或下降沿變化，則看門狗超時溢出并將變?yōu)榈碗娖剑沧優(yōu)榈碗娖?，?jīng)反相后變?yōu)楦唠娖?，?9C51單片機產(chǎn)生復位，程序重新運行使系統(tǒng)進入正常。</p><p>　　為了使P1.4經(jīng)常不斷的變化，需利用單片機的定時器中斷。這里我們選用定時器0，設單片機晶振頻率為12MHZ，定時器0以工作方式1產(chǎn)生20ms的定時中斷，即P1.4每20ms變化一次。這樣當單片機的程序因干擾而進入死

69、循環(huán)時，P1.4就不會變化，MAX706的WDI檢測到以后，會使單片機產(chǎn)生復位，程序重新運行，系統(tǒng)回復正常。</p><p>　　3.2.3 電源設計</p><p>　　對于整個系統(tǒng)來說電源品質(zhì)直接影響到系統(tǒng)的成敗，因此整個系統(tǒng)模塊的供電很重要。整個系統(tǒng)所需電壓規(guī)格是5V，因此是設計一個直流穩(wěn)壓電源:</p><p>　　LM7805三端穩(wěn)壓集成電路是78系列的

70、三端穩(wěn)壓集成塊，例如7805為+5V穩(wěn)壓管，7809為+9V穩(wěn)壓管。79系列為負極穩(wěn)壓管其電路設計圖如圖3-2。</p><p>　　圖3-2 電源電路</p><p>　　3.2.4 合閘電阻設計</p><p>　?。?） 合閘電阻研究目的</p><p>　　高壓開關加裝合閘電阻(也稱并聯(lián)電阻)的主要作用是限制線路重合閘時造成的過電

71、壓，利用合閘電阻將電網(wǎng)中的部分電能吸收轉(zhuǎn)換成熱能，從而保護高壓丌關設備的安全有效運行。各國500KV以上的高壓開關為了避免過電壓等現(xiàn)象對電力設備的干擾在高壓開關系統(tǒng)上均安裝了合閘電阻，以保證電力系統(tǒng)的安全運行。由于高壓開關在合／分閘動作時均有大電流流過合閘電阻，多次執(zhí)行關合動作后，合閘電阻很有可能因為電流過大損壞。若在合閘電阻遭到破壞的情況下，繼續(xù)使用高壓開關，則有可能引起高壓開關發(fā)生爆炸事故。因此，對高壓開關合閘電阻的測量是必不可少的

72、。根據(jù)國家電網(wǎng)規(guī)定每年必須對高壓開關的合閘電阻進行檢測，要求合閘電阻的阻值變化不大于5％，若超過5％，則需更換開關設備。</p><p>　　高壓開關的合閘電阻安裝于高壓開關內(nèi)部，可以直接用萬用表測量的合閘電阻是由于其外部有測試點引線，但測試人員必須利用高空車才能進行作業(yè)，并且很多高壓開關設備需要拆除螺絲才能進行測量，這樣就給測試人員帶來了麻煩，安全性也無法保障、效率低下；對于沒有外部引線的高壓開關，其測量不能直

73、接用萬用表，只能將電阻從高壓開關設備中取出進行測量，即在高壓開關設備大檢修時才能進行。因此，研究一種測量合閘電阻的方法非常迫切。</p><p>　　如圖3-3合閘電阻連接示意圖所示，K1為輔助觸頭，懟為主動觸頭，R為合合閘過程為：高壓開關接到合閘命令后，輔助觸頭閉合，合閘電阻投入使用，過lOms后，高壓開關主動觸頭閉合，合閘電阻退出使用，隨即輔助觸頭斷開，高壓開關合閘完備。經(jīng)過分析知，測量合閘電阻阻值應在輔助觸

74、頭閉合的lOms內(nèi)完成。</p><p>　　圖3-3 合閘電阻鏈接示意圖</p><p>　?。?） 合閘電阻的額定參數(shù)</p><p>　　合閘電阻的額定參數(shù)為：電阻值R、電阻投入時間t(t為10ms左右)、兩次合閘的時間間隙△f和合閘電阻在投入時電阻兩端電壓U。這些參數(shù)是在測量合閘電阻之前必須明確的基本知識。</p><p>　　合閘

75、電阻的計算公式為：</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　其中U為合閘電阻投入使用時兩端電壓，t為電阻投入時間，W為投入電網(wǎng)注入的能量，根據(jù)公式3-2所示，已知W、U、t即也算出合閘電阻阻值的大致范圍，從而確定高壓開關的使用狀況。下面將詳細介紹合

76、閘電阻的測量方法。</p><p>　　3.2.5 RS232電平轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　T89C51的串行通信接口有一個，我們利用RS232作為無線數(shù)據(jù)通信接口。圖3-4給出了串行通信接口電平轉(zhuǎn)換電路。</p><p>　　其中MAX232是TTL/RS232電平轉(zhuǎn)換芯片，其TTL電平端是這樣構(gòu)成的：12腳和11腳接MCU的數(shù)據(jù)收發(fā)口RXD和TXD端。與T

77、TL對應的RS232電平端是13、14腳，他們按照COM9的引腳定義接到插座U9（DB9/M針式封裝）。該插座通過自制電纜接到無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的COM插座。圖中的4個1uF電容是用于MAX232內(nèi)部的兩個電荷泵電路，分別將+5V轉(zhuǎn)換成±10V。</p><p>　　圖 3-4 MAX232電平轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　3.2.6 片外擴展數(shù)據(jù)電路</p>&l

78、t;p>　　選用單片機89C51的P2.3作為SCL串行時鐘線，P2.4作為SDA串行數(shù)據(jù)線，兩者須經(jīng)上拉電阻接至正電源，以保證在總線空閑期間SCL，SDA均為高電平。A0-A2為芯片地址引腳，對于AT24C16都接地。WP為寫保護引腳，引腳懸空可以對AT24C16芯片正常讀寫。該模塊與單片機的接口電路如圖3-5所示。</p><p>　　圖 3-5 片外數(shù)據(jù)擴展電路</p><p>

79、;　　3.2.7 A/D轉(zhuǎn)換及接口電路</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC2543和微處理器之間的數(shù)據(jù)傳送最快和最有效的方法是用串行外設接口（SPI），但這要求微處理器帶有SPI接口能力。對不帶SPI或相同接口能力的微處理器，需用軟件合成SPI操作來和TLC2543接口。圖3-6為TLC2543和單片機AT89C51的接口電路。TLC2543的I/O CLOCK、DATA INPUT和CS端由單片機的雙向

80、I/O口的P1.0、P1.1和P1.3提供。TLC2543轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出（DATA OUT）數(shù)據(jù)由P1.2接收。</p><p>　　圖 3-6 TLC2543與51單片機接口電路</p><p>　　3.2.8 液晶顯示接口電路</p><p>　　液晶顯示芯片RT12864-M提供了兩種顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌诜绞?，即串口與并口方式。在并行傳輸方式下，LCM模塊提

81、供了DB0-DB7 8位數(shù)據(jù)線，以及模塊的電源線，+5V電源，灰度調(diào)節(jié)，背光輸入電壓LED_A、LED_K，以及控制線W/R、RS、E。本系統(tǒng)的液晶顯示模塊工作在串行方式下，可以節(jié)省單片機與液晶顯示模塊的硬件引腳資源，通信時只要把RT12864-M的4、5和6腳接單片機，15腳接地即可完成接口連接，如圖3-7所示。在串行接口方式下，圖中AT89C51的P2.2作為液晶顯示模塊的片選信號，P2.1作為串行數(shù)據(jù)接口，P2.0作為串行傳輸?shù)耐?/p>

82、步時鐘信號。</p><p>　　圖 3-7 RT12864-M串行接口方式原理圖</p><p>　　3.2.9 矩陣式鍵盤的電路</p><p>　　如圖3-8所示，用AT89C51的并行P0口接3×3矩陣式鍵盤，以P0.2-P0.4作輸入線，以P0.5-P0.7作輸出線；在LCD上顯示相應的數(shù)據(jù)并對其進行更改和確認。</p><

83、;p>　　圖 3-8 3×3 矩陣式鍵盤與單片機接口電路圖</p><p>　　3.3 數(shù)據(jù)采集及操作命令執(zhí)行系統(tǒng)分析</p><p>　　信號輸入過程通道包括用于速度、行程檢測的矢量光柵信號的輸入，用于分、合閘操作命令的輸人。12路斷口信號的輸人以及用于開關操作線圈電流測試的礁撲償霍爾電流傳感器信號的輸入。所有輸入信號( 除電流傳感器外) 皆經(jīng)光電隔離后進人系統(tǒng)。電流

84、傳感器已經(jīng)隔離并有線性放大電路，其輸出可直接供A/D采樣。輸出過程通道為分、合閘操作命令經(jīng)繼電器輸出。</p><p>　　3.3.1 光柵信號</p><p>　　光柵傳感器是根據(jù)莫爾條紋原理制成的，主要用于線位移和角位移的測量。</p><p>　　1.光柵傳感器的結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　光柵傳感器由照明系統(tǒng)、光柵副和光電接收元件

85、組成，如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 光柵傳感器的構(gòu)成</p><p>　　圖3-10中 a為刻度寬度 b為刻度線間的縫隙寬度，</p><p>　　a+b=W稱為光柵的柵距（或光柵常數(shù)）。</p><p>　　圖3-10 黑白透射光柵示意圖</p><p>　?。╝）主光柵 （

86、b）指示光柵</p><p>　　2.莫爾條紋形成的原理及特點</p><p>　?。?）莫爾條紋的形成原理</p><p>　　把光柵常數(shù)相等的主光柵和指示光柵相對疊合在一起（片間留有很小的間隙），并使兩者柵線（光柵刻線）之間保持很小的夾角，于是在近于垂直柵線的方向上出現(xiàn)明暗相間的條紋，這種明暗相間的條紋稱為莫爾條紋。莫爾條紋方向與刻線方向垂直，故又稱橫向莫條紋。

87、如圖3-11所示，橫向莫爾條紋的斜率為式中 -亮（暗）帶的傾斜角；-兩光柵的柵線夾角。</p><p>　　圖3-11 光柵和橫向莫爾條紋</p><p>　　橫向莫爾條紋（亮帶與暗帶）之間距離為</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中 BH——橫向莫爾條紋之間的距離；</p&

88、gt;<p><b>　　W——光柵常數(shù)。</b></p><p>　?。?）莫爾條紋技術的特點</p><p>　?、儆桑?-3）式可知，雖然光柵常數(shù)W很小，但只要調(diào)整夾角θ，即可得到很大的莫爾條紋的寬度BH，起了放大作用。</p><p>　?、谀獱枟l紋的光強度變化近似正弦變化，因此，便于將電信號作進一步細分，即采用“倍頻技術

89、”。</p><p>　　③對光柵刻線的誤差起了平均作用。</p><p>　?、苣獱枟l紋可進行位移測量和角度測量。</p><p><b>　　3.光柵常用的光路</b></p><p>　?。?）垂直透射式光路 </p><p>　　圖3-12 垂直透射式光路</p>&

90、lt;p><b>　?。?）反射式光路</b></p><p>　　圖3-13 反射式光路</p><p>　　1-反射主光柵；2-指示光柵；3-場鏡；4-反射鏡；5-聚光鏡；6-光源；7-物鏡；8-光電池。</p><p><b>　　4.辨向原理</b></p><p>　　完成這種辨向

91、任務的電路就是辨向電路。如圖</p><p>　　圖3-14 相距1\4 BH的兩個光電元件</p><p>　　圖3-15 辨向電路原理圖</p><p>　　主光柵正向移動時，莫爾條紋向上移動；主光柵反向移動時，莫爾條紋向下移動。</p><p><b>　　5.細分技術</b></p><p

92、>　　所謂細分就是在莫爾條紋變化一周期時，不只輸出一個脈沖，而是輸出若干個脈沖，以減少脈沖當量提高分辨率。</p><p>　　（一）直接細分（位置細分）使用單個光電元件未進行細分時的波形和脈沖數(shù)見圖3-16（a），四細分時的波形和脈沖數(shù)圖（b）</p><p>　　(a) (b)</p><p>　　圖3-16 細分與未細分的

93、波形比較</p><p>　　(a)沒變化一周得一個脈沖數(shù) (b)沒變化一周得四個脈沖數(shù)</p><p>　　(二)電阻電橋細分法(矢量和法)如圖3-17所示,</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　圖3-17 電阻電橋細分原理</p><p>　　圖3-18所示

94、是這種電阻電橋細分法用于10細分的例子。</p><p>　　圖3-18 電阻電橋細分電路</p><p>　?。ㄈ╇娮桄溂毞址ǎ娮璺指罘ǎ┤鐖D3-19所示 等電阻鏈細分電路 </p><p>　　圖3-19 等電阻鏈細分電路<

95、;/p><p>　　(a)放大電路 (b)細分電路</p><p>　　3.3.2 光電隔離</p><p>　　光電耦合器（optical coupler，英文縮寫為OC）亦稱光耦合器，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分

96、組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比

97、。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加計算機工作的可靠性。 </p><p>　　光耦合器的主要優(yōu)點是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高。光耦合器是70年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級間耦合、驅(qū)動電路、開關電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離 、脈沖放大電路、

98、數(shù)字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設備及微機接口中。在單片開關電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達到精密穩(wěn)壓目的。</p><p>　　3.3.3 繼電器在高壓開關測試儀中的正確應用</p><p>　　目前使用的高壓開關設備的二次系統(tǒng)由眾多的繼電器、多觸點輔助開關、行程開關及壓力開關等元器件組成，其中繼電器

99、類占的比重約70％，面對紛繁復雜的繼電器類產(chǎn)品，如何合理選擇、正確應用，是系統(tǒng)開發(fā)、設計人員密切關注并且必須優(yōu)先解決的實際問題，尤其作為高壓開關設備的二次控制部分，使用有大量的繼電器， 其在運行中也有其獨特的特殊性，選型的好壞， 直接關系到變電站設備的可靠安全運行， 萬一發(fā)生事故將特別嚴重， 因此要做到合理選擇，正確應用，就必須充分研究分析系統(tǒng)的實際應用條件與實際技術參數(shù)的要求，恰如其分地提出所選用繼電器類產(chǎn)品必須達到的技術性能， 在整

100、個系統(tǒng)的設計中，根據(jù)整個系統(tǒng)的重要性、可靠程度、所使用的環(huán)境條件及成本等因素綜合考慮選擇合理的繼電器。1.對使用的環(huán)境條件選擇 氣候應力作用要素，主要是指溫度、濕度、大氣壓力（海拔高度）、沿海大氣（鹽霧腐蝕）、沙塵污染、化學氣體和電磁干擾等因素，考慮到高壓開關在很多惡劣工作狀況下運行，尤其作為敞開式高壓斷路器設備運行在室外環(huán)境，工作狀況更惡劣，并且長年累月可靠運行的特殊性及系統(tǒng)關鍵部位必須選用具有高海拔、強抗電性的全密封產(chǎn)品，

101、因為只有全密封</p><p><b>　　3.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要從硬件角度分模塊詳細論述高壓開關測試儀系統(tǒng)的硬件設計方法，首先對整機系統(tǒng)進行了需求分析，在此基礎上提出整體硬件設計方案，最后分模塊對主要模塊進行詳細的論述，主要包括：對89C51的詳細論述、RS232電平轉(zhuǎn)換電路、對合閘電阻測量方法的詳細論述、片外擴展數(shù)據(jù)電路、A/D轉(zhuǎn)

102、換及接口電路、液晶顯示接口電路、矩陣式鍵盤的電路、光柵傳感器的結(jié)構(gòu)原理、光電隔離技術、繼電器在高壓開關測試儀中的應用。</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設計</p><p>　　根據(jù)硬件設計，本文主要完成以下幾個模塊的軟件設計，包括：A/D轉(zhuǎn)換器的軟件設計，復位電路的軟件設計，液晶顯示屏的軟件設計，片外存儲器的軟件設計，鍵盤電路的軟件設計，RS232通信模塊軟件設計，以下各節(jié)將分別詳

103、細介紹。</p><p><b>　　4.1　主程序設計</b></p><p>　　軟件完成的任務主要有：（1）系統(tǒng)的初始化和自檢；（2）參數(shù)設定；（3）A\D轉(zhuǎn)換；（4）液晶顯示。采用外部中斷 EXINT 實現(xiàn)過流保護時器件的關斷及保護,可實現(xiàn)在測試時,讀取停止鍵,回到待機狀態(tài)。利用光柵傳感器測量高壓開關行程位移，并經(jīng)過A/ D 采樣,送入單片機89C51，并通過

104、計算處理,算出行程速度及合、分閘的位移，通過液晶顯示得出高壓開關的機械特性參數(shù)。因此軟件主要包括主程序、A/ D轉(zhuǎn)換、液晶顯示及各個中斷程序,中斷程序有:（1）鍵盤中斷: 實現(xiàn)鍵盤輸入及顯示, 以及各個參數(shù)的預置。（2）軟件定時器中斷:監(jiān)視輸出電壓、電流的 A/ D 采樣, 實現(xiàn)定時功能。（3）外部中斷: 主要完成在過流時發(fā)出警報, 并進行相應的保護。</p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p>

105、;<p>　　匯編語言主程序如下：</p><p>　　;**************************************************************</p><p><b>　　;變量定義</b></p><p>　　;***************************************

106、***********************</p><p>　　DQBITP1.0;數(shù)據(jù)位</p><p>　　CHECKBITP1.1.;行程位移檢測輸入位</p><p>　　SPEAKBITP1.2;顯示輸出位</p><p>　　STBIT02H</p&g

107、t;<p>　　FLAG1BIT00H</p><p>　　SIGNBITO1H;符號位</p><p>　　TEMPHEQU30H;轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)高位字節(jié)</p><p>　　TEMPLEQU31H;轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)低位字節(jié)</p><p>　　INTEGEQU32H

108、;轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)整數(shù)部分</p><p>　　DECIMEQU33H;轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)小數(shù)部分</p><p>　　SEG_FEQU34H;符號位段碼</p><p>　　SEG_BEQU35H;百位存儲</p><p>　　SEG_SEQU36H;十位數(shù)段碼</p>

109、;<p>　　SEG_GEQU37H;個位數(shù)段碼</p><p>　　SEG_XEQU38H;1位小數(shù)段碼</p><p>　　GOUNTEQU3AH</p><p>　　;**************************************************************