基于单片机的SF6密度表校验仪的设计

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　1 绪论
　　SF6断路器和空气断路器一样，都是气吹型断路器[1]。两者原理相似，只是前者是用的是SF6气体而后者用的是空气作为灭弧和绝缘介质。常用的SF6断路器有LN1-35型、HB36型两种。在通常的情况下，SF6气体的密度大约为空气的5倍，它是一种惰性气体，无毒、无味。但是，在电弧作用下SF6气体的小部分将会被分解，一些有毒的低氟化物会生成，比如SF4、SOF2、SOF4和SO2F2等。这些气体不仅对金属部件有腐蚀和劣化作用而且对身体健康也会有影响。这就必须在设备上安装SF6气体密度继电器，但是作为监视SF6气体密度的继电器在安装后除非发生意外情况，否则继电器基本上不会动作[2]。
　　2 SF6气体密度继电器校验仪的工作原理
　　根据查阅各种资料，结合单片机技术，本文提出了一种现场校验的方法，其工作原理如图1所示。
　　通过SF6电气设备的仪表检测接口，把传感器与压力仪表管路连通（仪表系统管路与SF6储气罐在校验前处于封闭状态），这个时候它是一个连通气路。具体的SF6密度表校验装置工作过程如下[3]：（1）开启贮气罐的总阀门，这时贮气罐中的SF6气体开始向管道内流动，管道的压力不断上升，直到压力达到设定值后，总阀门关闭。（2）开启减压阀，管道的SF6气体会逐渐的流出，管道中的气体压力会逐渐的减小，当管道中气体压力衰减到一定程度的时候，校验仪的继电器会动作并发出声音告示。（3）在SF6气体密度继电器发生报警（或闭锁）动作的同时，LCD1602上将会锁存继电器发生报警（或闭锁）动作时的压力值P2（P1）。我们可以通过密度继电器铭牌上记录的额定报警（或闭锁）值与LCD1602记录下的继电器报警（或闭锁）动作时的P2（P1）值进行比对，从而校验了SF6气体密度继电器的可靠性及准确性[4]。
　　3 总体设计概述
　　本系统采用STC89C51单片机控制输出数据，由自带集成芯片产生实时时钟信号。系统设计框图如图2所示。
　　3.1 A/D转换电路模块
　　A/D转换电路模块采用了PCF8591芯片。PCF8591就是一种A/D转换芯片，它包含I2C总线接口。在信息传输的过程中，数据线SDA以及时钟线SCL就可以实现CPU与芯片之间的传输，PCF8591通过使用AIN0通道采集电压。由软件决定电压数据的采集时间和数据的存储以及送显[5]。
　　3.2 数字时钟模块
　　数字时钟部分，电路中X1和X2为外接32.768KHz晶振。Vcc1备份电源输入引脚。当Vcc2的电压小于Vcc1+0.2V时，由Vcc1向DS1302供电；当Vcc2的电压大于Vcc1+0.2V的时候，则相反，同时备份电源经过该引脚由Vcc2进行涓流充电[6]。
　　3.3 温度传感器DS18B20
　　作为DS18B20的数字温度计。它本身提供了9至12位可编程设备的温度读数。通过1线接口信息可以发送到DS18B20，所以单片机与DS18B20只需一个一条口线连接。数据线本身为读写以及温度转换提供了能量，不需要再另外的外接电源。
　　3.4 LCD1602液晶屏
　　LCD1602是字符型液晶显示器，其字符存储器存储了160个字符的ASCII字符集字库，每一个字符都对应着一个固定的代码。正常情况下不可显示图形或者汉字。
　　4 系统程序设计
　　4.1 独立按键部分
　　对于独立式的按键的判键，首先要判别是否有按键按下。如果有按键按下，则延时一会儿，然后判断键按是否真的按下了。如果确实真的有按键按下了，则再判别按键释放，最后执行按键功能程序。
　　4.2 显示部分
　　先对液晶屏进行初始化命令，令RESET脚为低电平，延时1200us，再将RESET复位脚拉为高电平，空操作1次。最后对液晶屏进行清屏；在调用显示函数，先进行写地址，在进行写数据就可以显示了所写的数据了。
　　4.3 A/D采样部分
　　对于A/D采样部分，系统运行后首先是初始化，然后判别是否有数据采集，判断完毕后进行转换，最后进行输出送显。考虑到输出数据的稳定性，进行5次采集取最后一次输出。
　　4.4 温度采样部分
　　温度采集部分和A/D采样部分比较类似，首先是辨别是否到达了预定的采集时间，时间到达后就进行采集，采集完成后就送显。
　　4.5 时钟部分
　　时钟部分，是通过串口对时钟进行更新，所以程序运行后，首先要判定串口是否有更新，若有更新则读取外部串口的时钟信息，然后输出送显，若没有更新則直接输出送显。程序中过一段时间自动会检测串口是否有更新。
　　4.6 主要程序框图
　　主要程序框图如图3所示。
　　4.7 实现功能
　　（1）正常启动时，还未介入传感器，压强显示为0MP，时间为当天的日期，温度为当前环境的值，如图4所示。
　　（2）调节电位器模拟传感器压力增加，压强显示为
　　0.13MP，时间为当天的日期，温度为当前环境的值，如图5所示。
（3）按动按键产生中断模拟报警信号，压强显示为
　　0.52MP，同时采集闭锁值p1为0.52H，说明当时采集到的报警值高于标准的设定值，时间为当天的日期，温度为当前环境的值，如图6所示。
　　（4）按动按键产生中断模拟报警信号，压强显示为
　　0.45MP，同时采集闭锁值p1为0.45，说明当时采集到的报警值等于于标准的设定值，蜂鸣器响。时间为当天的日期，温度为当前环境的值，如图7所示。
　　（5）按动按键产生中断模拟报警信号，压强显示为
　　0.39MP，采集报警值为0.39L，时间为当天的日期，温度为当前环境的值，如图8所示。
　　（6）按动按键产生中断模拟闭锁信号，压强显示为
　　0.36MP，时间为当天的日期，温度为当前环境的值，同时显示之前采集的报警值p1为0.39L，采集闭锁值为0.36H，表示报警值大于预设值，如图9所示。
　　（7）按动按键产生中断模拟闭锁信号，压强显示为
　　0.35MP，时间为当天的日期，温度为当前环境的值，同时显示之前采集的报警值p1为0.39L，采集闭锁值为0.35，表示报警值等于预设值，继电器已动作如图10所示。
　　（8）按动按键产生中断模拟闭锁信号，压强显示为
　　0.32MP，时间为当天的日期，温度为当前环境的值，同时显示之前采集的报警值p1为0.42L，采集闭锁值为0.32L，表示報警值低于预设值，如图11所示。
　　5 结束语
　　本文设计的全自动SF6密度表校验仪弥补了原有SF6校验设备的不足，实现了SF6气体的全自动在线监测，实际运行情况表明，该系统设计合理，使用方便，并且抗干扰能力强、稳定性好、精度高，符合现场校验的要求。
　　参考文献：
　　[1]陈江，周东平，袁平.SF6密度继电器自动校验测试仪的研制[J].湖北电力，2005，5（3）：22-24.
　　[2]耿鑫.SF6密度继电器校验仪控制电路设计[D].北京：北京航空航天大学，2007.
　　[3]尹承尚，贺长生.SF6密度继电器现场校验方法的分析[J].高压电器，1996，6（2）：17-20.
　　[4]陈金祥.SF6密度继电器现场校验仪的研制[J].高压电器，2003，8
　　（3）：18-20.
　　[5]胡晓光，孙来军.SF6断路器在线绝缘监测力法研究[J].电力自动化设备，2004，7（3）：40-42.
　　[6]王宏.SF6密度控制器测试仪研制[J].西北电力技术，1999，7（3）：32-34.