基于C8051F020的單相工頻交流移動電站自動保護與輔助維護保養裝置

69016部隊 方魯昆 薛三龍

新疆軍區指揮自動化工作站 張曉瑜

單相工頻交流移動電站的維護保養直接關系其工作效能和使用壽命。在傳統的維護保養模式下，主要依靠技術人員人工記錄或估計電站工作時長，再參考保養手冊進行維護保養，存在計時不精確、維護保養不及時等問題。隨著單片機技術的廣泛應用，本文提出一種基于混合信號單片機的單相工頻交流移動電站自動保護與輔助維護保養裝置的設計，目的在于對交流移動電站工作狀態參數和工作時長進行精確監控，參照預置正常狀態參數和維護保養方案，自動保護電站并輔助技術人員進行及時有效維護保養。使移動電站始終保持良好的工作狀態，提高移動電站維護管理的效率，極大降低故障率和損壞率，有效節約使用成本。

圖1 系統整體硬件功能框圖

1.硬件設計

基于混合信號單片機的單相工頻交流移動電站自動保護與輔助維護保養裝置的硬件組成部分為：基于C8051F020混合信號單片機的硬件平臺，定時報警和霍爾效應傳感器電路，液晶顯示電路。核心芯片采用Silicon公司的C8051F系列低功耗單片機作為微處理器，實時時鐘選用S3530A，霍爾效應傳感器選用CSM050和VSM025P，顯示選用128×64點陣的漢字圖形型LCD，運行于并行模式。整體功能框圖如圖1所示。

圖2 S3530A引腳接線圖

1.1 Silicon C8051F020混合信號單片機

采用Silicon公司的C8051F系列低功耗單片機，具有高速流水線結構，大多數指令執行時間為1～2個時鐘周期的高執行效率，集成高性能模擬外設，包括高速A/D，對模擬電壓信號進行采樣，且片內自帶FLASH存儲器，可存儲非易失性數據，運行存儲采用低電壓、低功耗128KB的SRAM芯片63LV1024。

1.2 實時時鐘S3530A

S3530A是一種支持I2C總線的COMS實時時鐘芯片，它按照CPU傳送來的數據設置時鐘和日歷，其工作電壓范圍1.7～5.5V，該芯片通過兩線式與CPU連接，有兩個中斷/報警系統，并內置56位實時數據寄存器。其接線圖如圖2所示。S3530A具有自動日歷功能和定時報警功能，其基本工作原理是：置SCL為高電平，且SDA由高電平變為低電平時，S3530A啟動，在SCL時鐘的控制下，將命令寫入S3530A控制寄存器，根據寫入的控制命令字，依次讀寫內部寄存器，當數據讀寫完成后，置SCL為高電平，且SDA由低電平變為高電平，S3530A停止，芯片進入等待狀態。

1.3 CSM050/VSM025P傳感器

CSM050/VSM025P傳感器是基于霍爾效應的閉環電流、電壓傳感器，可直接將被采集的移動電站工作電流、電壓轉換成小電流、小電壓信號供微處理器進行A/D變換，便于計算和處理，具有微型化、低功耗、抗干擾能力強等優點。CSM050/VSM025P傳感器硬件電路簡單，易于實現。其引腳圖如圖3所示。

圖3 CSM050/VSM025P引腳接線圖

本設計中，選用CSM050作為電流采樣傳感器，其工作原理是采集電站交流電流信號，通過SEN A端口輸出0～5V交流電壓信號至微處理器；選用VSM025P作為電壓采樣傳感器，其工作原理是采集電站交流電壓信號（R1為限流電阻），通過SEN V端口輸出0～10mA交流電流信號經采樣電阻R2轉換成電壓信號后傳輸至微處理器。

圖4

2.軟件設計

基于混合信號單片機的單相工頻交流移動電站自動保護與輔助維護保養裝置的軟件采用Keil C51編寫，運用模塊化設計，實現時間參數設定、狀態監控顯示、硬件中斷服務、時間中斷服務等功能。軟件流程圖如4所示：

主程序對移動電站的工作狀態進行實時采樣并顯示，同時進行累積計時，與預置狀態參數和維護保養時限進行比較，超出正常狀態參數或滿足需要維護保養條件時提示相關信息，并通過控制輸出對移動電站停機，從而完成自動保護和輔助維護保養功能。另外還可將異常狀態參數或維護保養記錄情況寫入Micro SD卡中備查。

3.結語

經過硬件測試，本文提出的單相工頻交流移動電站自動保護與輔助維護保養裝置的設計方案，能夠很好地實現預期的效果，且電路簡單、操作方便、顯示直觀，有效提高了單相工頻移動交流電站工作穩定性和維護保養時效，非常具有推廣使用價值。