基于C8051F020的单相工频交流移动电站自动保护与辅助维护保养装置

69016部队 方鲁昆 薛三龙

新疆军区指挥自动化工作站 张晓瑜

单相工频交流移动电站的维护保养直接关系其工作效能和使用寿命。在传统的维护保养模式下，主要依靠技术人员人工记录或估计电站工作时长，再参考保养手册进行维护保养，存在计时不精确、维护保养不及时等问题。随着单片机技术的广泛应用，本文提出一种基于混合信号单片机的单相工频交流移动电站自动保护与辅助维护保养装置的设计，目的在于对交流移动电站工作状态参数和工作时长进行精确监控，参照预置正常状态参数和维护保养方案，自动保护电站并辅助技术人员进行及时有效维护保养。使移动电站始终保持良好的工作状态，提高移动电站维护管理的效率，极大降低故障率和损坏率，有效节约使用成本。

图1 系统整体硬件功能框图

1.硬件设计

基于混合信号单片机的单相工频交流移动电站自动保护与辅助维护保养装置的硬件组成部分为：基于C8051F020混合信号单片机的硬件平台，定时报警和霍尔效应传感器电路，液晶显示电路。核心芯片采用Silicon公司的C8051F系列低功耗单片机作为微处理器，实时时钟选用S3530A，霍尔效应传感器选用CSM050和VSM025P，显示选用128×64点阵的汉字图形型LCD，运行于并行模式。整体功能框图如图1所示。

图2 S3530A引脚接线图

1.1 Silicon C8051F020混合信号单片机

采用Silicon公司的C8051F系列低功耗单片机，具有高速流水线结构，大多数指令执行时间为1～2个时钟周期的高执行效率，集成高性能模拟外设，包括高速A/D，对模拟电压信号进行采样，且片内自带FLASH存储器，可存储非易失性数据，运行存储采用低电压、低功耗128KB的SRAM芯片63LV1024。

1.2 实时时钟S3530A

S3530A是一种支持I2C总线的COMS实时时钟芯片，它按照CPU传送来的数据设置时钟和日历，其工作电压范围1.7～5.5V，该芯片通过两线式与CPU连接，有两个中断/报警系统，并内置56位实时数据寄存器。其接线图如图2所示。S3530A具有自动日历功能和定时报警功能，其基本工作原理是：置SCL为高电平，且SDA由高电平变为低电平时，S3530A启动，在SCL时钟的控制下，将命令写入S3530A控制寄存器，根据写入的控制命令字，依次读写内部寄存器，当数据读写完成后，置SCL为高电平，且SDA由低电平变为高电平，S3530A停止，芯片进入等待状态。

1.3 CSM050/VSM025P传感器

CSM050/VSM025P传感器是基于霍尔效应的闭环电流、电压传感器，可直接将被采集的移动电站工作电流、电压转换成小电流、小电压信号供微处理器进行A/D变换，便于计算和处理，具有微型化、低功耗、抗干扰能力强等优点。CSM050/VSM025P传感器硬件电路简单，易于实现。其引脚图如图3所示。

图3 CSM050/VSM025P引脚接线图

本设计中，选用CSM050作为电流采样传感器，其工作原理是采集电站交流电流信号，通过SEN A端口输出0～5V交流电压信号至微处理器；选用VSM025P作为电压采样传感器，其工作原理是采集电站交流电压信号（R1为限流电阻），通过SEN V端口输出0～10mA交流电流信号经采样电阻R2转换成电压信号后传输至微处理器。

图4

2.软件设计

基于混合信号单片机的单相工频交流移动电站自动保护与辅助维护保养装置的软件采用Keil C51编写，运用模块化设计，实现时间参数设定、状态监控显示、硬件中断服务、时间中断服务等功能。软件流程图如4所示：

主程序对移动电站的工作状态进行实时采样并显示，同时进行累积计时，与预置状态参数和维护保养时限进行比较，超出正常状态参数或满足需要维护保养条件时提示相关信息，并通过控制输出对移动电站停机，从而完成自动保护和辅助维护保养功能。另外还可将异常状态参数或维护保养记录情况写入Micro SD卡中备查。

3.结语

经过硬件测试，本文提出的单相工频交流移动电站自动保护与辅助维护保养装置的设计方案，能够很好地实现预期的效果，且电路简单、操作方便、显示直观，有效提高了单相工频移动交流电站工作稳定性和维护保养时效，非常具有推广使用价值。