无绝缘移频自动闭塞系统中采集系统设计

文章摘要：5．2 输入信号处理 低频、继电器状态及地址编码等信号经光耦隔离后变为3．3 V方波或电平信号，送入主控单元。输入模拟信号经变压器隔离或升降压、滤波、降压电阻、瞬时过电压保护等信号调理后，输出信号为交变信号，而本系统中单片机内置ADC转换输入电压范围为0～3．3 V，因此在送入ADC之前，还需进行电平抬升，变为满足ADC输入电压测量范围要求的信号。其中，功出电压信号经信号调理后还送至比较器电路，经过波形变换后由原来的正弦移频信号变为3．3 V的方波信号，作为载频信号的输入源。比较器电路如图3所示。电路由分压电阻(R56，R59)、直流分压电阻(R61，R62)、箝位二极管(V7，8V)、

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5．2 输入信号处理
    低频、继电器状态及地址编码等信号经光耦隔离后变为3．3 V方波或电平信号，送入主控单元。输入模拟信号经变压器隔离或升降压、滤波、降压电阻、瞬时过电压保护等信号调理后，输出信号为交变信号，而本系统中单片机内置ADC转换输入电压范围为0～3．3 V，因此在送入ADC之前，还需进行电平抬升，变为满足ADC输入电压测量范围要求的信号。其中，功出电压信号经信号调理后还送至比较器电路，经过波形变换后由原来的正弦移频信号变为3．3 V的方波信号，作为载频信号的输入源。比较器电路如图3所示。电路由分压电阻(R56，R59)、直流分压电阻(R61，R62)、箝位二极管(V7，8V)、比较器N25A(LM393P)、上拉电阻R63及滤波电容等组成。

5．3 主控单元
    主控单元包括CPU及两片CPLD。
    CPU采用C8051F020单片机。由于F020内部集成有两个ADC，所以在该系统中利用它的第18～25脚及29～34脚共14个端口作为多路模拟信号的输入端口，由单片机完成所有模拟量的A／D转换。在采集各路模拟信号的同时，F020还要从两片CPLD读取频率、地址编码及继电器状态数据，并对所有采样数据进行实时计算处理，将所有转换结果存入32 KB的外部存储器。对于地址编码信息，CPU只在每次上电后读取1次，若有效，则保存，用作与微机监测通信的CAN节点地址，之后不再检查地址编码信息的变化。由F020的交叉开关优先权表可知，两个UART的TX和RX可连到端口引脚。P0．O～P0．3，该系统中利用一组TX0和RX0接RS 232接口，另一组TXl和RXl接RS 485接口。
    两片CPLD均采用Altera公司的EPM3256ATCl44-lO芯片，数据采集及指示灯控制所需的控制时序及地址译码等电路均由CPLD产生。其中，CPLDl对48 MHz高精度一体化晶体振荡器分频，得到24 MHz及12 MHz同步时钟信号，分别作为单片机及CAN控制器的系统时钟。由于要采集的开关量路数较多，该系统将所有继电器状态输入及五路地址编码输入均接至CPLDl，再由单片机通过数据总线从CPLDl分别进行读取。CPLDl同时还生成两路不同频率的低频测试脉冲，供生产调试时使用。CPLD2则负责完成所有低频、载频信息的采集。
5．4 与计算机通信接口
    该系统提供RS 232或RS 485串行通信接口及CAN通信接口，其中串行通信接口主要用于生产调试，而现场应用中使用CAN总线与系统维护机交换数据。由于一条CAN总线上需挂接多个设备，该系统运用外部端子封线的方式为每个设备定义节点地址，地址编码范围为0～31。当节点地址为O时，CPU将工作于测试状态，运行测试程序代码，供设备调试时使用。

6 软件设计
6．1 单片机程序设计
    单片机程序固化在C38051F020单片机的内部FLASH存储器中，在Cygnal IDE集成开发环境下，采用模块化程序的设计方法，将软件分为一个主程序和若干个子程序模块，主程序流程见图4。系统采用定时器O中断方式，每0．1 ms分别对两个ADC的某一通道采集一次，每通道连续采集512次，并将采集到的数据分别存入外部存储器内的两个连续缓冲区ADBufO和ADBufl中，再利用采集到的512个点的电压瞬时值计算交流模拟输入的电压有效值。定时器0中断模块流程见图5。

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