繼電器控制電路如圖3所示。JDQ1～JDQ4與CPU連接，三極管QJ11～QJ14的供電電壓是+5V，三極管QJ1～QJ4的供電電壓是+24V?，F(xiàn)以QJ11，QJ1這路控制電路來(lái)說(shuō)明電路工作原理，當(dāng)CPU輸出高電平時(shí)三極管QJ11不導(dǎo)通，OUT11不會(huì)輸出電流光藕不會(huì)導(dǎo)通，JT1也輸出高電平，QJ1不會(huì)導(dǎo)通繼電器不會(huì)動(dòng)作。當(dāng)CPU輸出低電平時(shí)三極管QJ11導(dǎo)通，OUT1輸出高電平使光耦導(dǎo)通， JT1變?yōu)榈碗娖?，三極管QJ1導(dǎo)通OUT1輸出低電平使繼電器發(fā)生動(dòng)作。圖3中二極管DJ1～DJ4作為繼電器續(xù)流二極管。
控制輸出部分可采用機(jī)電式繼電器或固體繼電器。前者價(jià)格便宜，市場(chǎng)產(chǎn)品豐富，驅(qū)動(dòng)線路也比較簡(jiǎn)單，但可靠性和使用壽命有限，且在觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生“火花”，嚴(yán)重時(shí)可影響系統(tǒng)的正常工作。因此，在PCB板布局時(shí)應(yīng)將繼電器盡量遠(yuǎn)離單片機(jī)并靠近儀表的輸出端口。另外，在繼電器線圈兩端應(yīng)并聯(lián)續(xù)流二極管，否則在繼電器線圈斷電瞬間會(huì)產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓，從而破壞電路。固態(tài)繼電器具有壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定，無(wú)火花等特點(diǎn)，本產(chǎn)品中考慮到產(chǎn)品的可靠性要求采用固態(tài)繼電器。
1.3 通訊單元
通訊電路如圖4所示。通訊電路實(shí)現(xiàn)將CPU串口輸出電平轉(zhuǎn)換到RS485電平。本電路的巧妙之處在于數(shù)據(jù)收發(fā)直接由硬件來(lái)控制，不用CPU參與控制，這樣可以節(jié)省CPU資源簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)。
圖4通訊電路
Fig.4 Communications circuit
1.4 CPU單元
CPU單元是電機(jī)保護(hù)器的核心單元。信號(hào)采集，各種報(bào)警處理，通信功能，顯示功能……都是由它來(lái)完成的。本產(chǎn)品采用的CPU芯片是瑞薩公司的H8/3687芯片，該芯片功能如下：62條基本指令； RTC（片上實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可作為自由運(yùn)算計(jì)數(shù)器使用），SCI（異步或者時(shí)鐘同步串行通信接口）2路，1路IIC接口，8路10位A/D，８位定時(shí)器２個(gè)（Timer B1,TimerV），16位定時(shí)器１個(gè)（TimerZ），看門狗定時(shí)器，14位PWM，45個(gè)I/O引腳（H8/3687N有43個(gè)I/O引腳），包括8個(gè)可直接驅(qū)動(dòng)LED的大電流引腳（IOL=20mA,@VOL=1.5V），片上復(fù)位電源POR電路，片上低電壓檢測(cè)電路（LVD）。該芯片有兩種封裝形式：LQFP-64（10mm×10mm）FP-64（14mm×14mm） 。CPU單元電路如圖5所示。
圖5 CPU電路
Fig.5 Cpu circuit
因?yàn)锳/D功能，IIC功能，RTC，定時(shí)器，看門狗等功能都已經(jīng)集成到芯片內(nèi)部，所以CPU單元的外圍電路十分簡(jiǎn)潔，各引腳只需外接增加端口驅(qū)動(dòng)能力的上拉電阻和穩(wěn)定信號(hào)的濾波電容即可。
2 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件要完成三相電流、1路剩余電流、三路電壓A/D，各種保護(hù)量計(jì)算，保護(hù)功能判斷處理，顯示電壓、電流，故障記錄，按鍵處理，通訊，變送等功能。只有合理安排程序流程來(lái)完成這些功能，保護(hù)器才能可靠工作，。程序流程圖如圖6所示：
圖6 程序流程
Fig.6 Flow chart of software
3 抗干擾措施
電動(dòng)機(jī)保護(hù)器作為保護(hù)電動(dòng)機(jī)裝置要具有很強(qiáng)的抗干擾性。在本產(chǎn)品軟硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中采取如下措施提高產(chǎn)品的抗干擾性：1硬件方面：電源部分加EMC濾波器，高頻變壓器次級(jí)與初級(jí)加高壓電容，輸出部分加濾波電路；信號(hào)采集部分增加濾波電路；在作信號(hào)處理的各芯片輸入口處加端口保護(hù)電路；在各芯片電源輸入處加去藕電容；繼電器兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，加光耦與CPU端口隔離；不使用的CPU端口定義為輸出狀態(tài)；PCB板布局時(shí)模擬部分與數(shù)字部分作分區(qū)處理，模擬信號(hào)在模擬區(qū)域內(nèi)布線，數(shù)字信號(hào)數(shù)字區(qū)域內(nèi)布線，二者不進(jìn)入彼此區(qū)域內(nèi)；布線時(shí)盡量加粗電源線與地線，信號(hào)線走線時(shí)走145º線，不走直角線；使用CPU內(nèi)部看門狗監(jiān)控程序運(yùn)行。2軟件方面：各路信號(hào)采集都使用軟件濾波，增加采樣值的準(zhǔn)確性。通過(guò)采取一系列的措施，產(chǎn)品的抗干擾性能大幅提高，本產(chǎn)品一次性順利通過(guò)3C安全認(rèn)證型式試驗(yàn)。
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更新時(shí)間：2011-10-13 
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