【2017年整理】基于AWM的LPC2214线路微机继电保护装置说明.doc

基于AWM的LPC2214线路微机继电保护装置说明 引言 以LPC2114微控制器为核心，介绍了基于线路的嵌入式继电保护装置。通过成功设计系统的硬件平台和软件平台，实现了继电保护的遥信、遥控、遥测和遥调功能。装置通过了EMC试验和各项性能测试，为电力系统中的电器和设备提供了可靠的保护，是电力系统自动化的基础硬件装置。电力系统中，最常见同时也是最危险的故障是相与相或相与地之间的非正常连接，其中以单相接地故障最为常见。该装置采用的算法是傅里叶算法。 1、核心处理器的选择 以往的综合数字继电器设计中采用了Intel公司的16bit微控制器80C196KB为核心,主频采用16MHz，计算速度和计算量受到了一定的限制,并且在软件实现上采用的是传统的前后台系统,不能够保证系统的实时性。由于中断和任务较多时，若仍然采用进程调度,则在软件编程时便存在着瓶颈。为了对各个任务进行合理的资源调度，提高系统的实时性和精确度，本文选用了Phillips公司生产的LPC2214微控制器作为核心器件，来设计整个硬件系统和软件系统。LPC2214是一款基于16/32位ARM7TDMI-S，并支持实时仿真和跟踪的CPU，并带有128/256 K字节(KB)嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。LPC2214采用144脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、8路10位ADC、PWM输出以及多达9个的外部中断。其可用GPIO范围为76脚(外部存储区)到112脚(单片)。由于内置了宽范围的串行通信接口，它们也非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软件调制解调器以及其它各种类型的应用。 2、装置的技术参数： 16/32位ARM7TDMI-S核，LQFP144封装； 16KB片内SRAM； 128/256片内Flash程序存储器，128位宽度接口/加速器可实现高达60 MHz工作频率； 可加密：全球首个实现可加密的ARM微控制器； 多个串行接口，包括双UART(16C550)，高速I2C(400kbits/s)和双SPI； 通过片内Boot装载程序实现在系统编程(ISP)和在应用编程(IAP)，512字节行编程时间为1ms，单扇区或整片擦除时间为400ms； Embedded ICE-RT可实现断点和观察点。当使用片内Real Monitor软件对前台任务进行调试时，中断服务程序可继续运行； 8路10位A/D转换器，转换时间低至2.44s； 2个32位定时器(带4路捕获和4路比较通道)、PWM单元(6路输出)、实时时钟和看门狗； 向量中断控制器，可配置优先级和向量地址； 可设置的外部存储区(寻址最大范围为16MB，支持8/16/32位数据宽度)； 多达112个通用I/O口(可承受5V电压)，9个边沿或电平触发的外部中断引脚； CPU工作晶振最大为60MHz，并内嵌片内可编程锁相环PLL； 片内晶振频率范围：1~30 MHz； 两种低功耗模式，空闲/掉电； 通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒； 外设功能可单独使能/禁止，实现功耗最优化； 双电源 －CPU操作电压范围：1.65~1.95 V(1.8 V± 0.15 V)； －I/O操作电压范围：3.0~3.6 V(3.0 V± 10%)，可承受5V电压。 3、装置的硬件平台 3.1 系统工作原理 将电网一次设备PT、CT转换后的电压、电流信号经过电压电流互感器进行二次隔离和变换，变换成弱电信号，再经运算放大器进行放大和限幅，送给转换器进行模拟量到数字量的变换，转换后的数字量送给单片机进行滤波处理和有效值、基波有效值的运算。同时MCU还检测开关量输入信号、按键查询信号等，所有的信号经单片机处理、运算后，发出相应的跳闸信号，使断路器跳闸，对下级线路进行保护，并发告警信号。各种信号的测量值、保护动作值、跳合闸变为记录、定值整定都是通过LCD和键盘进行操作的。同时通过光电隔离的通讯接口,实现远方的通讯，可实现遥测、遥信、遥控和遥调，并可实现保护定值的远方整定及查询、远方保护压板投退等功能。总的来说可分为以下各个功能模块:最小系统模块、模拟量输入模块、开关量输入输出模块、键盘和液晶显示模块、通讯模块和电源模块。系统总体框图如图1所示。 图1 LPC2114的总体结构框图 3.2 硬件电路 作为电力系统中的保护装置，要求对故障的诊断以及恢复快速及时，也即对实时性要求很高。若采用传统的前后台系统来进行程序的设计，就会存在2个问题： ①中断可能得不到及时响应,处理时间过长，这对于一些控制场合是不允许的，对于网络通信方面则