第２７卷第６期增刊２００６年６月仪器仪表学报ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ｜ｎｓｔｒｕｍｅｎｔＶ０１．２７Ｎｏ．６Ｊｕｎ．２００６基于ＭＳＰ４３０单片机的低压综合智能保护器的研制胡建勋李开成（华中科技大学电气与电子工程学院武汉４３００７４）摘要介绍一种基于ＭＳＰ４３０单片机的新型的低压智能综合保护装置。该装置以单片机ＭＳＰ４３０Ｆ１４９为核心控制芯片，能够实时测量电网三相电压、三相电流、有功功率、电网频率、剩余电流以及变压器温度等信息。装置还具有防止触电事故、变压器过流过热保护、负荷控制和ＧＳＭ通讯的功能。能够同时保证用电安全与供电的可靠性。关键词ＭＳＰ４３０单片机保护装置多功能的ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒｏｆＭＳＰ４３０ＨｕＪｉａｎｘｕｎＬｉＫａｉｃｈｅｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓｐａｐｅｒｏｎｍａｉｎｌｙｄｅａｌｓｗｉｔｈｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆａｋｉｎｄｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇｉｓｅｑｕｉｐｍｅｎｔｂａｓｅｄＭＳＰ４３０．Ｔｈｅｍｉｃｒｏ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒＭＳＰ４３０Ｆ１４９ｅｍｐｌｏｙｅｄａｓｔｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｎｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｔｈｅｐａｐｅｒｓｈｏｗｓｇｏｏｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｉｎｄｅｔｅｃｔｉｎｇｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｖｏｌｔａｇｅｓ，ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｃｕｒｒｅｎｔｓ，ｓｙｓｔｅｍｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｒｅｓｉｄｕａｌｃｕｒｒｅｎｔ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒａｎｄｏｔｈｅｒｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｌｓｏｈａｓｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｓｈｏｃｋａｃｃｉｄｅｎｔ，ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｆｒｏｍｒａｎｇｅｃｏｎｔｒｏｌｂｙｔｈｅｂｅｓｉｄｅｓｔｒｉｐｓｗｉｔｃｈＫｅｙｗｏｒｄｓｏｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔｏｒｏｖｅｒｈｅａｔｃａｎｄａｍａｇｅ，ｌｏａｄｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｌｏｎｇ－ｋｅｅｐｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔＧＳＭｎｅｔｗｏｒｋ．Ａｎｄｗｈａｔｍａｋｅｓｉｔｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇｉｓｔｈａｔｉｔｓｕｐｐｌｙｒｅｌｉａｂｌｅｐｒｏｐｅｒｌｙ．ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎＭＳＰ４３０配电变压器过流、过热和ＧＳＭ通讯的功能，对正在进ｌ引言行的农村电网改造具有很强的适用性。在农网改造前各地选用的配电端保护装置仍是２０世纪８０年代中后期产品，主要是以保护人身安全为主的高灵敏度快速动作型剩余电流保护器。由于农村电网负荷性质的变化（如各种类型的空调、变频设备、各种家用电器的使用），给供电可靠性带来了隐患【１］，因此我们设计了新型的低压智能综合保护装置。该装置就能够在实时监测剩余电流保证用电安全的同时，通过反时限切除负载与循环限电的功能来保证供电的可靠性和限电的合理性，此外该装置还具有防止２基本原理新型的低压智能保护装置有四项功能，分别是：实时检测剩余电流，防止触电事故；检测线路电流电压，保护配电变压器，防止变压器过流、过热；负荷控制，实现智能限电功能及反时限切除负载功能；ＧＳＭ通讯功能。该保护装置安装在配电变压器的二次侧，通过内部的采集电路实时采集电网的三相电压、三相电流、有功功率、电网频率、剩余电流以及变压器温度等信息，万方数据 第６期增刊基于ＭＳＰ４３０单片机的低压综合智能保护器的研制２５３３在单片机的控制下自动完成继电器操作，同时单片机还要控制ＧＳＭ通讯以及根据所测量的电气信息进行负荷控制，从而完成智能限电与反时限切除负载的功能。该装置使用ＴＩ公司的ＭＳＰ４３０系列单片机为控制器。ＭＳＰ４３０系列单片机是美国ＴＩ公司于２０００年推出的新一代超低功耗１６位单片机。由于它具有功能完善、超低功耗、开发简便、成本低廉等特点，特别适用于各种实时检测装置的开发。我们选用的ＭＳＰ４３０单片机自带有ＡＤＣｌ２模块，该模块能够实现１２位精度的数模转换，具有高速和通用的特点，采样速度最高可达到２００ｋｓｐｓ，配置有８路外部通道与４路的内部通道，可以实现对多个测量对象的快速采样［２］。３系统构成系统结构框图如图１所示。图１系统结构图本装置使用双ＣＰＵ结构，采用两片ＭＳＰ４３０单片机作为控制器，分别为主控单片机和辅助控制单片机。主控单片机通过自带的ＡＤＣ模块测量电网电压、电流、剩余电流、有功功率和变压器温度等信息。主控单片机根据测量得到的信息控制继电器完成过热保护、智能限电与反时限切除负载等功能。而且主控单片机通过自带的异步串行接口控制ＧＳＭ通讯控制模块，这样装置可以把各种电息与各支路继电器分合状态发给号码簿上的手机用户，而用户也可以通过手机完成仪器自检和各支路的分合闸等操作。辅助单片机通万 方数据过自带的ＡＤＣ模块实时采集电网的线路电流与剩余电流，在线路电流过大时，第一时间向主控单片机发出动作信号；而在剩余电流过大时，在设定时限后立即向主控单片机发出动作信号。主控单片机将该动作信号作为优先级最高的中断信号，立即进行跳闸操作。这样就达到了在线路电流过大与发生触电事故时快速动作的目的，此外辅助单片机还可作为主单片机的定时器。在对线路电流的监测过程中，当线路电流超过额定值的５００％时，辅助单片机立即向主单片机输出跳变信号，而主控单片机接到信号后立即驱动主继电器执行跳闸操作；而当线路电流超过额定电流而小于额定电流的５００％时，主控单片机延迟一段时间后驱动支路继电器执行跳闸操作，延迟的时间原则上与线路电流超过额定值的程度成反比，而支路继电器的跳闸的顺序则遵循循环限电的原则，力求公平。在对剩余电流进行监测过程中，仪器可以根据四个小时内剩余电流的最大值来自动的选择跳闸的档位，可以保证在不同天气环境状况下剩余电流的保护都能稳定的动作，此外，仪器可以对剩余电流保护动作的时间进行设定，从而使支路保护和总保护都能准确的动作。１６个键组成的键盘可以方便的完成人机交互，可以在现场完成设定额定值，输入存储手机号码，存储和发送各种信息等操作。用户也可以使用手机完成对分合闸操作，收集各种电息与装置存储的各种数据。４结束语通过双ＣＰＵ结构，装置在电网瞬时电流过大与负载过重的情况下仍然可以保证供电的可靠性，而在发生触电或短路时又能及时的进行跳闸操作，避免事故的发生。经实验检验，该装置样机能正常运行，实现预期的各项功能。参考文献［１］王萍．单片机在剩余电流断路器上的应用［Ｊ］，电工技术，２００４（１）．Ｅ２３魏小龙．ＭＳＰ４３０系列单片机接口技术及系统设计实例［Ｍ］．北京航空航天大学出版杜，２００３．
