基于C8051F041的电力变压器非电量保护装置

软件方面，能实时地读取端口状态。其硬件措施如下：采用电阻实现前端光电二极管的限流，当任何一路瓦斯继电器动作时，其端口便会短路。瓦斯信号处理模块电路原理图如图4所示。MCU模块只需要定时实时采集即可监测瓦斯继电器的状态。

3.4 调压档位监测及输出

调压档位状态信号的输出选用单刀常开型继电器。调压档位状态信号以BCD码的形式从控制的继电器输出。由单片机输出数字信号至低速光耦TLP521，光隔离后控制三极管TIP42的导通来控制继电器的通断。

3.5 电源模块

为了使整个系统稳定可靠，电源模块是至关重要的部分。在本系统的电源设计中，采用了多级滤波以及抗干扰措施。鉴于变压器现场中高压环境的存在，以及变压器现场容易引雷的问题，在系统中还加入了多级抗雷击保护功能，防止感应雷在电源线上造成的高压窜入控制系统引起控制系统的损坏。

3.6 通信模块

为了防止外界干扰，首先采用高速光耦将单片机的UART口和RS-485通信器件隔离，单片机和RS-485通信器件单独供电，这样由通信线路从外界引入的干扰将止于高速光耦处，不会从光耦进入单片机，大大提高了单片机的稳定性。

同时，C8051F04x系列器件具有控制器局域网(CAN)控制器，采用CAN协议串行通信。在此控制器基础上，外加两个高速通信光耦隔离，然后再连接至CAN总线物理层收发器。

3.7 系统抗干扰技术

本系统主要采用串模干扰及其抑制、共模干扰及其抑制、CPU抗干扰技术增强系统的稳定性和可靠性。

4 软件设计

4.1 实时操作系统和开发环境的选择

综合考虑主变压器非电量保护系统的高实时性、多任务多线程、C8051F041的硬件条件和实际可操作性，最后确定以51系列μC／OS-II的小型实时操作系统作为系统控制的运行平台，在其基础上进行主变非电量的智能实时测控保护。

综合考虑本系统需要实现的功能，总结出了十大任务可供系统调用：瓦斯检测任务、温度检测任务、有载分接头检测任务、开关量输出任务、信息显示任务、键盘检测任务、CAN总线通信任务、RS-485总线通信任务、恒流源输出调整任务以及恒压源输出调整任务。

在这些任务中，瓦斯检测任务、温度检测任务、有载分接头检测任务、开关量输出任务、信息显示任务、恒流源输出调整任务、恒压源输出调整任务均没有外部中断启动条件，因此，这些任务都作为时钟实时定时任务。键盘输入的检测也是由时钟实时定时任务来完成。CAN总线通信任务和RS-485总线通信任务是由外部中断触发启动或者内部事务主动调用启动。

本系统的开发编译环境采用KeilμVision3，它是Keil Software公司最新出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。Keil μVision3本身最初的目的是为ARM设计的开发环境，而ARM上面一般均为运行操作系统。

4.2 软件算法

本系统的软件算法主要涉及到温度监测、瓦斯监测、有载分接开关监控、键盘显示控制、通讯控制、系统调度控制。

温度监测和瓦斯监测将作为一个系统时钟中断驱使任务，可定时实时完成；有载分接开关监测也作为一个系统时钟中断驱使的任务，定时实时完成；供显示任务和通信任务调用；键盘显示控制中共有4个按键，先由2个I／O口扫描输出，然后再由2个I／O扫描输入，确定按键是否按下；通讯控制算法主要是解决通讯任务的启动方式，分为实时中断启动和随机中断启动两种方式；系统调度控制的作用是对上述几个任务进行调度和分配，同时也承担系统各控制参数的修改、控制和检测。

5 结束语

新型主变压器集成式非电量智能测控装置实现了“集成化”和“智能化”。其硬件电路采用C8051F041混合信号型MCU作为控制器的核心，从而大大降低了整个测控装置的功耗和体积，提高了实时控制能力。软件设计上，以实时操作系统为平台，并在其基础上快速、良好而又实时地运行各种检测和显示任务，达到了智能化和实时性的目的。


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