智能脫扣器的軟硬件設計

瞬時保護是一種特殊的保護方式，它不需要對有效值進行比較，而是采用即采即比的方式，一旦發(fā)現(xiàn)某個采樣點超過規(guī)定的門檻，立即讓單片機系統(tǒng)發(fā)出脫扣信號。但是，由于脫扣器工作條件不定，不可避免受到外界干擾源的影響，導致脫扣器誤動，為了減少誤動的可能性，可以采取判別連續(xù)幾個采樣點是否都超過門檻值，如果都超過則認定故障發(fā)生，否則判別為外界干擾。采取這種方法提高了可靠性但是降低了時效性，至于連續(xù)判別幾個采樣點根據實際需要來定。

3 抗干擾的措施

影響智能脫扣器的干擾源有用電設備的浪涌電流，對講機、手機等產生的射頻輻射，智能脫扣器內部的開關電源和斬波釋放電路等。這些干擾源的存在導致程序死掉，或電流電壓等參數顯示不準確導致故障狀態(tài)判斷錯誤，進而引起脫扣器誤動作。為了減少干擾的影響，需要在硬件和軟件上采取相應措施。

3．1 硬件抗干擾

采取的措施有：

1）合理布線，使數字電路地和模擬電路地共點地為懸浮工作方式，即系統(tǒng)各回路的基準電位互相連接在一起而不與大地相連，這樣系統(tǒng)有較強的抗干擾能力；

2）模擬電路地和數字電路地分開接地，最后再匯合到一點，這是因為斬波泄放電路在啟動工作后，出現(xiàn)很高的瞬態(tài)干擾，把邏輯地（主機）和模擬地（A/D）分開后，這一干擾就降到很低；

3）線路板和元器件表面噴絕緣層，是防潮和絕緣的需要，對防電磁干擾也有很重要的作用；在機殼內涂金屬屏蔽層，形成等電位屏蔽，對電磁干擾也有很大的屏蔽作用；

4）在穩(wěn)壓電源、隔離變壓器后側安裝濾波電路，能使火線與零線中的干擾電流得到衰減；

5）芯片的選擇上，盡可能采用體積小的芯片封裝，由于貼片封裝比直插封裝體積小、抗干擾能力強，因此選擇貼片封裝；

6）盡量減少外圍電路，使電路板布線簡單；

7）硬件電路應采用多級跟隨器和高頻濾波電路，以保證信號不失真。

3．2 軟件抗干擾

軟件上抗干擾的方法有以下幾種。

1）為了防止裝置受到干擾進入“死機”狀態(tài)，在程序中加入一些監(jiān)控措施利用看門狗（WATCHDOG）對程序進行死鎖檢測，在必要的時候自動復位；在未使用的中斷向量區(qū)、空白程序區(qū)設置軟件陷阱，強迫程序跑飛以后能夠回到正常軌道上來；在必要的地方寫入冗余指令，以調整指令長度，防止程序混亂。

2）對采樣信號進行數字濾波首先對每一個采樣點進行判別，讓其與相鄰值、前次值以及增值最大值比較，根據對稱檢測法、限幅檢測法來判斷是否為干擾信號；對最近采樣的點進行FFT計算得到的數據與前幾次的數據求平均值，舍去“異類”。

3）軟件“WATCHDOG”技術系統(tǒng)運行時受到外界干擾的時候，程序會偏離正常軌道從而引起一系列問題，出現(xiàn)死循環(huán)，系統(tǒng)無法回到正常狀態(tài)。軟件看門狗技術特點是：系統(tǒng)正常運行程序中，每隔一段固定時間就要對“WATCHDOG”進行“喂狗”操作，在規(guī)定時間內如果檢測到“喂狗”操作，表明系統(tǒng)運行正常，否則認為系統(tǒng)出錯，自動發(fā)出復位信號。本項目采用的CYGNAL51芯片內部自帶看門狗，這就減少了項目開發(fā)人員的工作量。

此外，在數據處理的算法上進行改進，也能大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力，但是，這往往是以犧牲代碼長度為代價的，至于如何取舍看實際項目要求而定。

4 結語

隨著高性能、低價格芯片的不斷涌現(xiàn)，在保留傳統(tǒng)設備優(yōu)點的基礎上，智能脫扣器在保護的多樣性、判斷準確性和抗干擾性、自診斷保護、實時通訊和顯示等方面有較大的改進，這大大方便了用戶，從而有廣闊的市場前景。