基于MSP430的直流接地檢測系統(tǒng)

正負母線電壓檢測。正母線、負母線、地線經過“平衡-不平衡”檢測電橋后，由電位器對檢測點A的電壓進行分壓，得到便于采集的低壓直流信號。正負母線相對于地的電壓超過了人體的安全電壓，為了減少處理器與檢測電橋部分的連接，系統(tǒng)采用壓頻轉換器對分壓后的信號進行采集。由于采用了壓頻轉換器，只需要一根信號線，一個光電耦合器件就能夠實現(xiàn)母線電壓的檢測，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，簡化了系統(tǒng)設計。經過分壓后的低壓直流信號由電壓／頻率變換器AD7740轉換成頻率隨輸入電壓成線性關系的方波信號。該方波信號經過光耦隔離再送處理器，避免母線的高壓對操作人員造成傷害。處理器對方波信號測頻，并換算成檢測點A對應的電壓，最后根據(jù)3次測得的A點電壓及網(wǎng)絡結構計算出母線電壓和母線絕緣電阻。
64路支路漏電流檢。非接觸式漏電流傳感器送過來的直流感應電壓經過8個8選1模擬開關(CD4097)選擇，形成8路直流電壓信號。為了降低ADC芯片輸入阻抗對測量精度的影響，用高輸入阻抗的運放對該電壓信號進行射隨緩沖后送到A／D轉換器TLC2543的8個模擬信號輸入端。A-DC芯片內部自動進行通道切換，循環(huán)采集8個輸入端的模擬信號，采集到的數(shù)據(jù)通過SPI串行通信總線送處理器MSP430F149。
人機交互模塊分為LCD顯示和矩陣鍵盤。LCD也為串行SPI接口，與ADC芯片共用一個SPI接口，通過I／O口片選區(qū)分。LCD主要用于循環(huán)顯示當前的正負母線電壓，正負母線絕緣電阻，當前的時間，絕緣電阻異常的支路號。鍵盤采用4個I／O接口對2×2的矩陣鍵盤進行掃描，用于輸入絕緣電阻報警的上下限。母線電壓報警的上下限，選擇需要查看的存儲數(shù)據(jù)。
處理器模塊分為數(shù)據(jù)存儲，實時日歷鐘，系統(tǒng)復位，系統(tǒng)供電，JTAG調試接口等。當系統(tǒng)的母線電壓或者絕緣電阻異常時，儀器將會自動記錄當前的母線電壓，母線絕緣電阻，異常的支路號和當前的故障發(fā)生日期，并將其存儲到EEPROM中，以便日后查詢使用。實時日歷鐘芯片用于提供發(fā)生故障異常的時間記錄來源，并可供日常顯示。

3 系統(tǒng)軟件設計
本系統(tǒng)采用了MSP430F149處理器作為系統(tǒng)控制中心，在軟件設計中利用了該單片機數(shù)據(jù)存儲器大的優(yōu)點，便于對64路漏電流傳感器采集的數(shù)據(jù)、母線電壓和母線絕緣電阻數(shù)據(jù)進行存儲和處理。主程序中首先完成的是各個模塊的初始化，主要包括液晶顯示器初始化、模擬切換開關初始化、模數(shù)轉換器初始化。為了確保系統(tǒng)工作的可靠性，系統(tǒng)在上電后首先進行自檢，保證系統(tǒng)中的各個部分硬件電路正常后，將會自動進入直流接地檢測狀態(tài)，否則顯示自檢失敗信息提示操作人員。
整個程序的編寫均由C語言完成，在程序設計中，采用了結構化程序設計方法，使各個模塊程序相對獨立，便于程序代碼的維護、移植和升級。同時，這樣分離式的程序設計，降低了代碼的調試難度，縮短了調試周期。將與接地故障信息(如母線電壓，母線絕緣電阻，支路絕緣電阻，接地支路號等)密切相關的數(shù)據(jù)放在一個結構體里，便于掉電存儲與回放顯示。系統(tǒng)的主程序流程圖，如圖4所示。

4 實驗數(shù)據(jù)分析
為了達到好的測試效果，A／D采集必須達到一定的測試精度，圖5是A／D采集的實測數(shù)據(jù)和測試誤差分析曲線，從圖中可以看出，A／D采集的誤差約20 mV，屬于正常范圍，因為系統(tǒng)采用8位A／D，5 V基準電壓。這個采樣精度滿足整體的設計要求。