工業(yè)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，離不開穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)。要保證電力的運(yùn)行長(zhǎng)久可靠，對(duì)設(shè)備的檢測(cè)l調(diào)試就顯得極其重要。繼電保護(hù)裝置中有很多是基于相位保護(hù)，如電流相位比較式母差保護(hù)。母差保護(hù)一旦誤動(dòng)或拒動(dòng)，就會(huì)造成大面積停電、系統(tǒng)瓦解等等L議，嚴(yán)重地影響電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來嚴(yán)重?fù)p失。產(chǎn)生這些事故的原因大多是母差保護(hù)相位錯(cuò)誤所致，因此，設(shè)計(jì)一輸出相位可控的信號(hào)來檢測(cè)該類裝置就顯得尤為必要。該設(shè)計(jì)采用數(shù)字式的方式產(chǎn)生多相正弦信號(hào)，保證了輸出相位的可控性，操作的簡(jiǎn)單性，完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化測(cè)試功能。本設(shè)計(jì)采用TI公司的MSP430單片機(jī)，由于端口豐富，指令少，編程語言采用C語言編程(C430)，具有在線編程的功能，可以大大縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。相對(duì)于系統(tǒng)機(jī)而言，基于單片機(jī)的設(shè)備由于攜帶方便，性能可靠，且具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，更適合于基層的檢測(cè)l調(diào)試。

　　1相值的描述正弦交流信號(hào)的函數(shù)解析式為y=Asin，由該解析式可以得知決定正弦交流信號(hào)的三要素z峰值A(chǔ)、角頻率w、初相位e，對(duì)于單相信號(hào)而言，由于不存在相位差，初始相位顯得并不重要(除瞬態(tài)響應(yīng)外)，所以相位控制主要是針對(duì)多相信號(hào)而言，根據(jù)相與相之間的初始相位的不同，確定其相位差(同周期信號(hào))。如A=310sin(lOOπt+45)，B=310sin(lOOπH20°)。

　　2單片機(jī)選型及MSP430FG4618的特點(diǎn)單片機(jī)選型應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手:

　　單片機(jī)在市場(chǎng)上的流通性即是否容易采購，單片機(jī)系列產(chǎn)品的完整性是否利于后續(xù)產(chǎn)品的升級(jí)，其管腳能否兼容，RAM的空間容量，程序空間的大小，端口及中斷的多少，是否支持高級(jí)語言編程，編程方式是否容易，有無硬件乘法器等。參數(shù)的選擇需要根據(jù)項(xiàng)目的要求而定，在我們開發(fā)的這個(gè)項(xiàng)目中，選用的單片機(jī)是TI公司的MSP430FG4618，其特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。

　　(1)低電源電壓范圍:1.8-3.6V，(2)從等待到喚醒時(shí)間:6s，(3)基本時(shí)鐘模塊配置z高速晶體(最高8MHz)、低速晶體(32768Hz)、DCO，(4)具有3/7個(gè)捕獲/比較寄存.器的16位定時(shí)器Timer_A31TimecB7，(5)串行通信接口可用于異步與同步(軟件選擇USART/SPI模式)，(6)具有一個(gè)硬件乘法器、一路12位AID轉(zhuǎn)換器ADCI2、兩路12位DA轉(zhuǎn)換器DACI2、3路DMA控制器。(7)多達(dá)10個(gè)8位I/O端口，2個(gè)具有中斷功能:PI。(8)片內(nèi)多達(dá)116KBFLASHROM和8KBRAM，(9)串行在線編程、安全熔絲的程序代碼保護(hù)。

　　3系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.，硬件部分由單片機(jī)MSP430的PI、P4口輸出正弦函數(shù)數(shù)值，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，輸出正弦波形，濾波后經(jīng)功率放大電路得到輸出波形，驅(qū)動(dòng)外國(guó)設(shè)備。D/A選用16位、有四路輸出的7644。

　　由于D/A輸出為階梯波形，含有較高的高頻成分，需要經(jīng)過低通濾波才能得到需要的低頻信號(hào)。考慮到濾波電路對(duì)相位影響較大，為了提高相位精度，在設(shè)計(jì)濾波電路時(shí)需要考慮元件參數(shù)(選擇精密元件)對(duì)電路的影響。

　　3.2模型建立及算法分析由于單片機(jī)處理的是數(shù)字信號(hào)，而輸出的具有可控相位的正弦波是一個(gè)連續(xù)變化的模擬量，所以必須對(duì)一個(gè)周期內(nèi)的正弦波形進(jìn)行描點(diǎn)(斬彼)處理。當(dāng)然，一方面我們希望獲得的是近似理想的真實(shí)模擬波形，就需要在一個(gè)周期內(nèi)處理盡可能多的點(diǎn)，但另一方面，由于單片機(jī)處理的速度有限，點(diǎn)數(shù)如果選取過多，系統(tǒng)開銷增大，會(huì)影響程序的運(yùn)行。因而在該設(shè)計(jì)中，我們?cè)谝粋�(gè)周期內(nèi)(一個(gè)周期360°)選擇100點(diǎn)，即每隔3.6。計(jì)算一個(gè)正弦函數(shù)值，由單片機(jī)中斷送出。

　　由于單片機(jī)處理正弦函數(shù)的計(jì)算會(huì)耗去較長(zhǎng)時(shí)間，如果采用一邊送數(shù)一邊計(jì)算的方式，在速度響應(yīng)上就會(huì)存在問題，即可能下一點(diǎn)數(shù)據(jù)還沒計(jì)算出結(jié)果，單片機(jī)又開始中斷送數(shù)，這樣只能送出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。

　　因此該項(xiàng)目采用先計(jì)算好一個(gè)周期(100點(diǎn))的正弦函數(shù)值，存放在FLASH中，在中斷送數(shù)的過程中只負(fù)責(zé)取出數(shù)據(jù)即可，即采用查表方式。

　　根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)相位誤差的要求，選定相位分辨率為0.1。故存儲(chǔ)在正弦函數(shù)表里的正弦函數(shù)值其步進(jìn)為0.1°，所以要存儲(chǔ)一個(gè)周期360°內(nèi)的正弦函數(shù)值，就需要存放N=36010.1=3600個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)(需要占用空間3600口字節(jié))�？紤]到受單片機(jī)空間的限制，再結(jié)合正弦函數(shù)的特點(diǎn):當(dāng)90°

　　180°sine=sin(180°-e)當(dāng)180°<270°sine=-sin(日一180°)當(dāng)270°<360。

　　sine=-sin(360)只要我們求出的函數(shù)值，通過上面的公式轉(zhuǎn)化，周期內(nèi)其它函數(shù)值也就相應(yīng)確定。故本設(shè)計(jì)在正弦函數(shù)表里只存儲(chǔ)了函數(shù)值，共占用1.8K字節(jié)。

　　由于數(shù)組只存儲(chǔ)了的函數(shù)值，所以在求整個(gè)周期內(nèi)的函數(shù)值時(shí)，需要判斷該點(diǎn)所處象限，再進(jìn)行查表計(jì)算。

　　結(jié)語通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)多相正弦信號(hào)的輸出，筆耕文化傳播，外接電壓、電流功率放大模塊，就可方便的實(shí)現(xiàn)電流之間、電壓之間、電梳與電壓相位的隨意控制，可廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的繼電保護(hù)的測(cè)試。

　　本文由整理發(fā)布，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！