高压开关柜智能测控装置设计

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[摘要]目前，高压开关柜的测控系统是由几个独立的装置实现的，集成度低，配线复杂。本文以AT89C51单片机为核心，ADE7758芯片、温湿度传感器和开关量电路为电路，构建了高压开关柜智能监控下位机系统。配合上位机系统，该系统具有智能化显示、操作简便、信息丰富等特点。通过配用RS485接口，可将若干个高压开关柜的控制面板集中于调度室监控。

[关键词]AT89C51；高压开关柜；智能测控装置；应用系统

1.传统开关柜监控系统的不足与智能开关柜监控系统的基本功能

传统开关柜测控系统的不足主要表现在：1.实际工作状态显示的不足。2.对温、湿度测量上的不足：传统开关柜不能实现实时监测。3.验电上的不足：传统开关柜无法满足安全操作规程“先验电、后挂接地线”的要求。

开关柜运行状态智能化显示系统具有的功能齐全，有一次回路模拟图、带电显示、温湿度显示、开关分合闸状态指示、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率等参数测量以及配有RS485通信接口等众多功能。

高压开关柜智能测控系统的功能主要包括：1.各开关量的显示；2.温湿度的智能显示，预警因凝露而发生绝缘闪络。3.高压电参数显示，弥补老式高压带电显示装置缺陷的新型带电显示装置。4.通信接口、远程显示能力：进行远距离的显示，监控。

笔者以AT89C51单片机为核心，ADE7758芯片、温湿度传感器和开关量电路为电路，构建了高压开关柜智能监控下位机系统。

开关量信号通过光耦合电路转换成单片机可以接收的电平后再输入I／O接口；湿度通过CHR-01传感器将数字信号输入单片机；电压电流等信号输送至ADE7758芯片；最后，单片机经整理后，将数据通过串行通信接口输送至上位机供显示。

2.硬件结构设计

装置硬件电路系统以ATC89C51为核心，按功能可划分为中央处理单元、电源模块、电压电流采样及运算、开关量测量模块、温湿度采集模块、通讯模块。

2.1单片机

中央处理器采用ATMEL公司的51型AT89C51型单片机，CPU总线频率20MHz。片上资源包括：4KB在线可编程FLASH存储器，内部时钟发生器，带有2个16位可编程定时器，丰富的I／O口，极大的方便了硬件的扩展。

2.2电能计量芯片

电能计量芯片采用美国ADI公司的高精确度三相电能测量芯片ADE7758。该芯片具有数字积分、数字滤波、实用电能监测、计量功能。芯片可用于各种三相系统中有功功率、无功功率、电能、电压电流有效值的测量以及以数字方式校正系统误差所必须的信号处理电路。

2.3温湿度传感器

温度传感器为DS18820，测量范围从-55℃～+125℃，电源电压范围从3.3～5V，支持“一线总线”的数字方式传输。湿度传感器可分为两类：电子导电型和离子导电型。本文用离子导电型湿度传感器，型号为CHR-01。

3.系统软件设计

3.1主程序

主程序完成上电或复位初始化，电能芯片初始化，其他外设初始化，温湿度测量，读取电参数，电量计算，数据传输等功能。

3.2电参数测量子程序

通过6路A／D采样通道，ADE7758内的微处理器对数字化的被测信号进行处理，并将结果储存在18个只读寄存器中。MCU则通过SPI接口对ADE7758进行读写操作，即MCU和ADE7758的数据接口采用中断IRQ、片选CS和3线的SPI接口方式实现数据交换。

4.结语

高压开关柜智能测控装置就是针对电力开关柜开发设计的一种新型的多功能智能化模拟动态指示装置。本文中所设计的智能操控装置应具有的基本功能的基础上，集成了设备状态模拟、高压开关状态量显示、温度与湿度参数的测量、电参数测量，提高了开关柜操控集成度和智能化程度。