專利名稱：斷路器脫扣器的電流采樣及有效值確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計一種用于斷路器脫扣器的電流采樣及有效值確定方法，尤其涉及一種用于使用單片機進行控制的斷路器脫扣器的電流采樣及有效值確定方法。
背景技術(shù)：
新型的斷路器中使用的智能型脫扣器都采用單片機作為控制裝置，例如，采用Motorola公司的M68HC08系列單片機。該系列的單片機包括JL8芯片、SR12芯片等，該系列芯片片內(nèi)集成A/D轉(zhuǎn)換口，可以直接把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，整個控制器采用數(shù)字電路運算，其特點是運行精度高，抗干擾能力強、外圍電路簡單、成本低、保密性好、易于小型化。由于使用這種新型的以單片機作為控制裝置的智能型脫扣器和傳統(tǒng)的脫扣器相比有較大的變化，因此目前缺乏一種能有效地利用該種智能型脫扣器的單片機性能的電流采樣及有效值的確定方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是一種用于使用單片機進行控制的斷路器脫扣器的電流采樣及有效值確定方法。以充分發(fā)揮這種智能型脫扣器的性能。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種斷路器脫扣器的電流采樣及有效值確定方法，用于使用單片機進行控制的斷路器脫扣器，該方法包括以下步驟初始化步驟，至少包括所述單片機的初始化，存儲器的初始化和I/O接口的初始化；開啟中斷；等待中斷程序產(chǎn)生中斷；如果接收到中斷程序產(chǎn)生的中斷，則開始運行中斷程序，所述中斷程序進行電流采樣根據(jù)采樣的信號并確定所述電流的有效值；
結(jié)束中斷程序的運行；回到所述等待中斷產(chǎn)生的步驟。
按照本發(fā)明的實施例，其中斷程序還可以實現(xiàn)其它的功能，例如所述中斷程序還進行參數(shù)的設(shè)定；所述中斷程序還檢查是否需要進行通信，如果需要則實現(xiàn)所述脫扣器與上位的控制計算機的通信；所述中斷程序還檢查是否需要脫扣操作，如果需要則使所述脫扣器進行脫扣動作。
在進行電流采樣時，所述中斷程序控制電流互感器以第一時間周期對電流進行采樣，采樣前首先對電流進行整流。對于50HZ電流，較佳的所述第一時間周期為0.5ms。所述中斷程序還控制所述電流互感器以第二時間周期對所述電流進行運算，采樣的結(jié)果使用有效值公式進行轉(zhuǎn)換。對于50HZ的電流，較佳的所述第二時間周期為10ms，在經(jīng)過20次采樣后將采樣的結(jié)果有效值公式進行轉(zhuǎn)換。
按照本發(fā)明的實施例，所述單片機使用多個時鐘周期來確定多相電流的有效值。如果所述電流為三相電，所述單片機使用三個連續(xù)的時鐘周期，每一個時鐘周期確定一相的電流有效值。
由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的斷路器脫扣器的電流采樣及有效值確定方法能充分發(fā)揮單片機的性能。
圖1是按照本發(fā)明的方法的一個實施例的流程圖；圖2是對電流進行整流后的電流波形圖；圖3是對電流進行采樣后得到的采樣的波形圖；圖4是對電流進行采樣后進行A/D轉(zhuǎn)換的圖示。
具體實施例方式
本發(fā)明的特征、本質(zhì)和優(yōu)點將在下面結(jié)合附圖和實施例的描述之后變得更加明顯。
本發(fā)明的方法采用單片機控制流程的方法，對各個控制程序采用中斷的方式，以確保電路時鐘的精確，采樣的時序和主回路的電流頻率一致。圖1是按照本發(fā)明的斷路器脫扣器的電流采樣及有效值確定方法的一個實施例，該方法包括以下步驟S11.初始化步驟，初始化步驟包括對單片機的初始化，對存儲器的初始化和I/O接口的初始化。其中，對單片機的初始化包括設(shè)定定時器，設(shè)定中斷模數(shù)寄存器，如，定時器可設(shè)定為0.5ms，而中斷模數(shù)寄存器的值可設(shè)定為$01F4。對于存儲器的初始化主要是指為RAM存儲區(qū)的數(shù)據(jù)設(shè)定初值。而I/O接口的初始化主要是設(shè)定各個I/O接口的地址映射關(guān)系。初始化步驟完成之后，就可以打開中斷，進入正式的運行狀態(tài)。
S12.開啟中斷。在進行初始化的過程中，為了避免在初始化進程中請求中斷而引起單片機的處理混亂，因此在進行初始化的過程中，需要關(guān)閉中斷，在上述的初始化步驟結(jié)束之后，將中斷打開，此時就可以通過中斷請求來轉(zhuǎn)而運行相應(yīng)的中斷子程序。
S13.等待中斷程序產(chǎn)生中斷。
S14.如果接收到中斷程序產(chǎn)生的中斷，則開始運行中斷程序，中斷子程序可以是實現(xiàn)各種不同功能的子程序，比如，中斷程序進行參數(shù)的設(shè)定；檢查是否需要進行通信，如果需要則實現(xiàn)所述脫扣器與上位的控制計算機的通信；檢查是否需要脫扣操作，如果需要則使所述脫扣器進行脫扣動作。其中最重要的功能是實現(xiàn)電流采樣并根據(jù)采樣的信號并確定電流的有效值。對于該程序所應(yīng)用的原理將在下面詳細描述。
S15.結(jié)束中斷程序的運行。在完成中斷程序的運行后，從中斷退出，返回主程序繼續(xù)運行。
S16.回到等待中斷產(chǎn)生的步驟S13，等待下一個中斷請求的產(chǎn)生。
下面詳細說明一下進行電流采樣以及確定電流有效值的方法。在上述的步驟S14中，最重要的中斷程序就是實現(xiàn)電流采樣以及計算電流的有效值。中斷程序控制電流互感器以第一時間周期對電流進行采樣，采樣前首先對電流進行整流。圖2所示是經(jīng)過整流后的波形。在圖2中，采樣的電流是50HZ電流，其周期應(yīng)該是20ms，經(jīng)整流后，如圖2所示，其周期縮短了一半(即將負半軸的波形轉(zhuǎn)化到正半軸上)，為10ms，圖中的Ia、Ib和Ic分別表示三相的電流。此時將第二時間周期定為10ms，即以10ms為周期對采樣電流進行運算，由于經(jīng)過了整流，10ms中總能夠采樣得到完整的半波的波形。圖3中圖示了三相電流各自的半波波形的形式，雖然采樣點在各自波形中的位置不同，但在10ms的周期內(nèi)，三相電流都形成了完整的半波波形。圖中的Im表示電流的峰值。在上述對半波波形的采樣完成之后，還需要在一個波形內(nèi)進行采樣已供數(shù)摸轉(zhuǎn)換之用。在該實施例中，中斷程序控制電流互感器以第一時間周期對電流進行采樣，采樣的結(jié)果使用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。圖4是對電流進行采樣后進行A/C轉(zhuǎn)換的圖示。同樣是針對上述的經(jīng)整流后的50HZ的電流，其一個半波周期為10ms，在一個半波周期內(nèi)進行20次采樣，因此將第一時間周期定為0.5ms。如圖4所示。采樣后的20個結(jié)果使用有效值公式進行轉(zhuǎn)換。
在采樣完畢之后，中斷程序還需要進行的工作就是確定該電流的有效值。對于三相電來說，每相采樣是獨立的通道，三相可以同時采樣，每個采樣周期電流相位相差60度，波形相同。用一個周期電流的采樣值Ii進行平方求和，就可近似得到電流的有效值。對于50HZ的電流來說，經(jīng)整流后的半波周期為10ms，因此就以10ms為周期，即第二時間周期對電流的有效值進行運算。
I2有效值＝Iin2/m(其中Iin為每次采樣的電流平均值，m為采樣次數(shù))。
按照本發(fā)明的實施例，單片機采用分時計算的方式來分別計算每一相的電流有效值。由于單片機速度有限，在一個定時周期內(nèi)，同時完成三相電流的計算有可能會使定時中斷溢出。所以采樣分時計算的方法較為妥當。例如采樣個數(shù)為m，則前m個定時周期用來實現(xiàn)采樣(標號為0至m-1)，在第m個定時周期進行A相電流計算，同時清除A相的采樣電流的累加值Iin。在第m+1個定時周期進行B相電流計算，清除B相的采樣電流的累加值Iin。在第m+2個定時周期進行c相電流計算，清除C相的采樣電流的累加值Iin。
之后再進行電流換算，采樣到的電流值I有效值其數(shù)值只能反映AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果，不能直接用于讀取電流大小值，要通過換算，對于不同的型號的脫扣器換算公式略有不同，例如一種使用J18芯片的脫扣器的換算公式如下I實際值＝I有效值*1.1其中采樣范圍為0～282.8A，每個轉(zhuǎn)換結(jié)果為8位，每一單位表示電流的256分之一。該種斷路器脫扣器的最小采樣精度為200*1.414/256，約為1.1A。其中200為最大采樣電流值，1.414為峰值轉(zhuǎn)換。
采用了上述的技術(shù)方案后，本發(fā)明的由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的斷路器脫扣器的電流采樣及有效值確定方法能充分發(fā)揮單片機的性能，同時，其在總體控制上采取的中斷響應(yīng)的方式還允許其通過使用其它的中斷子程序來擴展其功能。
上述實施例是提供給熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來實現(xiàn)或使用本發(fā)明的，熟悉本領(lǐng)域的人員可在不脫離本發(fā)明的發(fā)明思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或變化，因而本發(fā)明的保護范圍并不被上述實施例所限，而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權(quán)利要求
1.一種斷路器脫扣器的電流采樣及有效值確定方法，用于使用單片機進行控制的斷路器脫扣器，該方法包括以下步驟初始化步驟，至少包括所述單片機的初始化，存儲器的初始化和I/O接口的初始化；開啟中斷；等待中斷程序產(chǎn)生中斷；如果接收到中斷程序產(chǎn)生的中斷，則開始運行中斷程序，所述中斷程序進行電流采樣根據(jù)采樣的信號并確定所述電流的有效值；結(jié)束中斷程序的運行；回到所述等待中斷產(chǎn)生的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述中斷程序還進行參數(shù)的設(shè)定。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述中斷程序還檢查是否需要進行通信，如果需要則實現(xiàn)所述脫扣器與上位的控制計算機的通信。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述中斷程序還檢查是否需要脫扣操作，如果需要則使所述脫扣器進行脫扣動作。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述中斷程序控制電流互感器以第一時間周期對電流進行采樣，采樣的結(jié)果使用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述采樣的電流是50HZ電流，采樣前首先對電流進行全波整流，所述第一時間周期為0.5ms。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述中斷程序控制所述電流互感器以第二時間周期對所述電流進行運算。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二時間周期為10ms，在經(jīng)過20次采樣后將采樣的結(jié)果使用有效值公式進行轉(zhuǎn)換。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述單片機使用多個時鐘周期來確定多相電流的有效值。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述電流為三相電，所述單片機使用三個連續(xù)的時鐘周期，每一個時鐘周期確定一相的電流有效值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種斷路器脫扣器的電流采樣及有效值確定方法，用于使用單片機進行控制的斷路器脫扣器，該方法包括以下步驟初始化步驟，至少包括單片機的初始化，存儲器的初始化和I/O接口的初始化；開啟中斷；等待中斷程序產(chǎn)生中斷；如果接收到中斷程序產(chǎn)生的中斷，則開始運行中斷程序，中斷程序進行電流采樣根據(jù)采樣的信號并確定所述電流的有效值；結(jié)束中斷程序的運行；回到等待中斷產(chǎn)生的步驟。該方法能充分發(fā)揮單片機的性能，同時，其在總體控制上采取的中斷響應(yīng)的方式還允許其通過使用其它的中斷子程序來擴展其功能。
文檔編號H02H3/08GK1667905SQ20041001683
公開日2005年9月14日 申請日期2004年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月10日
發(fā)明者陳黎俊 申請人:上海電器科學研究所(集團)有限公司