本文提出了基于C8051F 单片机的电力系统智能测控装置的设计，该智能装置集电力系统测量、控制、保护、通讯功能于一体，将监控和保护有机的结合起来，充分的利用了硬件资源又保证了继电保护的完整性和独立性。这种集成度高、功能强大的智能测控装置对于推动电力系统自动化有着重大的意义。 1系统结构设计
电力自动化系统对测控装置的实时性和精确度要求很高，
所以测控装置一般采用“MCU＋DSP ”或“DSP＋DSP ”的双CPU 结构。考虑到测控装置在实际工作中的运算量不是特别的大，而且需要用到高集成的单片机外围接口资源，本系统采用高性能单片机C8051F020（MCU ）＋电能计量芯片ATT7022（DSP ）相结合的方案。电能计量芯片主要完成电力系统的电压、电流、功率、频率、电能等参数的精确测量。C8051F020单片机主要实现设备的保护、人机接口和通信的功能。系统的结构框图如图1所示。 图1
系统结构框图
现场的三相电压电流信号，由两级电压电流互感器进行降幅，再经电量处理模块的处理以满足A ／D 环节所允许的输入范围。由于系统的测量精度与保护精度的要求不同，测量精度需要达到0．2％，而保护
精度只要求3％。因此在设计时测量和保护分别采用不同的模数转换器进行转换。电能计量芯片ATT7022内部集成的六路16位的A ／D 转换器和24位DSP ，A ／D 转化精度高，数据处理。
单片机C8051F020实时读取电能计量芯片ATT7022测量的结果以及开关量输入模块的状态信息，由CAN 总线或
RS485总线通信模块发送给控制中心或其它智能设备，并将精确测量的各参数由液晶显示模块显示出来。C8051F020内部含有八路12位A ／D 转换器，对其输入的采样信号进行转化，并将
转换后的数据进行处理，与设定的参考值比较计算和分析，如发现被保护的设备发生故障或出现异常，应及时发出保护命令，通过开关量输出模块输出，完成相应设备的保护动作。
2系统的硬件设计
C8051F020是美国Cygnal 公司推出的一种高速、高性能、完全集成混合信号系统级单片机，具有与8051指令集完全兼容的CIP－51内核。
2．1ATT7022电能计量芯片介绍
ATT7022是我国珠海炬力公司生产的一款高精度三相电能专用计量芯片，是专门的DSP 三相电能计量
芯片，适用于三相三线和三相四线的电网中。该芯片内部集成了6路2阶sig-ma－delta ADC 、参考电压电路以及所有功率、能量、有效值、功
率因数以及频率测量的数字信号处理电路，能够测量各相和合相的有功、无功、视在功率、有功能量以及无功能量，同时还能测量各相电流和电压有效值、功率因数、相角、频率等参数，并能直接输出所有的测量参数，充分满足电能测量的需求。ATT7022支持全数字域的增益、相位校正，即纯软件校表。有功、无功电能、脉冲输出CF1、CF2提供瞬时有功、无功功率信息，可以直接接到标准表，进行误差校正。ATT7022提供一个SPI 接口，方便与外部MCU 之间进行计量参数以及校表参数的传递。所有计量参数都可以通过SPI 接口读出。ATT7022内部的电压监测电路可以保证加电和断电时正常工作。
2．2硬件电路设计
系统的硬件电路图如2所示。设计了16路开关量输入接口，这些开关量主要包括断路器状态、隔离开关状态和外部分、合闸状态等。这些状态量的采集都是以光电隔离方式输入，再经
（下转第103页）
基于C8051F 单片机的电力系统智能测控装置的设计
黄真合（武汉理工大学，湖北武汉430063）
Intelligent Measure and Control Devices in Power System Based on C8051F
摘要
提出了基于C8051F 单片机的电力系统智能测控装置的设计。该智能装置集电力系统的测量、控制、保护、通讯功能于一体，集成度高，功能强大，经济可靠；既可作为变电站综合自动化系统的过程层
单元，又可独立使用，具有很好的实用价值。
关键词：电力系统，测控装置，C8051F ，ATT7022
Abstract
This paper designs the intelligent measure and control device of power system based on the C8051F MCU．The intelli-gent device integrates measurement,control,protection,communications functions of the power system,highly integrated,power-ful,economically and reliably．It has good practical value．
Keywords :power system,measure and control device,C8051F,ATT7022图2
硬件电路设计原理图
（上接第101页）卷绕电池
施密特触发器CD40106整形后，输入C8051F020单片机的。C8051F020的P6和P7端口用作16路开关量的输出端口，与高耐压、大电流达林顿陈列ULN2003反相器相连，输出可直接控制继电器。C8051F020的P1．0～P1．5共六个引脚配置为六个模拟量输入通道AIN1．0～AIN1．5，作为保护部
分模拟量输入通道。由于ATT7022提供一个SPI接口，于是把C8051F020的P0．2～P0．5配置为SPI串行口引脚，单片机直接通过SPI接口方便、快捷地访问ATT7022的寄存器，读取ATT7022精确测的功率、电能、频率等参数。
CAN通信模块采用Philips公司的SJA1000芯片，该芯片是一种独立的CAN总线控制器，广泛用于汽车和一般工业环境的CAN控制器中；其数据地址总线AD0－AD7与C8051F020的P3端口相连，RD、WR和ALE与C8051F020相应的引脚相
连即可，片选信号CS直接与C8051F020的P0．7相连。C8051F020有两个串口，选用串口0、P0．0和P0．1分别配置为串口0的TXD和RXD，与RS485模块相连，实现RS485通信。液晶显示模块采用金鹏电子有限公司的OCM128图形点阵液晶显示器，结合移位锁存芯片74HC595使用，减少占用C8051F020的I／O口。看门狗电路一般采用美国MAXIM公司生产的微处理器
专用监控器MAX813L，它具有看门狗、
电压检测和上电复位等功能，提高系统的可靠性和准确性。
3系统的软件设计
主程序的流程图如图3所示。上电复位后，程序从主程序开
始执行。主程序首先是初始化。初始化包括两部分：单片机
C8051F020的初始化以及电能计量芯片ATT7022、CAN控制器
静水天平
SJA1000等外设初始化。初始化完成后，C8051F020开中断，进
入了等待中断的过程，对中断进行判断，执行相应的中断子程
序。这些中断子程序包括定时采样中断服务子程序、继电保护中
断服务子程序、对ATT7022测量结果定时读取和显示的中断服
务子程序、CAN通信中断服务子程序或RS485通信中断服务子
程序以及开关量输入中断服务子程序等。执行完中断程序，返回
主程序等待下一次中断的到来。为了保证系统的安全性，主程序
还增设了自检功能，当出现异常，立即停止程序的运行。
4结束语
本装置结构简单，动作迅速，测量精确，经济可靠，具有
CAN和RS485两种通信功能；既可作为变电站综合自动化系
统的过程层单元，又可独立安装在开关柜或屏上单独使用。
参考文献
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电监测终端的应用［J］．国外电子元器件，2005（7）助勃器
［2］张迎新．C8051F系列SOC单片机原理及应用［M］．北京：国防工业
出版社，2005
［3］黄颖．电力自动化系统智能保护测控设备的设计与开发［D］．长沙：中
南大学，2008
煤矿井下防爆电机［收稿日期：2010．4．9］
图3程序流程图
件见图4。
图4系统电源电路
3软件设计
（1）主程序
完成对各子程序的调用，实现冲厕控制器的功能。v50值
（2）初始化子程序
完成对系统的初始化设置，主要包括系统时钟的设置、电源
监视功能的设置、初始端口的设置、中断的设置等。
（3）A／D转换子程序
快装脚手架
完成重量信号的采集。
（4）中断子程序
完成信号的响应，实现重量的A／D转换及光电信号的检测。
（5）延时子程序
实现软件延时功能，光电信号延时检测，冲厕出水延时。
（6）软件流程图
4结束语
应用ARM芯片LPC1111构建节水型冲厕控制器系统，通
过对人体重量和光电开关的检测，实现了双条件控制水的流出
和禁止，达到了节能、环保的目的。不足之处在于，没有扩展人体
重量显示装置，督促人们实时关注体重，而且现有市场的坐便器
和蹲便器品种繁多，硬件和软件设计的通用性有待进一步提高。
参考文献
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［2］周立功，等．ARM嵌入式系统基础教程［M］．北京：北京航天航空大学
出版社，2005
［3］李宁．ARM开发工具RealViewMDK实用入门［M］．北京：北京航空
航天大学出版社，2008［收稿日期：2010．3．30］
图5主程序流程图图6中断响应流程图
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