基于MSP430单片机的变压器监控终端设计

刘曦锴 王晓薇

（沈阳师范大学科信软件学院，辽宁 沈阳 110034）

0 引言

变压器监控终端是对配电变压器的各种运行参数的监视、测量与控制的远方终端[1]。它是配电自动化中最末一级监控单元，负责监测配变低压侧电压[2]、电流、频率，计算配变的有功功率、无功功率、有功电度、无功电度，分析电能质量，统计电能数据等[3]。

配电自动化系统一般由主站、子站、终端三层结构组成，如图1所示。主站层(配网监控和管理中心层)从各子站层获取配电网的实时信息，从整体上对配电网进行监视、分析和控制，也是配网的管理中心。子站(配网监控中问层)，一般设在中心变电站或变电集中控制站，主要任务是作为区域数据交换中心，实现各种实时信息的上传下达。配电终端层主要任务是负责对线路、配电室的开关、配电变压器进行数据采集和控制，并在必要时执行就地智能功能。

图1 配电自动化系统三层结构图

图2 系统总体结构图

1 系统总体设计

本文设计的变压器监控终端的硬件构成如图2所示，整个系统的硬件是以MSP430单片机[4-5]为中心模块的监测与控制系统。其主要构成和外围模块包括：

1）模拟量变换及信号调理电路。

2）人机接口的键盘和液晶显示芯片。

3）具有IIC接口的时钟和存储芯片。

4）与手持抄表终端或便携式计算机等智能设各通讯的RS232接口电路[6]。

5）读耿脉冲电度表电量的脉冲计数输入接口[7]。

2 系统硬件电路设计

2.1 模拟量输入模块电路设计

模拟量输入模块由两部分组成：模拟量信号采集和A/D转换。模拟量信号采集由隔离电路和信号调理电路构成。采集的交流电压、电流信号经过隔离电路和信号调理电路后进入MSP430的A/D通道进行转换。

A/D转换采用的是MSP430内嵌的ADCl2。ADCl2的主要特点如下：

1）采样速度快，最高可达到200dsps。

2）12位转换精度。

3）内置采样与保持电路。

2.2 通讯模块电路设计

由于RS232接口是一种标准的串行通讯接口，串口操作简单，可靠性高，同时MSP430内部集成了两个通用的串行同步/异步模块USART0和USARTl均支持两种不同的串行协议，因此本系统采用RS232通讯接口。

由于430单片机的异步串口为0V和3.6V的CMOS逻辑信号，故选用SP3223E将陔信号转换为RS232标准。SP3223E芯片内带有两个发送器和两个接收器，能够满足从CMOS到RS232和从RS232到CMOS电平转化的要求。

2.3 显示模块电路设计

本系统的液晶驱动采用的是4MUX驱动方法。MSP430系列单片机作为面向仪表、测控领域的专用单片机，内部集成了LCD接口，使用方便。为此，系统采用MSP430单片机和河北冀雅电子有限公司生产的液晶显示器JY00771B作为人机界面设计的核心部件。

MSP430单片机内部LCD接口具有160段驱动能力，具有多路管脚复用功能，内部具有LCD控制寄存器和显示寄存器，便于控制。

3 系统软件实现

按照上述系统目标和设计思想，软件可化分为：数据采集和处理模块：串行通讯模块协议模块、键盘显示模块以及串口通讯模块。

3.1 主程序

本文设计的主程序负责将上述几个功能模块联成一个整体.实现各个功能模块之间的调度。它首先是完成整个系统的自检和初始化，在初始化结束后，系统进入主循环，主程序在主循环中通过查询各功能标志来调用各个模块，各个模扶在完成各自的任务后也通过设置标志的方式通知主程序进行下一步工作。主程序的整个工作流程如图3所示。

图3 主程序流程图

3.2 数据采集和处理模块

数据采集和处理模块由数据采集和数据处理两部分组成。数据采集负责对各个通道的模拟量进行模数转换：数据处理负责对采集的数据进行的运算处理。

从键盘读入信息显示时按三步进行：

1）判键入，判断是否有键按下，有则迸一步译键，无则等待键入，或转做别的工作。

2）识键，在有键入的情况下，进一步识别是哪个键，并作适当的译码，以便进一步处理。

3）键值分析，根据键值，找出对应处理程序的接口。键盘显示模块是由键盘和显示处理两大部分组成。软件结构如图5所示。

3.3 串口通讯模块

串口通讯模块由串口0、l接收中断和串口0发送中断，其中串口1接收中断主要用于转发处理，便于系统级联。

通讯均采用中断方式发送和接收，提高了系统实时性。在内存中为串口0开辟两段数据区，即发送数据和接收数据缓冲区，长度均为250个字节，这是可能接收的报文的最大长度，超出此长度的报文视为无效。

4 结论

本文论述的基于430单片机的变压器监控终端是针对我国变压器监控终端系统的现状，研究和开发了一种新型的变压器监控终端产品，克服了同类产品的缺陷，旨在电力管理部门推广使用，提高我国是配电自动化水平。论文详细地阐述了变压器监控终端设计过程中所涉及的关键技术和方法。

［1］刘健，倪建立，邓永辉.配电自动化系统[M].2版.中国水利水电出版社，2003，1.

［2］袁钦成.配电自动化及管理系统的工程实践[J].电力设备，2004（1）：11－16.

［3］赵闻蕾,李晖.电参量谐波测量算法的研究[J].大连铁道学院学报,2004,(04)∶58-62.doi∶10.3969/j.issn.1673-9590.2003.04.016.

［4］胡大可.MSP430系列：超低功耗16位单片机原理与应用[J].北京航空航天大学出版社，2000，6.

［5］杨平，王威.MSP430 系列超低功耗单片机及应用[J].国外电子测量技术，2011，33.

［6］马小陆,陶维青.基于430单片机的远程测控单元[J].仪器仪表用户,2004(05)∶69-71.doi∶10.3969/j.issn.1671-1041.2004.05.040.

［7］李光辉，陈志英.基于DSP的配电变压器远方终端单元(TTU)的设计[J].电工电能新技术，s2004,(03)∶72-75.doi∶10.3969/j.issn.1003-3076.2004.03.017.