1、引言

　　低壓斷路器是低壓配電系統(tǒng)中起同段控制及保護等作用的重要元件。目前，國外的低壓斷路器正朝著高性能、小型化、智能化和模塊化方向發(fā)展，并且與現(xiàn)場總線系統(tǒng)相連，實現(xiàn)網(wǎng)絡化。國內一些廠家也曾開發(fā)國際種職能斷路器控制器，其主要缺點是采用大規(guī)模集成器件較少，故體積較大，易進入干擾。

　　本文介紹一種新型智能低壓斷路器控制器的設計。主要特點有：a注重模塊化設計，采用大規(guī)模集成器件。不僅縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品性能，而且減少了產(chǎn)品體積，降低了成本;b在實現(xiàn)基本保護功能的同時，增加了預警功能;c才參數(shù)測量上，除了電流、電壓等常規(guī)參數(shù)外，增加了功率因數(shù)及功率測量等，并對參數(shù)進行顯示;d注重產(chǎn)品的可靠性設計;e斷路器帶通信接口，引入CAN現(xiàn)場總線技術。

　　2、支能低壓斷路器控制器設計

　　2.1 總體方案簡介

　　該斷路器控制器的主要包括微處理器、信號采集電路、鍵盤和現(xiàn)實電路、外擴存儲器、溫度檢測電路、輸出執(zhí)行電路和電源等。

　　2.2 微處理器的選擇

　　智能斷路器控制器既要實現(xiàn)各種功能又要有較好的是實時性和電磁兼容性，本期設計用了Dallas公司的DS80C390微處理器。其主要特點有：向下兼容80C52，使用80C51的指令集;高速的體系結構，每個機器周期只有4個時鐘周期，最大系統(tǒng)時鐘頻率可達40Mhz，兼容80C52存儲模式，內含4KB的SRAM，外部擴展4MB的程序存儲器和4MB的用戶數(shù)據(jù)存儲器。內含兩個CAN2.0B的控制口，集成度高。

　　DS80C390有2個串行口、3個定時器/計數(shù)器、7個附加中斷、1個可編程狗定時器、6個8 bit /O口（其中兩個與存儲器接口），還有一個數(shù)據(jù)指針OPRT1。DS80C390有2種封裝形式：68腳的PLCC和64腳的LQFP，本設計選用前者。

　　2.3 信號采集電路

　　常規(guī)信號輸入通道的設計一般先濾波在隔離放大，然后經(jīng)A/D轉換等，但該設計方法難以滿足實時性要求。本設計要求采集3路線電壓和4路相電流信號，而且需要采集的信號范圍很寬，若采用常規(guī)設計則需要很多的A/D轉換通道，故采用了Cirrus Logic公司的電子是電能表芯片CS5460來設計信號輸入通道。

　　（1）CS5460的特點。a高集成。內部繼承了1個可編程的增益放大器，1個帶固定增益放大器的電壓通道，2個可選高通濾波器等;b高精度。轉換精度可達0.1%;c易接口。CS5460是高速A/D器件，缺省狀態(tài)下，瞬時A/D變換頻率可達4kHz。其自帶可編程增益放大器可測量150mV獲 30mV兩城范圍的信號，從而很好地解決了實時性、寬測量范圍及測量精度低等問題。

　　（2）CS5460的硬件設計。電壓電流互感二次側感應電壓值經(jīng)分壓后分別送入CS5460的UIN+、UIN——和IIN+、IIN-引腳。 CS5460有4 個串行口：SDI為串行數(shù)據(jù)輸入口，SDO為串行數(shù)據(jù)輸出口，SCLK為串行時鐘，CS是片選控制線。因為要采集4路電流、3路電壓值，故選用了4片CS5460芯片。并用引腳p4.0、p4.1、p4.2和p4.3輪流選通每片CS5460。當CS=1時，SOD為高阻狀態(tài)，故4片 CS5460的引腳可以直接連在一起。又DS80C390的I/O口可以驅動4個門電路，故4片CS5460的SDI和SCLK引腳分別以線與的形式直接相連。

　　（3）CS5460的軟件設計。本設計中軟件設計的基本程序采用C51編寫。CS5460的初始化和啟動轉換工作由主程序完成。設計要求每 1.25ms在3路電壓、4路電流上個采一點，采用軟件定時中斷方式。每1.25ms系統(tǒng)啟動一次中斷服務程序，完成對各路信號瞬時值的采集，每2s完成一次對各路信號有效值的采集。

　　DS80C390通過SDI、SDO、SCLK和CS信號線與CS5460接口。運用寫操作對CS5460內部各寄存器進行設置;運用讀操作，讀出CS5460內部各狀態(tài)寄存器和輸出結果寄存器的值。

　　2.4 外擴存儲器電路

　　傳統(tǒng)單片機應用系統(tǒng)為一般以微處理器為核心外加必要的芯片組成。但所需外加零散芯片很多時，所得的系統(tǒng)結構將很復雜且不易與更新或修改。所以，本設計采用了PSD934F2芯片。

　　（1）PSD934F2的主要特點。美國WSI公司推出的PSD934F2芯片是專門為8bits微處理器設計的，實現(xiàn)了將多個外圍芯片集成于一個芯片中。其主要特點有：可方便的使用復用和非復用的8