專利名稱：基于交流采樣的can傳輸?shù)娜嚯娏﹄娏鱾鞲衅鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)尤其是機(jī)車電力拖動(dòng)開發(fā)應(yīng)用、工廠自動(dòng)化和各類電機(jī)等領(lǐng)域的控制，具體是基于交流采樣的CAN傳輸?shù)娜嚯娏﹄娏鱾鞲衅鳌?br> 背景技術(shù)：
為了滿足電力系統(tǒng)的要求和保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，必須對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)、控制和監(jiān)視，但一般的測(cè)量和控制裝置不能直接接入一次高壓設(shè)備。在電力系統(tǒng)中，互感器作為一種特殊變壓器，其一次繞組連接高電壓、大電流設(shè)備，二次繞組分別與測(cè)量?jī)x表、保護(hù)裝置等互相連接?；ジ衅鲗⒔涣麟妷汉痛箅娏靼幢壤s小，使一次系統(tǒng)的電壓、電流信息準(zhǔn)確地傳遞到二次側(cè)的相關(guān)檢測(cè)和控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)電到弱電的隔離，保證了二次設(shè)備和人身的安全?；ジ衅髋c測(cè)量?jī)x表和計(jì)量裝置配合，可以測(cè)量一次系統(tǒng)的電壓、 電流和電能；與繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置配合，可以形成對(duì)電網(wǎng)各種故障的電氣保護(hù)和自動(dòng)控制。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電流傳感器顯得越來越重要，由于大電流設(shè)備的等級(jí)不斷提高，傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單的帶鐵心電流互感器難以滿足電力系統(tǒng)的要求。另外，目前的互感器信號(hào)因模擬傳輸?shù)姆绞?、多?jié)點(diǎn)復(fù)雜布線的不足導(dǎo)致互感器可靠性和穩(wěn)定性欠缺，準(zhǔn)確性不夠， 甚至可能引起的保護(hù)控制系統(tǒng)的誤判，導(dǎo)致其已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前復(fù)雜工業(yè)控制環(huán)境的要求。在電力系統(tǒng)尤其是在機(jī)車電力拖動(dòng)開發(fā)應(yīng)用中，往往還要求保護(hù)系統(tǒng)能夠?qū)﹄娏υO(shè)備異常(例如電機(jī)的過流、過載及電路)做出可靠、及時(shí)、有效的保護(hù)。互感器性能的好壞，直接影響到電力系統(tǒng)測(cè)量、計(jì)量的準(zhǔn)確性和繼電器裝置保護(hù)動(dòng)作的可靠性。互感器將電力設(shè)備的大電壓、大電流轉(zhuǎn)換成低電壓低電流后，一般的做法是將轉(zhuǎn)換后的電壓和電流連接到測(cè)量?jī)x表電路，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量、監(jiān)視和控制。在當(dāng)代復(fù)雜的工業(yè)控制中，電力控制的環(huán)境比較惡劣，受監(jiān)控的電力設(shè)備往往不止一個(gè)，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)和保護(hù)的中央控制系統(tǒng)與互感器有一定的通信距離，當(dāng)受控終端增多時(shí)盡量不增加布線難度，傳統(tǒng)的互感器二次側(cè)的信號(hào)與測(cè)量?jī)x表的布線距離不能太長(zhǎng)，否則信號(hào)的由于衰減或受到外部干擾等原因?qū)е聹y(cè)量的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性下降，最終的結(jié)果可能是電力保護(hù)系統(tǒng)失效。而這些不能不說是對(duì)傳統(tǒng)的互感器的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供基于交流采樣的CAN傳輸?shù)娜嚯娏﹄娏鱾鞲衅鳎詽M足現(xiàn)代電力系統(tǒng)控制的要求，實(shí)現(xiàn)可靠傳輸和準(zhǔn)確測(cè)量。本發(fā)明的技術(shù)方案是在包括互感器的系統(tǒng)中，設(shè)置三個(gè)由繞在非磁性材料開口骨架上的空心線圈構(gòu)成的互感器1、互感器2、互感器3 ；三個(gè)互感器分別連接電力系統(tǒng)的三個(gè)相的電流，三個(gè)互感器后接入交流采樣模塊；交流采樣模塊后的三個(gè)相的電壓以及參考電壓均接入STM32微處理器的A/D轉(zhuǎn)換電路，STM32微處理器的A/D轉(zhuǎn)換電路之后順序連接CPU處理器和CAN控制器，CAN收發(fā)器電路與CAN控制器相連接；STM32微處理器與按鍵控制模塊連接。本發(fā)明考慮到數(shù)據(jù)傳輸，故在傳輸前需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣處理。當(dāng)采用直流采樣時(shí)，由于直流采樣時(shí)，整流電路是一個(gè)積分的過程，故采樣的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生延時(shí)。當(dāng)采用交流采樣時(shí)，則能夠?qū)Ρ粶y(cè)量的瞬時(shí)值進(jìn)行采樣，其實(shí)時(shí)性好，相位失真小。同時(shí)為了保證傳輸時(shí)得到可靠、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，采用CAN總線傳輸不失為一種有效地措施。控制器局域網(wǎng) CAN是一種現(xiàn)場(chǎng)總線，它是由德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的C A N通信協(xié)議，已通過I S011898國際標(biāo)準(zhǔn)，用于工業(yè)自動(dòng)化里的各種檢測(cè)與控制。本發(fā)明中，互感器由繞在非磁性材料開口骨架上的空心線圈構(gòu)成。由于空心線圈中沒有鐵磁材料，它不會(huì)因?yàn)楸粶y(cè)電流大而飽和，因而它具有很高的線性度。在這種空心線圈電流互感器中，它的輸出電壓數(shù)值將與母線或匯流排中的原邊電流值成正比。可用于測(cè)量3A到1200A大電流的場(chǎng)合，將該裝置放置在待測(cè)的母線一側(cè)即可，空心線圈輸出的電壓信號(hào)可提高下級(jí)的繼電保護(hù)設(shè)備或其它的監(jiān)控計(jì)測(cè)設(shè)備利用的準(zhǔn)確性?；ジ衅靼凑粘Ｒ?guī)的原理，具有電源、輸入電路、輸出電路，還有環(huán)形鐵氧體感應(yīng)線圈、功率放大電路和阻抗匹配調(diào)整電路，互感器的輸出接到到后處理電路，可廣泛適用于各種需要交流電流傳感器的儀器儀表和控制系統(tǒng)中，與現(xiàn)有的電流傳感器相比，具有成本低，體積小，安裝使用方便，易于調(diào)節(jié)，測(cè)量范圍大，頻率響應(yīng)性和安全性好等顯著優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明中，STM32微控制器主要對(duì)交流采樣后的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，達(dá)到限流報(bào)警的目的，防止過載。再經(jīng)CPU處理，CAN數(shù)據(jù)處理，最后交由CAN收發(fā)器電路，以總線形式將數(shù)據(jù)傳送到終端設(shè)備，傳輸距離可達(dá)1000米。另有一路輸入到STM32微控制器的信號(hào)是參考電壓，主要是用作基準(zhǔn)電壓，從而校正采樣的數(shù)據(jù)。按鍵控制模塊主要用于清零、調(diào)幅。本發(fā)明中，STM32微控制器的外圍電路中，晶振電路模塊、復(fù)位電路模塊、串口通信模塊、工作模式選擇模塊均接入STM32微控制器，電源模塊分別與晶振電路模塊、復(fù)位電路模塊、串口通信模塊、工作模式選擇模塊、STM32微控制器、CAN收發(fā)器電路相連。本發(fā)明達(dá)到有益的效果，實(shí)現(xiàn)了互感數(shù)據(jù)的CAN數(shù)字接口傳輸，著眼于提高電力系統(tǒng)控制領(lǐng)域中互感器的信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴⒎€(wěn)定性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，本發(fā)明的電力系統(tǒng)的傳感器還能夠?qū)Τ唠娏?、電壓進(jìn)行測(cè)量；在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，傳感器的安裝簡(jiǎn)單、方便，傳感器內(nèi)部有開路、短路保護(hù)，使其在實(shí)際應(yīng)用中不易損壞報(bào)廢。


圖1、基于CAN傳輸?shù)娜嚯娏﹄娏鱾鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)框圖；圖2、STM32微控制器外圍電路框圖；圖3、交流采樣原理圖；圖4、CAN收發(fā)器原理圖；圖5、軟件實(shí)現(xiàn)的流程圖；圖6、調(diào)零調(diào)幅中斷流程圖7、CAN總線傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)報(bào)文幀格式具體實(shí)施例方式如圖 1。設(shè)置三個(gè)由繞在非磁性材料開口骨架上的空心線圈構(gòu)成的互感器1、互感器2、互感器3 ；三個(gè)互感器分別連接電力系統(tǒng)的三個(gè)相的電流，三個(gè)互感器后接入交流采樣模塊； 交流采樣模塊后的三個(gè)相的電壓以及參考電壓均接入STM32微處理器的A/D轉(zhuǎn)換電路， STM32微處理器的A/D轉(zhuǎn)換電路之后順序連接CPU處理器和CAN控制器，CAN收發(fā)器電路與 CAN控制器相連接；STM32微處理器與按鍵控制模塊連接。STM32微控制器主要對(duì)交流采樣后的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再經(jīng)CPU數(shù)據(jù)處理，CAN 數(shù)據(jù)打包處理，最后發(fā)送數(shù)據(jù)至終端設(shè)備。圖1中采用的是四輸入的A/D轉(zhuǎn)換，其中的一路輸入是參考電壓的輸入，主要是用作基準(zhǔn)電壓，從而校正采樣的數(shù)據(jù)。STM32微控制器外圍電路框圖見圖2。STM32微控制器的外圍電路中，晶振電路模塊、復(fù)位電路模塊、串口通信模塊、工作模式選擇模塊均接入STM32微控制器，電源模塊分別與晶振電路模塊、復(fù)位電路模塊、串口通信模塊、工作模式選擇模塊、STM32微控制器、CAN 收發(fā)器電路相連。其中晶振電路主要用于驅(qū)動(dòng)微控制器工作；復(fù)位電路，主要是當(dāng)系統(tǒng)死機(jī)時(shí)自動(dòng)復(fù)位；串口通信電路用于對(duì)下載程序；工作模式選擇電路用于選擇適合本設(shè)備的最佳工作方式；交流采樣電路，其采樣后得到的電壓作為STM32微控制器里A/D轉(zhuǎn)換的輸入，根據(jù) A/D轉(zhuǎn)換的值可以算出各相電流的大小，假設(shè)每通道的A/D理論轉(zhuǎn)換值為OxOOOO-OxOFFF， 則
權(quán)利要求
1.基于交流采樣的CAN傳輸?shù)娜嚯娏﹄娏鱾鞲衅?，包含互感器，其特征在于設(shè)置三個(gè)由繞在非磁性材料開口骨架上的空心線圈構(gòu)成的互感器1、互感器2、互感器3 ；三個(gè)互感器分別連接電力系統(tǒng)的三個(gè)相的電流，三個(gè)互感器后接入交流采樣模塊；交流采樣模塊后的三個(gè)相的電壓以及參考電壓均接入STM32微處理器的A/D轉(zhuǎn)換電路，STM32微處理器的 A/D轉(zhuǎn)換電路之后順序連接CPU處理器和CAN控制器，CAN收發(fā)器電路與CAN控制器相連接；STM32微處理器與按鍵控制模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其特征在于STM32微控制器的外圍電路中，晶振電路模塊、復(fù)位電路模塊、串口通信模塊、工作模式選擇模塊均接入STM32微控制器，電源模塊分別與晶振電路模塊、復(fù)位電路模塊、串口通信模塊、工作模式選擇模塊、STM32微控制器、CAN收發(fā)器電路相連。
全文摘要
基于交流采樣的CAN傳輸?shù)娜嚯娏﹄娏鱾鞲衅?，設(shè)置三個(gè)由繞在非磁性材料開口骨架上的空心線圈構(gòu)成的互感器1、互感器2、互感器3；三個(gè)互感器分別連接電力系統(tǒng)的三個(gè)相的電流，三個(gè)互感器后接入交流采樣模塊交流采樣模塊后的三個(gè)相的電壓以及參考電壓均接入STM32微處理器的A/D轉(zhuǎn)換電路，STM32微處理器的A/D轉(zhuǎn)換電路之后順序連接CPU處理器和CAN控制器，CAN收發(fā)器電路與CAN控制器相連接；STM32微處理器與按鍵控制模塊連接。該傳感器實(shí)現(xiàn)了互感數(shù)據(jù)的CAN數(shù)字接口傳輸，提高了電力系統(tǒng)控制領(lǐng)域中互感器的信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴⒎€(wěn)定性和準(zhǔn)確性，傳輸距離可達(dá)1000米，還能夠?qū)Τ唠娏?、電壓進(jìn)行測(cè)量。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該傳感器安裝簡(jiǎn)單、方便，傳感器內(nèi)部有開路、短路保護(hù)，使其在實(shí)際應(yīng)用中不易損壞報(bào)廢。
文檔編號(hào)G08C19/00GK102183687SQ20111004102
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月18日
發(fā)明者何富運(yùn), 劉俊秀, 宋樹祥, 羅曉曙, 閉金杰, 黃一平, 黃守麟 申請(qǐng)人:廣西師范大學(xué)