发布时间 : 星期一 文章低压断路器智能化控制技术研究更新完毕开始阅读5d571420dd36a32d737581ef
系统，而且设备简单、价格低廉。
设计中，综合考虑技术、成本、应用环境等因素，采用RS-485通信接口，半双工、串行通信方式，波特率为9600(即每秒传输9600个码元)。分机和分机之问不能通信，也不能主动向主机发请求信号，只能应答主机的询问。数据通信系统是一点（主机）对多点（各分机）的通信，共用一条通信线路（总线)。主机发给各分机的信号、各分机的应答信号）均在共用线路上传输。串行通信接口是智能控制器单元与上位机进行数据交换的通道，智能控制器单元通过它向上位机发送各种，同时接收上位机的各种指令。单片机通过MAX485芯片，将信号转换为RS-485信号，使单片机既能与手持编程器进行485通汛，又可外加RS-485转换RS-232的芯片，与PC进行232通讯。
第三节 用户界面
在智能化设备中，不仅要实现自动控制，还要能把信息传递给操作人员，并且接受外部输入并做出响应。此系统中用户操作界面，主要包括键盘和指示灯的管理电路以及数码管显示电路。良好的用户界面是人机对话所不可缺少的，灵活的键盘管理及直观的信息显示将给用户提供极大的便利。智能控制器采用数码显示、发光管指示方式对各种状态和数值进行指示和显示，同时采用按键方式进行整定、试验、检测等。曾考虑采用液晶方案，但考虑目前国产液晶特性在工业恶劣条件下不太稳定，液晶显示在高温和振动情况下容易损坏，特别是在部分现场环境较暗时，控制器是否正常运行不便监察。采用BC7281显示驱动数据管LED，以动态扫描方式显示，解决了耗能多的问题，显示读数直观、清晰，给用户操作使用带来了很大方便。
3.3.1 显示和键盘控制芯片BC7281
BC7281芯片是16位LED数码管显示及键盘接口专用控制芯片。通过外接移位寄存器，最多可以控带t]16位数码管显示或128只独立的LED。BC7281的驱动输出极性及输出时序均为软件可控，从而可以和各种驱动电路配合，适用于任何尺寸的数码管。串行接口数据宽度为8位，两个字节为一组构成一条完整的指令，第一个字节为命令字节，第二个字节为数据字节，在传送时高位MSB在前，串行接口数据结构如下：
数据字节 指令字节 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 Dl D0 R/W 0 0 a4 a3 a2 al a0 d7 d6 d5 d4 d3 d2 dl D0 a4指令字节中R/W为读写控制，当R/W=0时，由单片机I句BC7281的内部寄存器内写入
数据；当R/W=1时，单片机读出BC7281内部寄存器的数据。a0-a4为目标寄存器的地址，其范围为00H一19H。数据字节即写入或从寄存器读出的数据，写入指令(R/W=0)时，数据由单片机传向BC7281；读出指令(R/W=1)时，数据由BC728l传向单片机。
BC7281各位可独立按不同的译码方式译码或习i译码显示。译码方式显示时小数点不受译码影响使，使用方便，各显示位可以独立地控制闪烁属性，BC7281内部还具有一闪烁速度控制寄存器，使用者可随时改变闪烁频率。译码方式除了常用的BCD译码等2种方式外，还有专用于光柱显示的光柱译码方式，只要送一个字节就可以完成光柱显示的控制。128段被分成2个各自独立的64段光柱，可以分别控制。另外128个显示段同时被分配了128个地址利，用段寻址功能可以独立地控制每一个段，便于使用独立的LED。
BC7281芯片可以连接最多64键(8×8)的键盘矩阵，内部具有去抖动功能，键盘为互锁式，扫描到的键值将被锁存在内部的锁存器内直至被读出。BC7281采用高速二线接口与CPU进行通讯，只占用很少的口线资源和CPU时间。
位驱动输出适合连接共阳式的数码管，虽然位驱动本身具有一定的驱动能力，但为了保证足够的显示亮度，应该另加以外部驱动电路。外部驱动电路比较简单，只需要8只NPN型三极管既可，三极管接成射极跟随器形式，因此基极无需限流电阻。
BC728l需要外接移位寄存器构成段驱动电路。送出的数据共16位，发送的顺序是高位在前，其中前8位为第8—15位显示的段驱动数据，后8位为第0—7位显示的段驱动数据。对于8位以内的显示系统，只需要接入对应位的一片8位的移位寄存器，而对于多于8位的显示系统，则需要2片8位移位寄存器或一片16位的移位寄存器。由于BC7281的段驱动数据输出极性及移位脉冲的时序均可调，因此可以适应与各种各样的移位寄存器相连。移位脉冲有两种模式，分别是164模式和的5模式，164模式为普通的移位寄存模式，每五位数据对应着一个移位脉冲；而595模式适应于像74595等内部有二级缓存触发器的移位寄存器，使用时将二级触发器的锁存时钟与～级锁存(移位寄存器)的时钟并联在SCLK上，这样二级锁存器与移位寄存器同步更新但其内容比移位寄存器滞后一个脉冲，在595模式下，SCLK在最后一个脉冲后，还会输出一额外的脉冲，这样数据便可以正确地锁存到二级缓存中。
BC7281的段驱动数据的输出极性可以由软件控制，这样使用者可以灵活地使用各种外围驱动电路。BC7281缺省的工作模式是164模式、不反相输出，也就是说，输出的段驱动数据中，点亮的段对应的数据为“0”。如果电路中在移位寄存器的后面又使用了反相输出的驱动器，或者使用的是反相输出的移位寄存器，则需要将BC7281的工作模式置为反相模式(INV=1)。INV位所影响的只是段驱动数据的极性，而对键盘扫描的极性没有影响，因此如果使用了反相输出的驱动器，而同时又使用键盘的话，键盘矩阵必须连
接在反相驱动器之前。
BC7281的矩阵键盘最多可以连接64个按键，按8*8矩阵排列，矩阵的“行”连接到BC7281的位驱动DIG0—DIG7，矩阵的“列”连接到第0-7位显示的段驱动移位寄存器的输出，为了防止对显示部分的影响，键盘矩阵与显示电路之间必须加入4.7K的隔离电阻。当使用BC7281的键盘功能时，DIG0—DIG7上应该加以100K的下拉电阻，且8根引脚必须都接，即使所用到的键比较少时，也不能将其中未连接键盘的引脚上的下拉电阻省略。
3．3．2 显示和键盘电路的设计
系统通过键盘显示管理芯片BC7281，利用3个信号线与CPU相连，便完成了主要的面板显示和按键操作，采用数码管和LED发光二极管循环显示电路运行参数及故障状态下的故障电流和指示故障类型。
BC7281与单片机之间通讯采用2线高速串行接口，二根连线分别是数据DAT和同步时钟线CLK，其中DAT为双向数据传输线，BC7281既用该线从单片机接收数据，也用该线向单片机发送数据。BC7281的DAT引脚为漏极丌路输出(0PEN DRAIN)结构，使用时需要在该线上加有效。
(1) 外部振荡电路设计
BC7281采用外接的RC振荡电路为显示和键盘扫描提供时钟驱动，外接元件采用典型参数为
，
。在
的情况下，振荡电路的典型振荡频率为4．5MHz。
左右的电阻，CLK引脚为串行接口的同步时钟，由单片机控制，下降沿
由于C8051是高速芯片，可相应的修改参数以提高BC7281的振荡频率。BC7281的CLK0端为内部振荡电路的输出端，此脚悬空。在电路板布线时，振荡电路的元件尽可能地靠近BC7281芯片，并使连线最短。 (2) 复位电路的设计
BC7281的复位端为RST，因为BC7281的内部有上电复位电路，因此在一般情况下不需要特殊的复位电路，只需将RST引脚直接连接到Vcc端就可以了。如果需要外部的复位电路，可按图3．7的接法。RST上的复位脉冲的最小宽度为20口S，复位电路中电阻R的阻值不能超过40Kf2。本系统要解决单片机与BC7281同时复位的问题，因此直接由单片机的I/O控制BC7281的复位。BC7281的复位过程大约需要20mS的时间，也即RST为高电平约20mS后，BC7281才开始工作。 (3) 与单片机的接口电路
BC7281与单片机的接口共需要四根线，数据线DAT、时钟线CLK和按键指示其中CLK和
及
及
，
引脚分别为输入和输出引脚，而DAT脚则为双向口，其内部为OPEN
DRAIN结构，需要外接
的上拉电阻，以使其能可靠地输出高电平。
图3.5 BC7281的复位电路
(4) 键盘的设计
BC7281的键盘内部具有去抖动功能，不需要设计外部消抖电路，因此使用比较方便。系统有5个按键，分别为功能键、上键、下键、确认键及返回键，由于上键和下键在设置参数时要求能够连续修改参数，而BC7281的键盘为互锁式，因此这两个键由单片机单独控制。功能键、确认键及返回键由BC7281的键盘矩阵生成。矩阵的“行”连接到BC7281的位驱动上，矩阵的“列”连接到段驱动的移位寄存器的输出，为了不影响显示部分，键盘矩阵与显示电路之间加入了4.7KQ。位驱动DIG0一DIG7上应该加以100K的下拉电阻，且8根引脚必须都接，即使系统只使用了其中的3个位驱动。BC7281的扩展如图3.6。
图3.6 BC7281的扩展
在正常运行状态下，用户使用控制器面板上的键盘或者上位机和编程器的通讯可进行定位显示、参数设置调整、试验、存储、复位等各项操作。通过数码管显示电路运行参数、LED指示电路运行状态。
第四节 系统时钟的设计
智能控制器故障时钟功能，用于记录故障发生的时刻，可汜录故障发生的年、月、同、时、分、秒，需由一时钟电路给系统提供时钟信号。系统采用DALLAS公司的DSl302涓流充电时钟保持芯片，为系统提供时间标准，也可用于定时。传统的时钟芯片主要有MC68HC68T、MCl46818、LM8365等，这些器件引脚数较多、体积大、占用口线较多，故本系统采用串行时钟芯片DSl302。实时时钟芯片DSl302采用串行通讯方式，只需三条线即可与单片机通讯，同时体积仅仅是上述时钟芯片的1/4，且片内均含RAM，可增加系统的RAM。对于停电时只需对时钟电路单独供电的系统，该芯片具有备用电池充电和切换管理功能。
DS1302虽没有采取光电隔离，但由于读写靠时序控制，且具有写保护位，抗干扰效果明显，日历及RAM中的数据不再改变。同时体积小，连线少，外围只有-32768Hz晶振，使用灵活，DSl302T作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于lmW。与单片机的接