专利名称：断路器脱扣器的电流采样及有效值确定方法
技术领域：
本发明设计一种用于断路器脱扣器的电流采样及有效值确定方法，尤其涉及一种用于使用单片机进行控制的断路器脱扣器的电流采样及有效值确定方法。
背景技术：
新型的断路器中使用的智能型脱扣器都采用单片机作为控制装置，例如，采用Motorola公司的M68HC08系列单片机。该系列的单片机包括JL8芯片、SR12芯片等，该系列芯片片内集成A/D转换口，可以直接把模拟信号转换为数字信号，整个控制器采用数字电路运算，其特点是运行精度高，抗干扰能力强、外围电路简单、成本低、保密性好、易于小型化。由于使用这种新型的以单片机作为控制装置的智能型脱扣器和传统的脱扣器相比有较大的变化，因此目前缺乏一种能有效地利用该种智能型脱扣器的单片机性能的电流采样及有效值的确定方法。
发明内容
本发明的目的是一种用于使用单片机进行控制的断路器脱扣器的电流采样及有效值确定方法。以充分发挥这种智能型脱扣器的性能。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种断路器脱扣器的电流采样及有效值确定方法，用于使用单片机进行控制的断路器脱扣器，该方法包括以下步骤初始化步骤，至少包括所述单片机的初始化，存储器的初始化和I/O接口的初始化；开启中断；等待中断程序产生中断；如果接收到中断程序产生的中断，则开始运行中断程序，所述中断程序进行电流采样根据采样的信号并确定所述电流的有效值；
结束中断程序的运行；回到所述等待中断产生的步骤。
按照本发明的实施例，其中断程序还可以实现其它的功能，例如所述中断程序还进行参数的设定；所述中断程序还检查是否需要进行通信，如果需要则实现所述脱扣器与上位的控制计算机的通信；所述中断程序还检查是否需要脱扣操作，如果需要则使所述脱扣器进行脱扣动作。
在进行电流采样时，所述中断程序控制电流互感器以第一时间周期对电流进行采样，采样前首先对电流进行整流。对于50HZ电流，较佳的所述第一时间周期为0.5ms。所述中断程序还控制所述电流互感器以第二时间周期对所述电流进行运算，采样的结果使用有效值公式进行转换。对于50HZ的电流，较佳的所述第二时间周期为10ms，在经过20次采样后将采样的结果有效值公式进行转换。
按照本发明的实施例，所述单片机使用多个时钟周期来确定多相电流的有效值。如果所述电流为三相电，所述单片机使用三个连续的时钟周期，每一个时钟周期确定一相的电流有效值。
由于采用了上述技术方案，本发明的断路器脱扣器的电流采样及有效值确定方法能充分发挥单片机的性能。
图1是按照本发明的方法的一个实施例的流程图；图2是对电流进行整流后的电流波形图；图3是对电流进行采样后得到的采样的波形图；图4是对电流进行采样后进行A/D转换的图示。
具体实施例方式
本发明的特征、本质和优点将在下面结合附图和实施例的描述之后变得更加明显。
本发明的方法采用单片机控制流程的方法，对各个控制程序采用中断的方式，以确保电路时钟的精确，采样的时序和主回路的电流频率一致。图1是按照本发明的断路器脱扣器的电流采样及有效值确定方法的一个实施例，该方法包括以下步骤S11.初始化步骤，初始化步骤包括对单片机的初始化，对存储器的初始化和I/O接口的初始化。其中，对单片机的初始化包括设定定时器，设定中断模数寄存器，如，定时器可设定为0.5ms，而中断模数寄存器的值可设定为$01F4。对于存储器的初始化主要是指为RAM存储区的数据设定初值。而I/O接口的初始化主要是设定各个I/O接口的地址映射关系。初始化步骤完成之后，就可以打开中断，进入正式的运行状态。
S12.开启中断。在进行初始化的过程中，为了避免在初始化进程中请求中断而引起单片机的处理混乱，因此在进行初始化的过程中，需要关闭中断，在上述的初始化步骤结束之后，将中断打开，此时就可以通过中断请求来转而运行相应的中断子程序。
S13.等待中断程序产生中断。
S14.如果接收到中断程序产生的中断，则开始运行中断程序，中断子程序可以是实现各种不同功能的子程序，比如，中断程序进行参数的设定；检查是否需要进行通信，如果需要则实现所述脱扣器与上位的控制计算机的通信；检查是否需要脱扣操作，如果需要则使所述脱扣器进行脱扣动作。其中最重要的功能是实现电流采样并根据采样的信号并确定电流的有效值。对于该程序所应用的原理将在下面详细描述。
S15.结束中断程序的运行。在完成中断程序的运行后，从中断退出，返回主程序继续运行。
S16.回到等待中断产生的步骤S13，等待下一个中断请求的产生。
下面详细说明一下进行电流采样以及确定电流有效值的方法。在上述的步骤S14中，最重要的中断程序就是实现电流采样以及计算电流的有效值。中断程序控制电流互感器以第一时间周期对电流进行采样，采样前首先对电流进行整流。图2所示是经过整流后的波形。在图2中，采样的电流是50HZ电流，其周期应该是20ms，经整流后，如图2所示，其周期缩短了一半(即将负半轴的波形转化到正半轴上)，为10ms，图中的Ia、Ib和Ic分别表示三相的电流。此时将第二时间周期定为10ms，即以10ms为周期对采样电流进行运算，由于经过了整流，10ms中总能够采样得到完整的半波的波形。图3中图示了三相电流各自的半波波形的形式，虽然采样点在各自波形中的位置不同，但在10ms的周期内，三相电流都形成了完整的半波波形。图中的Im表示电流的峰值。在上述对半波波形的采样完成之后，还需要在一个波形内进行采样已供数摸转换之用。在该实施例中，中断程序控制电流互感器以第一时间周期对电流进行采样，采样的结果使用A/D转换器进行转换。图4是对电流进行采样后进行A/C转换的图示。同样是针对上述的经整流后的50HZ的电流，其一个半波周期为10ms，在一个半波周期内进行20次采样，因此将第一时间周期定为0.5ms。如图4所示。采样后的20个结果使用有效值公式进行转换。
在采样完毕之后，中断程序还需要进行的工作就是确定该电流的有效值。对于三相电来说，每相采样是独立的通道，三相可以同时采样，每个采样周期电流相位相差60度，波形相同。用一个周期电流的采样值Ii进行平方求和，就可近似得到电流的有效值。对于50HZ的电流来说，经整流后的半波周期为10ms，因此就以10ms为周期，即第二时间周期对电流的有效值进行运算。
I2有效值＝Iin2/m(其中Iin为每次采样的电流平均值，m为采样次数)。
按照本发明的实施例，单片机采用分时计算的方式来分别计算每一相的电流有效值。由于单片机速度有限，在一个定时周期内，同时完成三相电流的计算有可能会使定时中断溢出。所以采样分时计算的方法较为妥当。例如采样个数为m，则前m个定时周期用来实现采样(标号为0至m-1)，在第m个定时周期进行A相电流计算，同时清除A相的采样电流的累加值Iin。在第m+1个定时周期进行B相电流计算，清除B相的采样电流的累加值Iin。在第m+2个定时周期进行c相电流计算，清除C相的采样电流的累加值Iin。
之后再进行电流换算，采样到的电流值I有效值其数值只能反映AD转换的结果，不能直接用于读取电流大小值，要通过换算，对于不同的型号的脱扣器换算公式略有不同，例如一种使用J18芯片的脱扣器的换算公式如下I实际值＝I有效值*1.1其中采样范围为0～282.8A，每个转换结果为8位，每一单位表示电流的256分之一。该种断路器脱扣器的最小采样精度为200*1.414/256，约为1.1A。其中200为最大采样电流值，1.414为峰值转换。
采用了上述的技术方案后，本发明的由于采用了上述技术方案，本发明的断路器脱扣器的电流采样及有效值确定方法能充分发挥单片机的性能，同时，其在总体控制上采取的中断响应的方式还允许其通过使用其它的中断子程序来扩展其功能。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
权利要求
1.一种断路器脱扣器的电流采样及有效值确定方法，用于使用单片机进行控制的断路器脱扣器，该方法包括以下步骤初始化步骤，至少包括所述单片机的初始化，存储器的初始化和I/O接口的初始化；开启中断；等待中断程序产生中断；如果接收到中断程序产生的中断，则开始运行中断程序，所述中断程序进行电流采样根据采样的信号并确定所述电流的有效值；结束中断程序的运行；回到所述等待中断产生的步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中断程序还进行参数的设定。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中断程序还检查是否需要进行通信，如果需要则实现所述脱扣器与上位的控制计算机的通信。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中断程序还检查是否需要脱扣操作，如果需要则使所述脱扣器进行脱扣动作。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中断程序控制电流互感器以第一时间周期对电流进行采样，采样的结果使用A/D转换器进行转换。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述采样的电流是50HZ电流，采样前首先对电流进行全波整流，所述第一时间周期为0.5ms。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中断程序控制所述电流互感器以第二时间周期对所述电流进行运算。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二时间周期为10ms，在经过20次采样后将采样的结果使用有效值公式进行转换。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述单片机使用多个时钟周期来确定多相电流的有效值。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述电流为三相电，所述单片机使用三个连续的时钟周期，每一个时钟周期确定一相的电流有效值。
全文摘要
本发明公开了一种断路器脱扣器的电流采样及有效值确定方法，用于使用单片机进行控制的断路器脱扣器，该方法包括以下步骤初始化步骤，至少包括单片机的初始化，存储器的初始化和I/O接口的初始化；开启中断；等待中断程序产生中断；如果接收到中断程序产生的中断，则开始运行中断程序，中断程序进行电流采样根据采样的信号并确定所述电流的有效值；结束中断程序的运行；回到等待中断产生的步骤。该方法能充分发挥单片机的性能，同时，其在总体控制上采取的中断响应的方式还允许其通过使用其它的中断子程序来扩展其功能。
文档编号H02H3/08GK1667905SQ20041001683
公开日2005年9月14日 申请日期2004年3月10日 优先权日2004年3月10日
发明者陈黎俊 申请人:上海电器科学研究所(集团)有限公司