基于MSP430F149的绝缘子遥测系统设计
系统中数据监测分机的MCU采用TI公司最新推出的MSP430系列超低功耗微处理器MSP430F149，该芯片内部集成了丰富的资源，如高性能12 b A／D、模拟比较器、硬件乘法器、两个串行口、两个16 b脉宽调制定时器、60 KB的低功耗FLASH、2 KB的内部RAM，同时它具有多种低功耗模式，适合于设计片上系统和电池供电的场合。其中硬件乘法器是一个16 b的片内外设，它独立于CPU之外运行，不占用CPU任何时间，适宜于大量运算。系统采用充分利用该芯片内部丰富的资源并运行于低功耗模式、在外围信号调理电路采用低功耗芯片、降低充电管理模块的功耗、GSM通讯模快定期打开等降功耗措施后，使整个分机平均功耗低于3 mA。
3．3 泄漏电流的采集
泄漏电流的变化范围通常从几十微安到几百毫安，且有高频放电脉冲。在干燥且污秽较轻的情况下，泄漏电流通常为几十微安至几毫安；当污秽较重而且天气潮湿时，泄漏电流可达几十毫安；一旦发生闪络时，泄漏电流可达几百微安。
为了对微小的泄漏电流信号进行精确测量，系统采用了TI公司的高精度运放OPA4277，该运放低噪声，输入偏移电压漂移小于0．15μV／℃，开环增益最高可达160 dB，转换速率最高可达2．3 V／ns，满足系统高速循环采样要求。图4为以OPA4277构建的泄漏电流信号调理电路。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/173782.htm
同时，为了能检测出高频放电脉冲，系统根据信号变化的剧烈程度实时调整采样频率。一般由前一周波所得泄漏电流信号幅值和脉冲频次来确定；当信号幅值和脉冲频数较小时，按每周波24点采样，以便降低功耗；而信号幅值和脉冲频数较大时，按每周波96点采样，以便捕捉高频脉冲等瞬变信号。
3．4 串行器件模块电路
E2PROM 分机采集到的数据信息经打包后存入串行E2PROM 24C256中，总共8KB的存储空间用于暂存定期采集的历史数据和录波数据。受容量限制，大量录波数据一般都要求立即发送，以便留出更多空间用于存储历史数据。
时钟电路 选用了DALLAS半导体公司的时钟芯片DSl302。它可以产生秒、分、小时、日、星期、月及年等七个时标，并可以通过编程来读取和修改这些时标。同时该芯片采用双电源供电，以锂电池作为后备电源，保证了时钟电源的可靠性。采用硬件时钟可以不占用单片机的定时器资源，同时减轻了软件设计量。
温湿度模块电路 选用了SENSIRION公司生产的温湿度测量芯片SHT71，该芯片内部集成了一个温度传感器、一个湿度传感器和一个14 b的A／D转换器及一些修正校验电路。通常情况下芯片处于省电模式，当接收到来自CPU的转换命令时，将传感器的输出模拟量经A／D转换成数字量，并由串行数据线输出到CPU。该芯片测量精度高，测量范围宽(湿度：O～100%；温度：一40～+120℃)，体积小，功耗低。以上3种芯片都具有宽电源工作模式，能在3 V电压下工作，降低了系统功耗。图5为串行E2PROM和时钟电路原理图。
3．5 分机的电磁兼容(EMC)设计
分机工作于高压输电线路旁，处于恶劣电磁环境中，常会受到强电磁辐射干扰、静电放电干扰、高频脉冲干扰、电快速瞬变干扰、雷电冲击等。一方面高频噪声干扰叠加在泄漏电流这个微弱信号上给测量带来误差，影响检测效果；另一方面这些干扰和冲击作用在微电子设备上轻则使分机系统紊乱，数据测量错误，导致系统误报警，重则使系统“死机”，甚至使系统硬件损坏。针对不同干扰系统采取了相应措施。为了防止辐射干扰通过信号线进入装置，从集流环到分机的外露信号线全采用双层屏蔽电缆，并使屏蔽层可靠接地，整个分机也被置于一个金属密闭箱中；为了防止雷电冲击等高电压和大电流信号进入装置，在泄漏电流传感器前端并联有避雷器以防高压、串联有可恢复熔断丝以防止大电流信号，并在每个模拟量输入回路均设有瞬变二极管等高电压抑制元件；为了减轻电快速瞬变干扰对装置的影响，提高系统的抗共模、差模干扰能力，在泄漏电流输入回路的前端设有共、差模扼流圈及吸收电容等，使装置抗快速瞬变干扰能力达到了四级标准，共、差模扼流圈如图6所示；采用硬件看门狗及非法指令中断、对重要数据如定值等采用多重备份等措施，保证了分机常年免维护正常运行。
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