基于MSP430的直流接地检测系统

正负母线电压检测。正母线、负母线、地线经过“平衡-不平衡”检测电桥后，由电位器对检测点A的电压进行分压，得到便于采集的低压直流信号。正负母线相对于地的电压超过了人体的安全电压，为了减少处理器与检测电桥部分的连接，系统采用压频转换器对分压后的信号进行采集。由于采用了压频转换器，只需要一根信号线，一个光电耦合器件就能够实现母线电压的检测，提高了系统的可靠性和稳定性，简化了系统设计。经过分压后的低压直流信号由电压／频率变换器AD7740转换成频率随输入电压成线性关系的方波信号。该方波信号经过光耦隔离再送处理器，避免母线的高压对操作人员造成伤害。处理器对方波信号测频，并换算成检测点A对应的电压，最后根据3次测得的A点电压及网络结构计算出母线电压和母线绝缘电阻。
64路支路漏电流检。非接触式漏电流传感器送过来的直流感应电压经过8个8选1模拟开关(CD4097)选择，形成8路直流电压信号。为了降低ADC芯片输入阻抗对测量精度的影响，用高输入阻抗的运放对该电压信号进行射随缓冲后送到A／D转换器TLC2543的8个模拟信号输入端。A-DC芯片内部自动进行通道切换，循环采集8个输入端的模拟信号，采集到的数据通过SPI串行通信总线送处理器MSP430F149。
人机交互模块分为LCD显示和矩阵键盘。LCD也为串行SPI接口，与ADC芯片共用一个SPI接口，通过I／O口片选区分。LCD主要用于循环显示当前的正负母线电压，正负母线绝缘电阻，当前的时间，绝缘电阻异常的支路号。键盘采用4个I／O接口对2×2的矩阵键盘进行扫描，用于输入绝缘电阻报警的上下限。母线电压报警的上下限，选择需要查看的存储数据。
处理器模块分为数据存储，实时日历钟，系统复位，系统供电，JTAG调试接口等。当系统的母线电压或者绝缘电阻异常时，仪器将会自动记录当前的母线电压，母线绝缘电阻，异常的支路号和当前的故障发生日期，并将其存储到EEPROM中，以便日后查询使用。实时日历钟芯片用于提供发生故障异常的时间记录来源，并可供日常显示。

3 系统软件设计
本系统采用了MSP430F149处理器作为系统控制中心，在软件设计中利用了该单片机数据存储器大的优点，便于对64路漏电流传感器采集的数据、母线电压和母线绝缘电阻数据进行存储和处理。主程序中首先完成的是各个模块的初始化，主要包括液晶显示器初始化、模拟切换开关初始化、模数转换器初始化。为了确保系统工作的可靠性，系统在上电后首先进行自检，保证系统中的各个部分硬件电路正常后，将会自动进入直流接地检测状态，否则显示自检失败信息提示操作人员。
整个程序的编写均由C语言完成，在程序设计中，采用了结构化程序设计方法，使各个模块程序相对独立，便于程序代码的维护、移植和升级。同时，这样分离式的程序设计，降低了代码的调试难度，缩短了调试周期。将与接地故障信息(如母线电压，母线绝缘电阻，支路绝缘电阻，接地支路号等)密切相关的数据放在一个结构体里，便于掉电存储与回放显示。系统的主程序流程图，如图4所示。

4 实验数据分析
为了达到好的测试效果，A／D采集必须达到一定的测试精度，图5是A／D采集的实测数据和测试误差分析曲线，从图中可以看出，A／D采集的误差约20 mV，属于正常范围，因为系统采用8位A／D，5 V基准电压。这个采样精度满足整体的设计要求。