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美國東部時(shí)間2003年8月14日16時(shí)11分，其東北部和加拿大聯(lián)合電網(wǎng)發(fā)生大面積停電事故。負荷損失總計6180萬(wàn)千瓦，停電范圍為9300多平方英里，受影響的居民約5000萬(wàn)人。 這次事件造成了巨大的經(jīng)濟損失和社會(huì )影響，引起了世界各國的普遍關(guān)注。相關(guān)報告表明電網(wǎng)二次系統的配置及其協(xié)調存在明顯缺陷，功能不完善是這次事故爆發(fā)的主要原因之一。眾所周知，繼電保護裝置是電網(wǎng)二次系統重點(diǎn)建設的項目，為此開(kāi)發(fā)了利用GPS定時(shí)模塊來(lái)縮小繼電保護檢測裝置在異地雙端試驗和雙端故障定位等方面的時(shí)間誤差，取得了預期目標。 硬件系統 該系統分為上位機和下位機兩大部分，M12作為定時(shí)模塊接入，其基本的框圖如圖1所示。 上位機是具有一定配置的PC機，AT89C58作為下位機主控CPU與上位機相連接，完成控制數據與信號數據的交互。與AT89C58相連的可以劃分為五個(gè)模塊，它們分別是：DDS(直接頻率合成)模塊，采用AD9852來(lái)實(shí)現；電流電壓輸出模塊，采用TMS320VC5402定點(diǎn)DSP來(lái)實(shí)現；同步定時(shí)模塊，采用M12 GPS接收器來(lái)實(shí)現；開(kāi)入動(dòng)作變化量檢測模塊，采用AT89C2051來(lái)實(shí)現；開(kāi)出動(dòng)作變化量計時(shí)模塊，采用8255定時(shí)器來(lái)實(shí)現。 本文主要介紹作為同步定時(shí)模塊的M12是如何與主控設備完成軟硬件連接，并且協(xié)調工作的。此處硬件的連接是通過(guò)標準異步串口來(lái)完成的，需要指出的是，M12的標準異步串行接口采用的是3V邏輯電平，而主控設備輸出的邏輯電平卻是5V，因此采用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX3370作為邏輯電平轉換模塊，起到銜接的作用；主控設備與M12之間采用模擬串行通信。硬件連接簡(jiǎn)單，主要功能由軟件來(lái)實(shí)現。M12的初始化編程以及定時(shí)數據的采集、比較、反饋的詳細過(guò)程見(jiàn)軟件實(shí)現。 模塊特點(diǎn) M12接入系統如圖2所示。 該系統使用Motorola 公司生產(chǎn)的M21 GPS接收器作為定時(shí)源。M12接收器的并行通道已經(jīng)擴展到12個(gè)，提供碼跟蹤和載波輔助跟蹤，可同時(shí)跟蹤12顆衛星，可串行輸出緯度、經(jīng)度、高度、速度、航向和時(shí)間信息。M12接收器的核心硬件MRFIC1504是基于MMC2003的32位RISC控制器。M12接收器提供2.75～3.2V的電壓，支持逆向差分，可以通過(guò)設置差分基站的方法來(lái)改良定位效果。支持RTCM SC-104(美國海用無(wú)線(xiàn)電技術(shù)委員會(huì ))格式的差分功能，NAEA 0183(美國國家海洋電子學(xué)會(huì ))格式輸出，雙通信串口，用戶(hù)可控制的速度濾波器和一個(gè)天線(xiàn)檢測回路。用戶(hù)還可以選擇使用垂直于電路板或者是平行于電路板的數據/電源連接器�；镜目刂屏鞒倘鐖D3所示。 在主控設備與M12通信過(guò)程中，建議采用其特有的Motorola二進(jìn)制數據與指令格式，通信速率可以保證在9600bps(取決于M12)，而采用NMEA-0183格式時(shí)，通信速率只有4800bps，同時(shí)在初始化GPS時(shí)還需要加入由Motorola二進(jìn)制轉化為NMEA-0183的指令，相比之下較為繁瑣，而Motorola二進(jìn)制是默認通信模式。 在此設計當中，關(guān)鍵的環(huán)節在于兩個(gè)方面，一是M12的初始化，二是主控設備與M12之間采用的模擬串口通信是否可靠。對于M12初始化而言，重點(diǎn)在于理解Motorola二進(jìn)制數據格式的結構，其次是設置初始化時(shí)間。實(shí)時(shí)時(shí)鐘是M12的特征之一，它用于縮小TTFF（捕獲時(shí)間），在主電源被切斷而后備電源工作時(shí)，數據和時(shí)間信息將被存儲在RTC寄存器中。因此存在初始化在GPS鎖定第一顆衛星之前，或是讓讓衛星自動(dòng)搜索兩種初始化時(shí)間信息的方式。實(shí)踐證明，第一種方案得到的TTFF較小，所以建議采用。GPS默認提供的是GMT(格林威治時(shí)間)，因此用戶(hù)需要根據當地的情況設置時(shí)區的偏移量(中國為東8區，+8)。具備以上知識后，就可以從數據包中提取時(shí)間信息。此處選用短位置消息。 @@Hbmdyyhmsffffaaaaoooohhhhmmmm VVvvhhddntssrrvvvvvvC 下面僅僅分析它有關(guān)定時(shí)信息的部分。 實(shí)例如下。 @@Hb021C07D4092D280001121A000000000000 00000000000000000000000000000000000000016088 0000503035463039 轉化成16進(jìn)制的數是021C07D4092D280001，對應的時(shí)間是2.28.2004.9:45:40:0001。 對于模擬串口而言，首先應當明確采用哪一種執行方式。其次，就是選定通信波特率。最后就是確定具體的硬件結構。這里采用起始位為1bit，終止位為1bit，無(wú)奇偶校驗位，波特率為9600，晶振頻率為11.0592MHz。處理流程如圖4所示。 MRXD代表一個(gè)1比特的位地址，它用于檢測串口通信起始位，終止位的有效性；MTXD代表一個(gè)1比特的位地址，它用于發(fā)送串口通信所需的起始位，終止位；CONT代表一個(gè)計數器，用于控制所發(fā)比特的個(gè)數。 源代碼。 PCON EQU 87H HEAD EQU 20H INT_OK BIT 08H ORG 0000H LJMP START ORG 0023h LJMP RECIEVE ORG 0100H START: MOV PSW,#00H MOV SP,#70H MOV TMOD,#20H MOV TH1,#0FAH MOV TL1,#0FAH MOV PCON.#80H SETB EA SETB TR1 SETB ES SETB P1.0 CLR INT_OK MOV SCON,#70H MOV DPTR,#TAB1 MOV R7,#11H SEND1： CLR A MOVC A,@A+DPTR MOV SBUF,A SWAIT1： ；發(fā)送@@Gb數據幀，初始化時(shí)間偏移 JNB TI，SWAIT1 CLR TI INC DPTR DJNZ R7，SEND1 MOV DPTR，#TAB2 MOV R7，#08H SEND2： CLR A MOVC A ，@A+DPTR MOV SBUF,A SWAIT2： ；發(fā)送@@Hb數據幀，啟動(dòng)GPS JNB TI，SWAIT2 CLR TI INC DPTR DJNZ R7，SEND2 MOV R5，#00H STOP_HERE： ；檢測接收到的數據幀是否有效 JNB INT_OK,STOP_HERE MOV DPTR,#TAB3 MOV RO,#65H MOV R7,#03H TIME_1： ；與規定的時(shí)間相比較，相等時(shí)置中斷標志位 CLR A ；不相等時(shí)重新接收 MOVC A ,@A+DPTR MOV @RO,A INC RO INC DPTR DJNZ R7,TIME_1 MOV RO,#36H MOV R1,#65H MOV R7,#03H ACALL CMP CJNE A ,#00H,WAIT CPL P1.0 WAIT： CLR INT_OK AJMP STOP_HERE RECIEVE： ；接收程序，完成接收，校驗，置中斷標志位的功能 PUSH PSW PUSH ACC CLR ES CLR RI MOV PSW,#08H MOV A,SBUF CJNE A ,#40H,STOP RR1： JNB RI,RR1 CLR RI MOV A ,SBUF CJNE A ,#40H,STOP；前兩個(gè)字節若為@@繼續， 否則，跳出 MOV RO,#30H MOV R7,#34H RR2： JNB RI,RR2 CLR RI MOV A ,SBUF MOV @RO,A INC RO DJNZ R7,RR2 MOV RO,#30H MOV R7,#30H ACALL TEST MOV A,@RO CJNE A ,20H,STOP SETB INT_OK；置中斷標志位 STOP： POP ACC POP PSW SETB ES RETI TEST： MOV A,@RO MOV 20H,A INC RO TT1： MOV A,@RO XRL 20H,A INC RO DJNZ R7,TT1 RET CMP： MOV A ,@RO MOV B,A MOV A,@R1 CJNE A ,B,CMP1 INC R0 INC R1 DJNZ R7,CMP MOV A,#00H LJMP CMP3 CMP1： JC CMP2 MOV A,#OFFH LJMP CMP3 CMP2： MOV A,#01H CMP3： RET TAB1： DB 40H,40H,47H,62H,01H,01H,07H,0D4H,0CH,00H,00H,00H,08H, 00H,0D9H,0DH.0AH TAB2： DB 40H,40H,48H,62H,01H,2BH.0DH,0AH TAB3： DB 0BH,10H,01H END 總結 本文主要介紹了如何使用Motorola公司生產(chǎn)的M12 GPS接收器來(lái)完成繼電保護檢測裝置的異地雙端同步試驗，該模塊大大提高了繼電保護測試水平和工作效率，并且有效減少了人為誤差，防止了繼電保護及其安全自動(dòng)裝置的不正確動(dòng)作。 |
