繼電器控制電路如圖3所示。JDQ1～JDQ4與CPU連接,，三極管QJ11～QJ14的供電電壓是+5V,，三極管QJ1～QJ4的供電電壓是+24V。現(xiàn)以QJ11,，QJ1這路控制電路來說明電路工作原理,，當(dāng)CPU輸出高電平時(shí)三極管QJ11不導(dǎo)通，OUT11不會(huì)輸出電流光藕不會(huì)導(dǎo)通,，JT1也輸出高電平,，QJ1不會(huì)導(dǎo)通繼電器不會(huì)動(dòng)作。當(dāng)CPU輸出低電平時(shí)三極管QJ11導(dǎo)通,，OUT1輸出高電平使光耦導(dǎo)通,， JT1變?yōu)榈碗娖剑龢O管QJ1導(dǎo)通OUT1輸出低電平使繼電器發(fā)生動(dòng)作,。圖3中二極管DJ1～DJ4作為繼電器續(xù)流二極管,。
控制輸出部分可采用機(jī)電式繼電器或固體繼電器。前者價(jià)格便宜,，市場產(chǎn)品豐富,，驅(qū)動(dòng)線路也比較簡單,，但可靠性和使用壽命有限，且在觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生“火花”,，嚴(yán)重時(shí)可影響系統(tǒng)的正常工作,。因此，在PCB板布局時(shí)應(yīng)將繼電器盡量遠(yuǎn)離單片機(jī)并靠近儀表的輸出端口,。另外,，在繼電器線圈兩端應(yīng)并聯(lián)續(xù)流二極管，否則在繼電器線圈斷電瞬間會(huì)產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓,，從而破壞電路,。固態(tài)繼電器具有壽命長、性能穩(wěn)定,，無火花等特點(diǎn),，本產(chǎn)品中考慮到產(chǎn)品的可靠性要求采用固態(tài)繼電器。
1.3 通訊單元
通訊電路如圖4所示,。通訊電路實(shí)現(xiàn)將CPU串口輸出電平轉(zhuǎn)換到RS485電平,。本電路的巧妙之處在于數(shù)據(jù)收發(fā)直接由硬件來控制，不用CPU參與控制,，這樣可以節(jié)省CPU資源簡化程序設(shè)計(jì),。
圖4通訊電路
Fig.4 Communications circuit
1.4 CPU單元
CPU單元是電機(jī)保護(hù)器的核心單元。信號(hào)采集,，各種報(bào)警處理,，通信功能，顯示功能……都是由它來完成的,。本產(chǎn)品采用的CPU芯片是瑞薩公司的H8/3687芯片,，該芯片功能如下：62條基本指令； RTC（片上實(shí)時(shí)時(shí)鐘,，可作為自由運(yùn)算計(jì)數(shù)器使用）,，SCI（異步或者時(shí)鐘同步串行通信接口）2路，1路IIC接口,，8路10位A/D,，８位定時(shí)器２個(gè)（Timer B1,TimerV），16位定時(shí)器１個(gè)（TimerZ）,，看門狗定時(shí)器,，14位PWM，45個(gè)I/O引腳（H8/3687N有43個(gè)I/O引腳）,，包括8個(gè)可直接驅(qū)動(dòng)LED的大電流引腳（IOL=20mA,@VOL=1.5V）,，片上復(fù)位電源POR電路，片上低電壓檢測電路（LVD）,。該芯片有兩種封裝形式：LQFP-64（10mm×10mm）FP-64（14mm×14mm） ,。CPU單元電路如圖5所示,。
圖5 CPU電路
Fig.5 Cpu circuit
因?yàn)锳/D功能，IIC功能,，RTC，定時(shí)器,，看門狗等功能都已經(jīng)集成到芯片內(nèi)部,，所以CPU單元的外圍電路十分簡潔，各引腳只需外接增加端口驅(qū)動(dòng)能力的上拉電阻和穩(wěn)定信號(hào)的濾波電容即可,。
2 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件要完成三相電流,、1路剩余電流、三路電壓A/D,，各種保護(hù)量計(jì)算,，保護(hù)功能判斷處理，顯示電壓,、電流,，故障記錄，按鍵處理,，通訊,，變送等功能。只有合理安排程序流程來完成這些功能,，保護(hù)器才能可靠工作,，。程序流程圖如圖6所示：
圖6 程序流程
Fig.6 Flow chart of software
3 抗干擾措施
電動(dòng)機(jī)保護(hù)器作為保護(hù)電動(dòng)機(jī)裝置要具有很強(qiáng)的抗干擾性,。在本產(chǎn)品軟硬件設(shè)計(jì)過程中采取如下措施提高產(chǎn)品的抗干擾性：1硬件方面：電源部分加EMC濾波器,，高頻變壓器次級(jí)與初級(jí)加高壓電容，輸出部分加濾波電路,；信號(hào)采集部分增加濾波電路,；在作信號(hào)處理的各芯片輸入口處加端口保護(hù)電路；在各芯片電源輸入處加去藕電容,；繼電器兩端并聯(lián)續(xù)流二極管,，加光耦與CPU端口隔離；不使用的CPU端口定義為輸出狀態(tài),；PCB板布局時(shí)模擬部分與數(shù)字部分作分區(qū)處理,，模擬信號(hào)在模擬區(qū)域內(nèi)布線，數(shù)字信號(hào)數(shù)字區(qū)域內(nèi)布線,，二者不進(jìn)入彼此區(qū)域內(nèi),；布線時(shí)盡量加粗電源線與地線，信號(hào)線走線時(shí)走145º線,，不走直角線,；使用CPU內(nèi)部看門狗監(jiān)控程序運(yùn)行,。2軟件方面：各路信號(hào)采集都使用軟件濾波，增加采樣值的準(zhǔn)確性,。通過采取一系列的措施,，產(chǎn)品的抗干擾性能大幅提高，本產(chǎn)品一次性順利通過3C安全認(rèn)證型式試驗(yàn),。
