智能电器监控单元设计（课堂PPT）

第五章智能电器监控单元的设计,本章主要内容和要求：,了解智能监控单元硬件总体结构和功能介绍监控单元中各模块的设计原理任务调度系统的设计思想和基本方法实时数据和历史数据的存放格式,1,5.1智能监控单元的功能及结构组成,一、基本功能,ZW1系列智能型万能式断路器,输入输出接线端子,机械或机电动作机构,智能监控单元,智能监控单元主要功能是：监控和保护,2,具体地：,1、测量和计量功能,替代传统测量仪表，检测线路的电流、电压、功率等,2、保护功能,电参量保护,非电参量保护,电流保护,电压保护,过载、短路延时、差动,过压、欠压失压、反相序,温升、绝缘、环境温度、湿度,3,3、监控功能（P106）,漏电断路器的工作原理,4,4、通信功能,5、人机交互功能,6、故障录波功能,5,二、智能监控单元硬件功能模块的划分,输入、中央控制、开关量输出、通信、人机交互五个模块,6,三、中央控制模块的一般结构和设计方法,1、中央控制模块结构设计步骤,（1）监控单元功能可分为三类：,只完成逻辑和开关量,只完成三分之一的保护和操作功能,全部监控和保护功能,7,（2）根据监控和保护功能确定模块的配置,（3）确定模块的电路结构,主要是处理器性能：速度，CPU位数，寄存器容量，ROM、RAM容量，中断能力，总线驱动能力等。,四种电路结构（P110）,单处理器多芯片结构单处理器单芯片结构单处理器双芯片结构多处理器结构,8,2、中央控制模块常用处理器和外围集成电路芯片,51、AVR、PIC、ARM等,9,10,11,12,13,四、开关量输出模块的结构组成(P120),14,交流固态继电器原理图,15,五、通信模块基本设计要求和设计原则在第7章介绍,六、人机交互模块的设计,1、智能电器人机交互的特点（1）专用（2）小型廉价（3）标准接口,人机交互模块包括：输入（键盘）和输出（显示器）,16,17,MOVP1,#0FFHLOOP：MOVA,P1CPLAJZLOOPJBACC.0,K0SJMPLOOPK0:K1:,键盘扫描算法,18,识别按键的方法,行扫描法线反转法,19,线反转法,20,21,程序设计,DISPLAY:MOVR0,#79HMOVR3,#20HMOVA,R3DISP0:MOVDPTR,#4000HMOVXDPTR,AMOVDPTR,#0000HMOVA,R0ADDA,#0EHMOVCA,A+PCMOVXDPTR,AACALLDLYINCR0MOVA,R3JBACC.0,DISP1RRA,MOVR3,AAJMPDISP0DISP1:RETDSEG:DBC0H,0F9H,0A4H,0B0H,99HDSEG1:DB14H,04H,0F8H,80H,90HDLY:MOVR7,#02HDLY1:MOVR6,#0FFHDLY2:DJNZR6,DLY2DJNZR7,DLY1RET,22,LCD（液晶显示器）耗电低，体积小，有字段型的，也有点阵式的。以SMG12864A为例介绍LCD的使用方法。,23,24,5.2智能监控单元的软件设计,一、智能监控单元软件设计的基本要求二、监控器软件常用的设计模式与适应场合三、RTOS概念及其在监控器软件中的实现四、智能监控单元软件的数据格式设计,25,一、智能监控单元软件设计的基本要求（P135）,（1）满足一次开关电器操作的准确性和快速性（2）具有与后台管理系统交换数据的透明度和程序对用户的开放性（3）良好的人机交互能力（4）软件产品的标准化和可移植（5）满足电器智能化网络运行对其节点设备的要求（6）保证监控器稳定、有序并可靠的运行,26,二、监控器软件常用的设计模式与适应场合,1、进程式设计模式及其应用（整体上表现为单线程的循环结构）,优缺点？,27,2、模块化的前后台操作设计模式及程序结构,前台程序：表现为一个大循环，内含程序转移、查询、子程序调用等。后台程序：包括所有实时性要求较高的程序模块，通常采用中断请求方式处理。,28,3、嵌入式系统软件设计模式的应用及程序结构,29,三、RTOS概念及其在监控器软件中的实现,RTOS(real-timetaskingoperatingsystem)实时多任务操作系统。,智能电器监控器软件实时性提出的要求。,传统的软件设计已不能适应，需用操作系统的进程管理和调度思想,30,1、任务及任务调度的概念任务：完成一项工作的程序及其使用的操作数在处理器中工作的过程。在智能电器监控器中，实现指定功能的模块称为任务。任务调度：按照优先顺序完成任务状态的切换。实时操作系统分为：抢占式任务调度和非抢占式任务调度。,31,2、抢占式任务调度和非抢占式任务调度及其特点,抢占式任务调度需要切换的任务状态有五种：等待态、就绪态、运行态、休眠态、中断态。,删除任务,休眠：任务驻留在程序空间，还没有交给uC/OS-II管理,就绪：任务建立后，进入就绪状态,等待或挂起：等待某一事件发生，或等待延时,32,非抢占式任务调度进程的三个基本状态及转换,执行,完成,提交进入,资源不足,得到资源,时间片到,调度选中进入,就绪,等待,33,1、任务的划分P141,三类：第一类：有严格的时间起点和终点，有执行周期和任务周期。,第二类：没有严格的起始点，但有严格的终止点。,第三类：除上述二类以外的所有任务。,34,2、任务的调度,采用分层、分级调度的策略：,分层：上述三类任务按1、2、3类优先顺序排列。分级：同类任务按其重要性来安排优先级。,任务调度时：时间片轮转与中断相结合策略,3、任务的管理与协调P142,一般都把第I类任务分配到各采样周期，每个周期执行一个第I类任务，其余时间分配给外部任务。其他通过中断触发的内部任务则通过中断套嵌的方式，插入采样任务外的其他各任务的执行周期中执行。,35,4、任务调度方法和执行过程（P143）,36,例题：假定在单CPU条件下有下列要执行的任务：,37,任务到来的时间是按任务编号顺序进行的（即后面任务依次比前一个任务迟到一个时间单位）。链到就绪队列的末尾；然后，把CPU分给就绪队列的首进程。（1）用一个执行时间图描述在下列算法时各自执行这些任务的情况：RR（时间片1）和非抢占式优先级（数大的优先级高）。（2）对于上述每种算法，各个任务的周转时间是多少？平均周转时间是多少？（3）对于上述每种算法，各个任务的带权周转时间是多少？平均带权周转时间是多少？,38,分析：RR算法：系统把所有就绪进程按先入先出的原则排成一个队列。新来的进程加到就绪队列末尾。每当执行进程调度时，进程调度程序总是选出就绪队列的对首进程，让它在CPU上运行一个时间片的时间。当进程用完分给它的时间片后，调度程序便停止该进程的运行，并把它放入就绪队列的末尾。(时间片结束后比较优先级，数大的先运行),RR：,作业1213415315151515111012345678910111213141516171819t非抢占式优先级：作业1作业4作业3作业5作业2,01011131819t,39,RR:,40,非抢占式优先级:,41,四、智能监控单元软件的数据格式设计,1、实时数据的存放,实时数据包括现场的各种被测模拟参量采样值及其处理结果。,（1）计算用交流采样数据缓冲区,每一个交流周