军 董海鹰

     来源：《电子技术应用》

     摘要：给出了以avr微控制器为核心的电力机车智能辅保系统的设计方案，并介绍了系统硬件及软件的具体实现方法。

     关键词：智能辅保系统

     avr微控制器 硬件 软件

     电气机车辅助系统中有劈相机、空气压缩机、通风机及制动风机等各种类型的电机。运行中为了防止出现短路、过流等异常情况而烧毁电机，通常配置辅助保护系统，起到及时监测电机故障并加以处理的作用。目前电力机车上安装的辅保系统都是模拟电路装置，系统硬件复杂，又不方便司机使用和维修。因此，设计一种实时性高、性能可靠的智能辅保系统替代原有的模拟电路装置势在必行。本文将介绍笔者开发的用于韶山型电力机车的智能辅助保护系统的设计及实现。

     1 系统的主要功能与设计思想

     1.1 系统的主要功能

     （1）辅机保护功能，即在机车运行过程中，对辅助系统内的各电机出现的短路故障能及时给出故障状态显示，在规定的持续时间内，故障若不消失，对该电机能够实现二次保护控制。

     （2）机车辅助系统内的各电机若出现了过流或单相故障，能及时给出相应故障状态显示。在规定的过流或单相故障持续时间内，检测其故障是否消失，如果故障一直未消失消失，对该电机进行一次保护控制。

     （3）在对电机一次保护后的规定时间内，若电机故障仍然未消除，则立即控制主接触器断开，实现对该电机的二次保护控制。

     （4）辅助系统的劈相电机出现启动电阻甩不开的故障时，能够控制主接触器断开，以实现对该电机的二次保护。

     （5）在启动辅助系统各电机之前，能够进行检查系统状态显示、输出控制等功能的实验，确保系统硬件电路安全性及可靠性。

     （6）对辅助系统各电机进行实时故障检测的各故障持续的延时时间可以根据实际情况进行相应调整，但不影响系统功能。

     1.2 系统的设计思想

     以高档微控制器为核心构成智能化辅保系统，符合电力机车发展的方向，既可充分发挥软件的功能，又能简化硬件构成，无论在功能上还是在可靠性及安全性上，都可完全替代目前广泛使用的模拟电路辅保装置。

     1.2.1 系统的微控制器芯片at90s8535

     美国atmel公司推出的90系列单片机是增强risc内载flash的高性能八位单片机，通称为avr单片要同[1～2]，设计上采用低功耗cmos技术，而且在软件上有效支持c高级(用iar系统的icc90c编译器编译)及汇编语言（用avr汇编器编译）。

     其中，at90s8535是功能较强的一种型号，它有40引脚pdip和44引脚plcc、tqfp等多种封装形式，具有以下主要特征：

     （1）其片内带有一个8通道的a/d转换器及一个模拟比较器。

     （2）两个带预分频及比较模式的8位定时器/计数器t/c0、t/c1；一个16位的带预分频及比较模式、捕获模式及双工8位、9位或10位的pwm输出的定时器/计数器t/c1；而且定时器/计数器t/c2可作为带单独晶振的rtc使用。

     （3）32条通用i/o线及32个通用8位寄存器r0～r31，64个i/o专用寄存器。

     （4）片内有8k字节可下载的flash存储器，程序下载采用其spi串行接口，使用寿命为1000次。

     （5）有512字节的eeprom（使用寿命为10万次）及512字节的内部sram。

     （6）带片内晶振器的可编程看门狗定时器；并有三种可通过软件选择的电源节电模式；闲置模式、掉电模式及省电模式。

     （7）供电电压vcc为4.0～6.0v，可以全静态工作，范围为0～8mhz；具有118条功能强大的指令，大多数执行时间为单时钟周期，指令周期最短仅为125ns。