CN100590446C - 一种便携式顺序事件信号发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式顺序事件信号发生器。信号发生器中的主控电路分别与键盘输入电路、液晶显示电路、上位机接口电路、输出缓冲电路相连接，输出缓冲电路与输出校正、放大与隔离电路相连接。本发明能够提供一列时间间隔可任意调节的顺序离散事件信号，主要用于测试离散事件顺序记录系统、跳闸顺序记录和故障录波等设备的分辨率及其可靠性。软件分为主程序、人机接口程序及多种中断程序。本发明可广泛应用于一些重点领域如电力、石油、化工、冶金等工业系统。这些领域大都配备有事件顺序记录系统、跳闸顺序记录系统和故障录波器等设备，本信号发生器用于测试这些设备，确保这些设备的可靠运行。
Description
技术领域
本发明涉及信号发生器，尤其涉及一种便携式顺序事件信号发生器。
背景技术
事件顺序信号分辨率对发电机组等重大设备的故障分析来说是一个非常重要的指标，当机组等重要设备发生故障时，工作人员首先要分析故障信号发生的先后顺序。但是，故障发生的瞬间，会有大量的信号接二连三的产生，当事件顺序分辨率达不到要求是，就无法提供正确的事件顺序信号，给故障的分析判断带来困难。
国内外已有事件顺序信号分辨率测试的有关文献和成果，2005年第11期《电力自动化设备》介绍了安徽电力科学研究院使用FX事件顺序-32信号发生器，对火电机组DCS系统中事件顺序功能及性能进行了全面测试，包括测试方法和测试结果。该装置产生的开关信号，时间间隔可在0.1ms-1s内任意设定，绝对误差≤0.01ms；1999年第8期《华北电力》发表了华东电力试验研究院陈怀的文章“用GPS测试自动化系统的事件顺序时间分辨率”的文章，文章提出采用GPS卫星时钟测试电力系统的事件顺序分辨率和精度，它利用2台GPS卫星时钟的秒脉冲输出信号误差≈1us的原理，这个误差远小于电力系统对事件顺序的1ms精度和分辨率的要求，该方法需要两台或多台GPS装置；1990年第1期《电力系统自动化》发表了山东工业大学曹秉浩的文章“远动装置事件顺序记录分辨率的测试方法”，文章介绍了该方法的测试原理，电气原理图和程序框图，在SC公司的SCADA装置上进行了试验，试验结果表明这种方法是可行的，并测出SC公司远动装置事件顺序分辨率位5ms。1993年四川电力调度局的“电网事件顺序记录分辨率测试系统”获四川省电力工业局科技进步二等奖，该系统利用有源电视同步技术建立相关事件基准。事件顺序测试装置在面板上设定产生信号的时刻，RTV记录事件顺序信号的时间并发送到主站计算机，这样根据主站记录的被测试场站事件顺序时间与设定时间比较，完成分辨率指标的测试。
发明内容
本发明的目的是提供一种便携式顺序事件信号发生器。
便携式顺序事件信号发生器中的主控电路分别与键盘接口电路、液晶显示电路、上位机接口电路、输出缓冲电路相连接，输出缓冲电路与输出校正、放大与隔离电路相连接。
所述的主控电路的内部连接关系为：CPU与看门狗电路、定时器电路、时钟电路、高8位地址接口电路、数据\低8位地址锁存电路、控制信号接口电路、串行接口电路、I2C接口电路相连接，数据\低8位地址锁存电路与数据接口电路、低8位地址接口电路相连接。
所述的键盘接口电路内部连接关系为：I2C接口电路与数据转换电路、键盘扫描电路、键盘阵列相连接，同步电路与I2C接口电路、数据转换电路相连接。
所述的液晶显示电路的连接关系为：液晶显示控制器与数据接口电路、地址接口电路、控制电路、行驱动电路、列驱动电路、字符存储器相连接，LCD显示屏与行驱动电路、列驱动电路连接。
所述的输出校正、放大与隔离电路共有八路，每一路都是相同的，其中一路的连接关系为：第十一集成电路第八引脚与第十一集成电路第四引脚并接后与第十三电阻一端、第十一电阻一端、第十一电位器一端及第十一电位器中间一端相连接，接到正12V电源，第十一集成电路第二引脚与第十一电位器另一端、第十一电容一端、第十一二极管正极相连接，第十一二极管负极作为信号输入端连接到输出缓冲电路。第十一集成电路第六引脚与第十一集成电路第七引脚并接后与第十一电阻另一端、第十二电容一端相连接，第十一电容另一端、第十二电容另一端与正12V电源地端相连，第十一集成电路第五引脚与第十三电容一端相连接，第十一集成电路第一引脚与第十三电容另一端相连接，接到正12V电源地端，第十一集成电路第三引脚与第十二电阻一端相连接，第十二电阻另一端与第一三极管的基极相连接，第一三极管的发射极接到正12V电源地端，第一三极管的集电极与第一光电耦合器输入侧二极管的负极相连，第一光电耦合器输入侧二极管的正极与第十三电阻的另一端相连，第一光电耦合器输出侧光敏三极管的集电极与第一单相整流模块的直流正极端相连，第一光电耦合器输出侧光敏三极管的发射极与第一单相整流模块的直流负极端相连，第一单相整流模块的两个交流端作为输出端连接到输出端子。
本发明精度高，性能稳定，操作方法简单，输出信号可以校准，通过对光电隔离的优化设计，实现了主电路与控制电路的隔离，增强了抗干扰能力，解决了DCS通道的有源或无源接口问题，可作为SOE信号记录装置的分辨率和DCS开关量采集实时性指标测试的计量专用仪器。
本发明具有单通道和多通道两种输出方式。单通道输出时，可任选一个通道作为输出通道，输出一连续的方波信号，方波信号的频率可以在0.1～999.9ms间任意设定；多通道输出时，共有八个通道，八个通道相互独立，通道顺序可以任意组合，通道的时间间隔可以任意设定，时间间隔0.1ms～999.9ms，-0.05ms≤绝对误差≤+0.05ms。
本发明的参数设置可以通过PC机和信号发生器面板两种方式进行，PC机具有专用的上微机软件，且具有记录功能，增加了现场应用的灵活性。
本发明附带有电压源和电流源，电压源的种类有：DC12V，DC24V，DC48V，DC110V，输出电流10mA；电流源输出电流5mA，阻抗＜1kΩ。
本发明具备后备电池，可用于现场无交流电源的场合，当接有交流电源时，后备电池工作于浮冲状态。
附图说明
图1是便携式顺序事件信号发生器电路框图；
图2是本发明的主控电路框图；
图3是本发明的键盘接口电路框图；
图4是本发明的液晶显示电路框图；
图5(a)是本发明的输出缓冲、校正、放大与隔离电路图；
图5(b)是本发明的输出缓冲、校正、放大与隔离电路输入输出波形图；
图6是本发明的软件流程图，图中：(a)主程序流程图，(b)键盘中断子程序流程图，(c)定时器0中断子程序流程图(d)上位机通信中断子程序流程图；
图7是本发明的前面板图；
图8是本发明的后面板图；
图9是本发明的上位机操作界面。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明所述便携式顺序事件(简称SOE)信号发生器的具体实施方式和工作原理：
如图1所示，便携式顺序事件(SOE)信号发生器中的主控电路分别与键盘输入电路、液晶显示电路、上位机接口电路、输出缓冲电路相连接，输出缓冲电路与输出校正、放大与隔离电路相连接。
如图2所示，主控电路的内部连接关系为：CPU与看门狗电路、定时器电路、时钟电路、高8位地址接口电路、数据\低8位地址锁存电路、控制信号接口电路、串行接口电路、I2C接口电路相连接，数据\低8位地址锁存电路与数据接口电路、低8位地址接口电路相连接。CPU芯片通过I2C接收键盘数据，CPU芯片通过串行接口电路接收上位机数据和命令并且发送数据到上位机，CPU芯片通过控制信号接口电路、数据接口电路、数据接口电路与液晶显示电路相连，发送数据和命令到液晶显示电路，CPU芯片与看门狗电路相连，看门狗电路对主程序进行实时监视，防止主程序跑飞，CPU芯片与定时器电路相连，通过定时器产生顺序的离散事件信号，送输出缓冲器。
如图3所示，键盘输入电路内部连接关系为：I2C接口电路与数据转换电路、键盘扫描电路、键盘阵列相连接，同步电路与I2C接口电路、数据转换电路相连接。中央处理芯片CPU与键盘输入电路以I2C方式进行通信。同步电路与I2C接口电路、数据转换电路相连，I2C接口电路、数据转换电路在同步电路的同步脉冲下，协调工作。
如图4所示，液晶显示电路的连接关系为：液晶显示控制器与数据接口电路、地址接口电路、控制电路、行驱动电路、列驱动电路、字符存储器相连接，LCD显示屏与行驱动电路、列驱动电路连接。CPU芯片通过并行接口对LCD点阵式显示模块进行控制。操作者通过键盘和液晶显示模块进行人机对话，设定离散事件的输出模式、输出顺序、输出通道和时间间隔。
如图5所示，输出校正、放大与隔离电路，其中图(a)是电路原理图，图(b)是输入输出波形图。输出校正、放大与隔离电路共有八路，每一路都是相同的，其中一路的连接关系为：第十一集成电路U11第八引脚与第十一集成电路U11第四引脚并接后与第十三电阻R13一端、第十一电阻R11一端、第十一电位器RP11一端及第十一电位器RP11中间一端相连接，接到正12V电源，第十一集成电路U11第二引脚与第十一电位器RP11另一端、第十一电容C11一端、第十一二极管D11正极相连接，第十一二极管D11负极作为信号输入端连接到输出缓冲电路。第十一集成电路U11第六引脚与第十一集成电路U11第七引脚并接后与第十一电阻R11另一端、第十二电容C12一端相连接，第十一电容C11另一端、第十二电容C12另一端与正12V电源地端相连，第十一集成电路U11第五引脚与第十三电容C13一端相连接，第十一集成电路U11第一引脚与第十三电容C13另一端相连接，接到正12V电源地端，第十一集成电路U11第三引脚与第十二电阻R12一端相连接，第十二电阻R12另一端与第一三极管V1的基极相连接，第一三极管V1的发射极接到正12V电源地端，第一三极管V1的集电极与第一光电耦合器OP1输入侧二极管的负极相连，第一光电耦合器OP1输入侧二极管的正极与第十三电阻R13的另一端相连，第一光电耦合器OP1输出侧光敏三极管的集电极与第一单相整流模块N1的直流正极端相连，第一光电耦合器OP1输出侧光敏三极管的发射极与第一单相整流模块N1的直流负极端相连，第一单相整流模块N1的两个交流端作为输出端连接到输出端子。
校正电路是由第十一集成电路U11、第十一电阻R11、第十一电位器RP11、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13，、第十一二极管D11组成的延迟电路，延迟时间Δt由第十一电位器RP11调节，主要对8路输出电路由于参数的分散造成的时间不对称进行调整，通过8路延迟时间Δt的调整，保证8路输出信号在时间上保持一致。放大电路由第一三极管V1、第十二电阻R12、第十三电阻R13构成。隔离电路由第一光电耦合器OP1，第一单相整流模块N1组成，主要用于对信号进行电气上的隔离和去极性，使得对外输出信号为无源、无极性的开关信号，以便外围使用者根据需要接成自己所需要的信号。
本发明还带有四种电压源(直流110V，直流48V，直流24V，直流12V)和两个电流源(两路直流4mA)输出。
如图6所示，软件流程图分为4个子图。其中图(a)为主程序流程图，完成系统的初始化，循环访问看门狗电路，等待终端申请。图(b)为键盘中断服务子程序，完成键盘的扫描，键盘的译码，并根据译码结果转到相应的功能程序段。图(c)为定时器0中断服务子程序，完成输出信号的产生，并送输出信号到输出缓冲电路。图(d)为上位机通信中断服务子程序，完成上位机信息地接收，信息的译码，并根据译码结果转到相应的功能程序段。
便携式顺序事件信(SOE)号发生器工作时，将市电220V交流电源通过后面板(图8)电源接口接入，打开电源开关，系统初始化，自启动，液晶显示屏显示“欢迎使用”。等待进行参数设置和启动运行。这可分为面板操作和上位机界面操作。
面板操作
面板(图7)操作可分为五步，对应有5个功能健：
第一步：〖输出方式〗健。SOE信号发生器通电后，液晶显示屏显示“欢迎使用”，就可进行输出方式设置。第一次按输出方式健为单通道设置，再次按输出方式健则为多通道设置。
第二步：〖通道选择〗健。在输出方式设置之后，可进行通道的选择。按下〖通道选择〗健，显示“通道：”接着就可按数字健。因为系统通道有8个，所以数字健“1～8”有效，其余无效，如果在选择通道时，需要更改设置，可通过“Del”健将前一个设置删除，并重新输入正确的设置。在单通道输出方式时，只能选择一个通道，在多通道输出方式时，可选择1～8个通道。
第三步：〖间隔设置〗健。按下〖间隔设置〗健，显示“间隔x0.1ms”，表示间隔设置的实际值为0.1*面板设置值ms。每个间隔为四位，最大为“9999”，对应实际最大间隔为999.9ms；最小为0.1ms。在设置时，输入不超过4位的十进制数，按确认健，则高精度SOE信号发生器接受这个设置为一个通道设置，当需要修改时，按下Del健，则将前面输入的那个通道设置值清零，再次输入新的通道设置值。在单通道方式时，间隔设置只有一个，而在多通道时，间隔设置最多有7个(对应8个通道)，每个间隔之间自动用空格隔开。
第四步：〖启动〗健。在间隔设置完成后。按下〖启动〗健，高精度SOE信号发生器就按前面设置的参数产生相应的信号输出。
第五步：〖停止/复位〗健。按下〖停止/复位〗健，停止信号输出，系统复位到初始化状态，液晶显示屏显示“欢迎使用”。
上位机操作
便携式顺序事件(SOE)信号发生器可以通过上位机(PC机)对其操作。在上位机操作时除可以完成面板所能完成的所有功能外，还可以对每次测试的数据形成记录、进行保存和打印，以及对保存的纪录重新打开、直接赋值等功能。
首先安装上位机操作软件，然后运行该软件，得到上位机操作界面，如图9所示。在上位机操作界面上，有菜单栏，状态栏和主操作界面。在菜单栏上，有文件、帮助两项。文件项有下拉式子菜单，子菜单中有打开纪录，选择纪录和退出三项。在主操作面中，输出方式选择框，可进行输出方式的选择，有多通道和单通道两种选择。在通道选择框中，可选择需要的通道，有八个通道，选择一个通道，按增加按钮，就会显示在通道选择结果框中，若要删除一个通道，则在通道选择结果框中选择相应的通道，按删除按钮，则将此通道删除。按清空按钮，则清空所有选择的通道。在间隔输入框中，输入1-9999数字，分辨率为0.1ms。按增加按钮，就会显示在间隔选择结果框中，若要删除一个间隔，则在间隔选择结果框中选择相应的间隔，按删除按钮，则将此间隔删除。按清空按钮，则清空所有选择的间隔。设置完成后，按发送按钮，就可将此记录送到事件顺序测试仪，如果通信正常的话，高精度SOE信号发生器就会在液晶显示屏上显示出相应的设置，并返回一个准备好信号，上位机在状态栏中显示：“已准备好，可以启动”信息。
按“启动”按钮，SOE信号发生器就按所设置的记录参数运行。并液晶显示屏上显示“运行..”。停止时，按下“停止”按钮，高精度SOE信号发生器停止运行。
按下“保存”按钮，则将上面的设置参数以记录的形式保存的计算机中。
按下“退出”按钮，则退出系统，返回到Windows操作系统。
缺省设置
1.SOE信号发生器的缺省设置
通讯速率：4800bps；
时间间隔参数：500.0毫秒；
通道顺序：1，2，3，4，5，6，7，8；
2.上位机的缺省设置
通讯速率：4800bps；
串口为COM1。
Claims (5)
1.一种便携式顺序事件信号发生器，其特征在于包括主控电路、键盘接口电路、液晶显示电路、上位机接口电路、输出缓冲电路、输出校正放大与隔离电路；主控电路分别与键盘接口电路、液晶显示电路、上位机接口电路、输出缓冲电路相连，输出缓冲电路与输出校正放大与隔离电路相连；主控电路通过上位机接口电路接收上位机的数据、键盘接口电路接收键盘数据、液晶显示电路在液晶显示屏上显示上位机的数据和键盘数据，根据这些数据产生信号，并通过输出缓冲电路完成输出信号的暂存，通过输出校正放大与隔离电路完成输出信号的放大和隔离。
2.根据权利要求1所述的一种便携式顺序事件信号发生器，其特征在于所述的主控电路的内部连接关系为：CPU与看门狗电路、定时器电路、时钟电路、高8位地址接口电路、数据\低8位地址锁存电路、控制信号接口电路、串行接口电路、I2C接口电路相连接，数据\低8位地址锁存电路与数据接口电路、低8位地址接口电路相连接。
3.根据权利要求1所述的一种便携式顺序事件信号发生器，其特征在于所述的键盘接口电路内部连接关系为：I2C接口电路与数据转换电路连接，数据转换电路与键盘扫描电路连接，键盘扫描电路与键盘阵列相连接，同步电路与I2C接口电路、数据转换电路相连接。
4.根据权利要求1所述的一种便携式顺序事件信号发生器，其特征在于所述的液晶显示电路的连接关系为：液晶显示控制器与数据接口电路、地址接口电路、控制电路、行驱动电路、列驱动电路、字符存储器相连接，LCD显示屏与行驱动电路、列驱动电路连接。
5.根据权利要求1所述的一种便携式顺序事件信号发生器，其特征在于所述的输出校正放大与隔离电路共有八路，每一路都是相同的，其中一路的连接关系为：第十一集成电路(U11)第八引脚与第十一集成电路(U11)第四引脚并接后与第十三电阻(R13)一端、第十一电阻(R11)一端、第十一电位器(RP11)一端及第十一电位器(RP11)中间一端相连接，接到正12V电源，第十一集成电路(U11)第二引脚与第十一电位器(RP11)另一端、第十一电容(C11)一端、第十一二极管(D11)正极相连接，第十一二极管(D11)负极作为信号输入端连接到输出缓冲电路，第十一集成电路(U11)第六引脚与第十一集成电路(U11)第七引脚并接后与第十一电阻(R11)另一端、第十二电容(C12)一端相连接，第十一电容(C11)另一端、第十二电容(C12)另一端与正12V电源地端相连，第十一集成电路(U11)第五引脚与第十三电容(C13)一端相连接，第十一集成电路(U11)第一引脚与第十三电容(C13)另一端相连接，接到正12V电源地端，第十一集成电路(U11)第三引脚与第十二电阻(R12)一端相连接，第十二电阻(R12)另一端与第一三极管(V1)的基极相连接，第一三极管(V1)的发射极接到正12V电源地端，第一三极管(V1)的集电极与第一光电耦合器(OP1)输入侧二极管的负极相连，第一光电耦合器(OP1)输入侧二极管的正极与第十三电阻(R13)的另一端相连，第一光电耦合器(OP1)输出侧光敏三极管的集电极与第一单相整流模块(N1)的直流侧共阴极端相连，第一光电耦合器(OP1)输出侧光敏三极管的发射极与第一单相整流模块(N1)的直流侧共阳极端相连，第一单相整流模块(N1)的两个交流端作为输出端连接到输出端子。
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| DCS系统SOE性能的测试及分析. 刘一福等.电力自动化设备，第25卷第11期. 2005 |
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