1、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,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,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、监控功能（P106）,漏
2、电断路器的工作原理,4、通信功能,5、人机交互功能,6、故障录波功能,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,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,（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,2、中央
3、控制模块常用处理器和外围集成电路芯片,51、AVR、PIC、ARM等,四、开关量输出模块的结构组成(P120),交流固态继电器原理图,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）,MOV P1, #0FFH LOOP：MOV A, P1CPL AJZ LOOPJB ACC.0, K0SJMP LOOPK0:K1:,键盘扫描算法,识别按键的方法,行扫描法 线反转法,线反转法,程序设计,DISPLAY: MOV R0, #79HMOV R3, #20HM
4、OV A, R3 DISP0: MOV DPTR, #4000HMOVX DPTR, AMOV DPTR, #0000HMOV A, R0ADD A, #0EHMOVC A, A+PCMOVX DPTR, AACALL DLYINC R0MOV A, R3JB ACC.0, DISP1RR A,MOV R3, AAJMP DISP0 DISP1: RET DSEG: DB C0H, 0F9H, 0A4H, 0B0H, 99H DSEG1: DB 14H, 04H, 0F8H, 80H, 90H DLY: MOV R7, #02H DLY1: MOV R6, #0FFH DLY2: DJNZ R
5、6, DLY2DJNZ R7, DLY1RET,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。,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,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
6、求 （6）保证监控器稳定、有序并可靠的运行,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？,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。,3、嵌入式系统软件设计模式的应用及程序结构,三、RTOS概念及其在监控器软件中的实现,RTOS (real-time tasking operating system)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
7、统的进 程管理和调度思 想,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。,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,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
8、源不足,得到资源,时间片到,调度选中进入,就绪,等待,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。,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
9、期中执行。,4、任务调度方法和执行过程（P143）,例题：假定在单CPU条件下有下列要执行的任务：,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？,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
10、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 1 2 1 3 4 1 5 3 1 5 1 5 1 5 1 5 1 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 t非抢占式优先级：作业1 作业4 作业3 作业5 作业2,0 10 11 13 18 19 t,RR:,非抢占式优先级:,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,每一个交流周期要全部刷新,（2）短路保护用交流采样数据缓冲区,存放：故障时的波形数据， 故障前一周期波形数据， 故障后一周期波形数据。,（3）保护数据缓冲区（P145）,存放保护数据处理过程中的中间结果、最后结果等数据。,（4）测量数据缓冲区 用于存放各种被测模拟参量处理过程中的数值。,2、历史数据的存放（P146）,
