语音播报在微机继电保护中的应用

1、摘要21系统主要原理及构成32系统主要硬件组成32.1凌阳16位单片机(spce061a)介绍42.2数据采集单元52. 3显示及语咅播报控制63软件设计63. 1软件开发环境732软件系统结构74结束语85参考文献9语音播报在微机继电保护中的应用苏婿婿指导老师：李春兰新曬农业大学机械交通学院电气112班113736222摘要：介绍一种将单片机的语咅播报功能应用在微机继电保护研究的 方法，采用双cpu的硬件、软件结构，阐述了原理和设计方案。硬件 组成主要以两片spce061a单片机为核心，分别控制数据采集处理和 显示、语音播报等功能，软件主要采用ide集成开发环境，用c语言 和汇编语言实现功能

2、。关键词：微机继电保护spce061a语音播报the application of speech broadcast inmicrocomputer relay protectiongsujingjingxinjiang agricultural university institute of mechanical transport electrical 112 classabstract:the method which makes use of the speech broadcast function of sunplus single chip in microcomputer re

3、lay protection research is introduced. the principle and design plan are explained on hardware and software adopting double cpu the hardware takes two pieces of spce061a as the central processors, which control collect and processing of the date, the dis- play, speech broadcast and other functions-

4、on the software, we choose the c and assemble language to realize the function, using the ide integrated developing circumstance exploited by sunplus company.keywords: microcomputer relay protection spce061a speech broadcast微机继电保护系统是20世纪90年代初开始在我国电网中逐步得到应 用的，随着计算机、网络、通信技术的飞速发展，电力系统信息管理自动 化水平逐步提高，极大地

5、促进了微机继电保护系统的发展，其保护功能日 趋完善，速度和可靠性越来越高。这对继电保护硬件速度和处理能力的要 求也越来越髙，传统的8位单片机暴露出各种弊端，越来越不适应实际工 作的要求，因而目前人们主要把精力放在16位和32位高速度、高性能的 单片机的研究上，同时如何使工作中控制操作更加人性化也是研究者需要 精心考虑的一个重要因素。针对这些情况，提出了一种将凌阳16位单片 机(spce061a)应用到微机继电保护中的新方案。可以应用此方案对所需 电压和电流值进行数据采集分析，并对其语音播报，还可以就界常情况语 音报瞥提示。1系统主要原理及构成主要系统原理图如图1所示。为了满足继电保护的实时性要

6、求，系统 采用双cpu结构，主处理器采用一片凌阳16位单片机(spce061a),将处 理过的电力系统的模拟信号通过前置低通滤波电 路，采样保持电路，多 路转换开关，最后转换成单片机所需的电压信号，再将釆集的数据进行a/d 转换输入后通过软件编程对数据进行各种计算处理，另一片处理器则负责 完成显示、按键和语音播报等功能。图1.系统原理图2系统主要硬件组成2.1凌阳16位单片机（spce061a）介绍凌阳16位单片机（spce061a）的cpu内核 采用凌阳最新推出的 u ' nsp （ microcontrol ler and signal processor） 16 位微处理器芯片（

7、以 下简称nsp），内部采用总线结构，因而减少了各功能 部件之间的连 线，提高了其可靠性和抗干扰能力，而且易于扩展。同时具有较高运算速 度的16位的乘法运算指令和内积运算指令，为其应用增添了 dsp功能， 运用在复杂的数字信号处理方面既很便利又比专用的dsp芯片廉价。再者 其指令系统的指令格式紧凑、执行迅速，并且其指令结构提供了对高级语 言的支持，这可以大大缩短产品的开发时间。另外它还能在低电压供电时 正常工作，且能用电池供电，非常方便。spce061a的结构图如图2所示， 具体性能如下：一是16位，u' sp"微处理器。二是工作电压（cpu） % 为 2.436v, （i/

8、o） iu为 2.455v。三是 cpu 时钟：0 32 49. 152mhz。 四是内置2kb sram, 32kb flash。五是可编程音频处理。六是系统处于备 用状态下（时钟处于停止状态），耗电仅为2uao七是2个16位可编程定 时器/计数器（可自动预置初始计数值）。八是2个10位dac （数-模转换） 输出通道。九是32位通用 可编程输人/输出端口。十是14个中断源可来 自定时器a/b时基，2个外部时钟源输人，具备触键唤醒的功能。十一是 锁相环pi丄振荡器提供系统时钟信号，32768hz实吋时钟。十二是7通道 10位电压模-数转换器（adc）和单通道声音模-数转换器。十三是声音模-

9、数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增 益控制（agc）功能。十四 是具备串行设备接口。十五是具有低电压复位（lur）功能和低电压监测（lvd） 功能。十六是内置在线仿真电路ice （in-circuit emulator）接口。十七是具 有保密能力,watchdog功能。图2 spce061a的结构图2. 2数据采集单元数据采集单元如图1中所示，主要是由低通滤 波电路、采样保持电 路、多路开关电路和模-数转 换（a/d）部分组成。电力系统被保护对象 的原始模拟量的数值一般都非常大，为保证设备和人身安全，一般需先 经过tv（电压互感器）、ta （电流互感器）降低到100v或5a等较低的数 量

10、级。这个数值仍远远超过微机保护所要求的输入电压范围，故需要将 信号进一步降低和转换。输入转换单元将来自tv和ta的交流电量降低, 并将电流童转换成电压量。之后将模拟信号通过低通滤波电路，滤除高 频分量，这里采用常用的二阶有源低通滤波电路如图3所示，结构简单, 而凌阳单片机的a/d转换器输人电压大约在1. 25 - 3. 75v之间，而电网 上的交流信号具有正负性，所以还通过一个加法器电路加上一个直流偏 置以抬高电位，以满足单片机的要求。图3低通滤波电路为将连续的模拟信号转换成计算机便于接受的数字信号，首先要将滤波 后的连续信号变换成离散信号，又要求电压和电流的采样值在a/d转换期 间保持输出不

11、变，必须要将采样值保持一段时间，通常可采用lf398和电 阻电容构成的采样保持电路以达到目的。再通过一个多路开关将多路离散 量由一个a/d转换器转换成数字置，可以节省费用。2. 3显示及语音播报控制为了满足实时性的要求，第一片spce061a主要通过软件编程处理数 据，第二片将处理后的数据输出显示，并按要求选择语音播报的方式，这 里需要做一些准备工作。利用spce061a型单片机的ioa 口的其中三路输 出作为液晶显示的控制线，iob 口的八路信号作为液晶显示的数据线。 凌阳单 片机的a/d通道中有一路通道（mic _ in）用于 语音输人，可以事 先设置好控制位，把p_ adc _ ctrl

12、 （写）（黎701511）单元的第0位ade 设为“1”，第1位mic_enb设为” 0”，从而启动a/d和mic in通道（供 电复位之后，vmic预设被打开），将所需播报的语音信息通过麦克风输入 到单片机经过a/d转换后生成wave文件，但占用的存储空间很大，而凌 阳spce061a提出了解决的办法，即sacm_lib,该库将很大，而凌阳spce061a 提出了解决 的方法，即sacm-lib,该库将a/d、编码、解码、存储及d/a 做成相应的模块，对于每个模块都有其应用程序接口 api,所以只需了解每 个模块所要实现的功能及其参数的内容，然后调用该api函数即可实现该 功能。可提前将所需

13、的数字语音信号“广9”，故障报警信号等语音文件存 储在sram中节省单片机的空间，语音处理的流程图 如图4所示。图4语言处理流程图同时，还可以通过硬盘设置两种模式，即自动模式和手动模式，可 以定时播报线路的电流、电压状况，即使工作人员不方便观察显示数据, 也可以通过语音播报功能了解线路状况是否良好。在手动模式下，工作 人员在按键时才能听到播报的情况。但是故障时两种方式都会自动发出 语音警示信号。由于凌阳单片机述具有语音识别功能，述可以进一步编 程实现语音控制方式。3软件设计3.1软件开发坏境凌阳单片机有专门的u' nsplde集成开发环 境，集程序的编辑、编 译、链接、调试以及仿真等

14、功能为一体。具有友好的交互界而、下拉菜 单、快 捷键和快速访问命令列表等，使编程、调试工作方 便且髙效。 此外，还支持c语言和汇编语言开发，使用非常方便，它的软件仿真功 能可以在不连接仿真板的情况下模拟硬件的各项功能来调试程序。 p' nsi)t"集成开发环塊如图5所示。图5 u -nspt u集成开发环境uxau3. 2软件系统结构系统功能由两片spce061a来分工实现，软 件主要流程如图6所示，第 一片主要任务是数据处理，系统上电后首先初始化，然后进行数据采集 和a/d转换工作，完成对数据的计算处理，另一片 上电后会判断按键选 择的模式，决定是调用定时播报子程序还是手动

15、播报程序，同时将处理 后的数据 通过显示器显示出来，检査故障情况，如果发生故 障会语音播 报故障警示，如果安全则重新进行数据采集。图6系统主要流程4结束语伴随微电子技术、计算机技术的不断发展，也 促进了微机继电保护装 置性能进一步提高，更加计算机化、智能化是继电保护技术发展的趋势， 本文 提出的将单片机控制的语音技术用于微机继电保护 辅助控制，有一 定的实用价值，能使保护性能更加 完善、可靠，操作更简易方便。在微机保护算法方面，本文只是对一些常用算法作了归纳，提出较适 用本系统的保护算法。近年来，人工智能技术如自适应控制、神经网络、 遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用， 在继电保护领域应用的研究也开始，将这些人工智能方法与微机保护算 法适当结合可使算法速度更快。可以预见，人工智能技术在继电保护领 域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的问题，希望在以后的工 作中加以研究。5参考文献1王丁，王斌，陆启帅.凌阳单片机在微机继电保护中的应用j.中国电力教 育,2005, 82:79-82.2张向艳凌阳十六位单片机（一）.电子制作,2003, 09:25-27.3张向艳凌阳十六位单片机（二