电机设计论文大全11篇

绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇电机设计论文范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。

篇（1）

直流电源后备系统是各类电厂、变电站、电站等必备的。其主要功能是作为主电源的替代电源，当主电源突然中断后，给关键主控设备、故障监测系统、故障保护系统等提供动力电。它可以包括多个蓄电池组，每组可有多达一百多只铅酸或其它种类的蓄电池，容量可达2000安时以上。

成套的无人值守、免维护直流电源系统由蓄电池组、充电浮充电装置、电池监测(容量及电压)装置、绝缘监测装置、交流监测装置、硅链调压装置、一系列遥控开关、保护子系统以及将这些装置连接成一个整体的工业通信网络和中央控制器组成。上述装置(除中央控制器之外)均可有多套。通信网络采用RS485接口，为了提高现场抗干扰的能力，RS485接口应采用带光隔离型的，也可采用工业现场总线如CAN总线、LonWorks等。中央控制器具有带汉字液晶显示的人机接口，一方面能通过通信网络与各子系统(装置)进行双向通信，取得其运行的实时数据，并对这些设备进行遥控、遥调；另一方面还与电站综合自动化系统相连，将整个直流系统的信息传递至这些更高层的系统。系统结构图如图1所示。

在这些装置中，充电浮充电装置(即智能充电机)无疑占据极其重要的地位，其作用在于提供智能充放电流程控制，自动补充蓄电池因事故放电和合闸操作而损耗的电能，从而使蓄电池组始终处于最佳的蓄能状态，保证直流后备电源系统的可靠性。

1蓄电池充放电控制流程及智能充电机的功能设计

直流电源系统中的蓄电池在系统运行过程中可能会遇到各种运行状态，如交流中断导致的放电，以及长时间运行过程中由于内部化学反应而造成的自放电损失等。为了保证电池的容量，必须以一定的控制流程对蓄电池进行充电控制。

图2是原电力部负责组织制定的微机控制直流电源系统运行程序的示波图。从图中可知，铅酸蓄电池的充电流程由以下几个部分组成：

(1)启动阶段

为了避免电压突变对电池造成冲击，上电时，充电电压必须平滑地上升，在十几秒钟以后达到给定值。此阶段称为软启动阶段，充电机应该实现恒流控制。

图2

(2)0.1C10A恒流充电

软启动结束后，充电机以0.1C10A的电流对电池进行恒流充电。此时，电池的端压将逐渐上升。当端压上升至2.35×n(n为电池个数)时，恒流充电结束，转为下一阶段。

(3)均充阶段

此阶段为恒压控制，给定值为2.35×n。此时充电电流将逐渐减小，当电流减小到0.01Cl0A时，计时系统开始计时，当计完“均转浮设定时间”后(此时间可调，范围为0～72小时)，系统进入下一阶段——浮充阶段。

(4)浮充阶段

此阶段也为恒压控制，但其电压给定值为2.25×n。浮充阶段经过一个可设定的“活化时间”后(1～3个月)，系统重新回到上述第(2)阶段。

(5)交流中断与恢复供电

当电网的交流中断以后，蓄电池放电给系统以提供后备电源。当交流系统恢复供电以后，充电机自动对电池进行恒流充电，也回到上述第(2)个阶段。

综上所述，智能充电机实现的功能如下：

(1)对蓄电池进行完整的充放电控制。

(2)所有的控制参数均可由用户设定，包括均充、浮充电压给定、恒流充电电流给定、均充转浮充时间、活化时间等。

(3)完善的报警保护功能，包括交流中断、缺相、过压、过流、短路等。

(4)RS485通信接口及相应的通信协议，包括提供上位机远控功能。

(5)恒压恒流精度可达±1%，纹波系数在1%以下，功率因数及效率也可达到用户给定的指标。

(6)温度对蓄电池充电特性有一定影响，因此需具备温度补偿功能。

2智能充电机的硬件设计

本充电机采用可控硅三相全控桥的相控整流主电路型式。

本系统的特点是控制精度要求较高、任务较多，为了提高硬件可靠性，系统采用了多微控制器(单片机)的设计。

系统整个运行任务按功能独立性及负荷均匀的原则大致可分为以下四个大的子任务：同步脉冲产生、移相触发脉冲生成、流程控制及恒压恒流算法实现、接口及串行通信等。这些任务由一两块单片机完成是不可能的，为此使用四块单片机，每块单片机完成上述的一个子任务，各单片机之间通过硬件握手信号及共享RAM存储器来通信。图3是这些单片机的联系逻辑图。

同步单片机完成同步脉冲的产生，包括相序的判定、缺相的判定等，从而使系统达到不认相序无需调整的要求。

触发单片机完成6个触发脉冲的产生与分配(根据相序信号及来自于控制单片机的单相导通信号来判定)。

图5

人机接口单片机所扩展的功能电路单元较多，其原理框图如图4所示。

首先是温度采样。由于电池柜与控制器相距可达百米，因此采用温度电流传感芯片AD590。AD590输出一个与绝对温度值成正比的电流信号。由于其具有高阻抗的恒流源输出特性，因此对长线阻抗不敏感，同时也能抗现场干扰。温度采样电路如图5所示，图中的两个电位器可以对零点和满刻度进行校正。

由于蓄电池数目较多，所占面积也较大，因此使用三只均匀放置的AD590，将它们并联，所得测量结果为三点温度的平均值。

显示接口采用两片串行的7219LED显示驱动芯片，并扩展4x4位的LED数码管显示及若干LED发光指示灯。7219可自动完成LED数码管动态扫描的显示控制。

日历时钟芯片12C887提供充电流程控制所需要的日期时间标尺，同时其片内近128Byte的不掉电内存单元还可用于不掉电存储控制参数。

DSl609是一个双口RAM，共256Byte。在本系统中，它作为人机接口单片机与控制单片机的共享内存，传递公用信息。防止两个单片机同一瞬间对1609同一单元进行读写而造成冲突是应用的关键，系统采用信号邮箱的方式解决这一问题，如后所述。

控制单片机的接线较为简单，主要是为触发单片机输出单同步移相触发信号。

3软件设计

限于篇幅，仅讨论接口单片机与控制单片机的软件设计。接口单片机的软件较为复杂，整个软件运行受两个中断源驱动：一是主同步信号外中断，另一个是串行口中断。整体软件是一个多任务后台切换的结构，任务包括电压电流采样、键盘扫描、与1609通信、采样值的标度变换、采样值的显示、报警处理、温度的采样与显示、判断是否接收到完整的串行通信数据与命令帧、串行通信命令帧解释等。在每个主同步信号外中断发生后，接口单片机必须完成前四个任务，其它不太急切的任务则由主控程序轮流挑选一个激活执行，激活的唯一依据就是次序。

对共享内存的读写使用了几个信号量标志，如表1所示。

表1对共享内存的读写所使用的信号量标志

符号意义逻辑

Leftmsgchg左单片机写入新的信息左置右清

Fetchingleftmsg右单片机正读取1609信息右置右清

Rightmsgchg右单片机写更新了的信息右置左清

Fetchingrightmsg左单片机正读取1609信息左置左清

上表中，左单片机指的是接口单片机，右单片机指的是控制单片机，所谓“左置右清”指的是标志是由接口单片机置位，由控制单片机复位。

左单片机读1609共享信息的流程图如图6所示。

可以证明通过对以上四个标志的运用，可完全避免对共享内存单元的读写冲突。

篇（2）

1、引言

从物理或数学意义的角度讲，不同电压等级网络的综合规划对获得全局最优解，得到总体上最大的经济效益是必要的。然而，输配电系统的同时综合规划长期以来并不被人们所重视，在实践中，人们普遍采用将各电压等级系统分层规划的策略。造成这种状况的原因主要是：

①输配电系统的网络结构不同，进而导致优化算法不同；

②各电压等级综合规划导致问题规模激增。另外，各级电网的分层管辖也是造成分层规划的一个实际原因。

本文对多电压等级、不同网络结构的输配电系统综合规划问题进行了研究，提出了基于知识的最短路遗传算法的解决方法[1].文献[1]利用最短路遗传算法求解了配电系统重构问题。实际上，网络规划问题与网络重构问题可被看成一类问题，只不过是弧费用的计算方法不同而已，即规划问题的弧费用需要用分段函数来表示，从而考虑固定投资和不同的线型。

2、不同电压等级的开环系统综合规划

在电力系统中，为了避免电磁环网，高中压配电网必定是开环运行的。这时就能利用能生成树状网络的最短路遗传算法来求解不同电压等级的开环系统综合规划问题。对于规划问题中根据安全性和可靠性的要求需要闭环设计的系统，可以先应用本文的方法得到树状网络，然后采用文献[2]的方法进行专门的联络线优化，以构成环网。最短路遗传算法是在同一个电压等级中实现的[1]，这样才能直接将负荷潮流迭加到各弧的流量上。对于多电压等级系统，只需仿照标幺值计算的原理将各电压等级的电气量折算到某一选定的电压等级上，就可以采用最短路遗传算法进行网络的全局优化。

3、开环与非开环混合输配电系统综合规划

如果需要进一步将开环与非开环系统综合规划，或配电系统允许弱环运行，最短路遗传算法就不能直接应用了。

但是，经过下述2个改变以后，最短路遗传算法即可近似地求解上述问题了。

3.1节点入度限制

首先，应允许在不需要放射运行的节点构成环。这可通过检测和限制节点入度数的方法来实现。最短路遗传算法中，在形成寻路网络Gm时，当某个中间节点k的入弧数Nin-x-m=1时，则其余指向该节点的有向弧（潮流必为0）均舍弃，这保证了最终形成的网络为放射状。现在，对每一节点规定最大入弧数，即最大入度Nin_k_MAX，若节点k属于放射状运行系统，则令其为1，否则令其为该节点最大允许的进线数。Nin_k_m记录节点k入弧数的变化情况，其初始值为0，并有机会逐渐增加。当时，其余指向该节点的有向弧（潮流为0）均舍弃。即实现了不同运行方式系统对网络结构的要求。经过以上改进的最短路遗传算法就可以解决开环与非开环系统综合规划在网络结构方面的要求。虽然，从原理上说它得到的只是较优解。

但可证明当各负荷大小趋近于0时，这种方法得到的解就会与全局最优解一致。当负荷越大时，其解越可能偏离最优解，因为此时该负荷有很大可能是由多个实际电源点供电。由于负荷通常在较低电压等级，而允许成环网运行的网络是在很高的电压等级，且低压负荷的容量比高压环网系统中元件的容量要小得多，所以，可近似地认为负荷点是由一个（实际）电源点供电，因此用最短路遗传算法获得的解将接近于实际最优解。

3.2有功潮流

由于网孔的出现，使得以负荷复电流（或功率）直接迭加构成线路中潮流的方法失去了合理性。因为只有一个虚拟源点，对于同时由2条以上供电路径供电的节点来说，可能会导致矛盾的节点电压。为了避免这种情况，此时可只考虑有功功率的优化。实际上对于允许环网的系统规划问题，现有的方法[3]也全是只考虑有功优化，而无功配置和电压控制由专门的无功优化来完成。这是因为：一方面，无功设备的投资一般要比线路、变压器和有功电源的投资小得多；另一方面，无功潮流在一定程度上可独立于有功潮流的控制。

4、基于知识的高效最短路算法

尽管最短路遗传算法不会有维数灾问题。

但是基本的Dijkstra最短路算法的计算时间复杂性是O（N2），其中N是规划问题的网络流模型的节点数，因此，基于最短路算法的局部优化算法的计算时间复杂性是O（N3）（认为负荷数与节点数成一定比例）；若遗传算法的种群个体数和最大代数取固定值，则最短路遗传算法的计算时间复杂性是O（N3）。可见随问题规模的增大，最短路遗传算法的计算时间也将很长。实际上，直接在输配电系统规模非常庞大的网络上利用常规的最短路算法为某一个负荷点寻找供电路径是很不必要的。对于一个负荷点来说，整个系统中可能为其供电的元件只是很小的一部分。如果能根据输配电系统的实际信息把这一小部分元件提取出来后再应用最短路算法，则最短路算法的寻路时间将大大缩短。而由前面的分析可知，最短路算法的计算时间复杂性决定了整个算法的计算时间复杂性。我们称这个被提取出来供寻找负荷m的最经济供电路径的网络为寻路网络Gm.用以提取寻路网络的方法应具备以下特点：

①易于计算机实现。

②在保证不丢失最优解的基础上，尽可能缩小寻路网络。下面，以一个实例来说明如何实现基于输配电系统知识的最短路算法。

若现有10kV，66kV，220kV，3个电压等级系统，要寻找负荷m的最优供电路径，则可按以下步骤提取寻路网络Gm.

（1）将输配电系统按电压等级分层，负荷点通常在最底层10kV层，虚拟电源点在最高电压等级层220kV层。

（2）定义元件Aij到负荷点m的距离为式中为元件Aij的起点坐标；XB-ij、yE-ij为元件Aij的终点坐标；Xm、Ym为负荷点m的坐标；Kij-m为元件Aij到负荷点m的距离调节系数，通常取1，可用于考虑一些特殊供电情况。按最大供电半径Rm选择出可能给负荷点m供电的10kV区域：若10kV元件（线路、变压器或变电站）与负荷点m的距离大于Rm，则认为其不可能为m供电，因此不加入寻路网络。反之，则将相应的元件加入负荷点m的寻路网络。

（3）通常希望尽可能通过具有主干线型或可靠性高的主干网络传送电能，并且减少电能在主干线型和次要线型间的转换。因此，规定最大精细寻路半径rm.在此半径之外，凡是具有非主干线型或位于次要分支线路或非主干路由（对于规划问题由于许多路由上线型未确定，因此这里用“非主干路由”一词）上的元件都不加入寻路网络，而在此半径之内的元件全加入寻路网络。

（4）经上述步骤形成的10kV系统范围内的寻路网络Gm_10包含有若干66kV/10kV变电站，它们对于10kV负荷点m来说是可能的供电点，而对于66kV系统来说是可能的负荷点。对这些变电站的每一个均采用与步骤（2）、（3）类似的方法，可得到其在66kV系统范围内的寻路网络，这些网络的并集构成负荷m在66kV系统范围内的寻路网络Gm_66.

（5）同理，Gm_66中所包含的220kV/66kV变电站也可看成220kV系统的负荷点。采用与步骤（4）同样的方法可获得负荷点m在220kV系统范围内的寻路网络Gm_220.当然，Gm_66中也可能包含发电厂，此时，可认为其是通过一条无损耗、无费用的虚拟弧，由设于220kV系统的虚拟源点供电。

（6）获得负荷点m在整个输配电系统的寻路网络为显然，经过以上步骤处理后，得到的负荷点m的寻路网络Gm要比初始的整个网络要小得多，因此最短路算法的计算量也将大大缩小。

5、结论

本文对多电压等级、不同网络结构的输配电系统的综合规划问题进行了研究。在解决了电压等级折算问题后，给出了基于最短路遗传算法的纯开环输配电系统综合规划的方法。以此为基础，通过控制节点出入度，并且只针对有功潮流进行优化，又提出了开环与非开环混合的输配电系统综合规划问题的近似解决方法。为了解决输配电系统规模大而造成的计算量问题，给出了基于输配电系统知识的最短路算法的实现方法。

参考文献

篇（3）

1、引言

从物理或数学意义的角度讲，不同电压等级网络的综合规划对获得全局最优解，得到总体上最大的经济效益是必要的。然而，输配电系统的同时综合规划长期以来并不被人们所重视，在实践中，人们普遍采用将各电压等级系统分层规划的策略。造成这种状况的原因主要是：

①输配电系统的网络结构不同，进而导致优化算法不同；

②各电压等级综合规划导致问题规模激增。另外，各级电网的分层管辖也是造成分层规划的一个实际原因。

本文对多电压等级、不同网络结构的输配电系统综合规划问题进行了研究，提出了基于知识的最短路遗传算法的解决方法[1].文献[1]利用最短路遗传算法求解了配电系统重构问题。实际上，网络规划问题与网络重构问题可被看成一类问题，只不过是弧费用的计算方法不同而已，即规划问题的弧费用需要用分段函数来表示，从而考虑固定投资和不同的线型。

2、不同电压等级的开环系统综合规划

在电力系统中，为了避免电磁环网，高中压配电网必定是开环运行的。这时就能利用能生成树状网络的最短路遗传算法来求解不同电压等级的开环系统综合规划问题。对于规划问题中根据安全性和可靠性的要求需要闭环设计的系统，可以先应用本文的方法得到树状网络，然后采用文献[2]的方法进行专门的联络线优化，以构成环网。最短路遗传算法是在同一个电压等级中实现的[1]，这样才能直接将负荷潮流迭加到各弧的流量上。对于多电压等级系统，只需仿照标幺值计算的原理将各电压等级的电气量折算到某一选定的电压等级上，就可以采用最短路遗传算法进行网络的全局优化。

3、开环与非开环混合输配电系统综合规划

如果需要进一步将开环与非开环系统综合规划，或配电系统允许弱环运行，最短路遗传算法就不能直接应用了。

但是，经过下述2个改变以后，最短路遗传算法即可近似地求解上述问题了。

3.1节点入度限制

首先，应允许在不需要放射运行的节点构成环。这可通过检测和限制节点入度数的方法来实现。最短路遗传算法中，在形成寻路网络Gm时，当某个中间节点k的入弧数Nin-x-m=1时，则其余指向该节点的有向弧（潮流必为0）均舍弃，这保证了最终形成的网络为放射状。现在，对每一节点规定最大入弧数，即最大入度Nin_k_MAX，若节点k属于放射状运行系统，则令其为1，否则令其为该节点最大允许的进线数。Nin_k_m记录节点k入弧数的变化情况，其初始值为0，并有机会逐渐增加。当时，其余指向该节点的有向弧（潮流为0）均舍弃。即实现了不同运行方式系统对网络结构的要求。经过以上改进的最短路遗传算法就可以解决开环与非开环系统综合规划在网络结构方面的要求。虽然，从原理上说它得到的只是较优解。

但可证明当各负荷大小趋近于0时，这种方法得到的解就会与全局最优解一致。当负荷越大时，其解越可能偏离最优解，因为此时该负荷有很大可能是由多个实际电源点供电。由于负荷通常在较低电压等级，而允许成环网运行的网络是在很高的电压等级，且低压负荷的容量比高压环网系统中元件的容量要小得多，所以，可近似地认为负荷点是由一个（实际）电源点供电，因此用最短路遗传算法获得的解将接近于实际最优解。

3.2有功潮流

由于网孔的出现，使得以负荷复电流（或功率）直接迭加构成线路中潮流的方法失去了合理性。因为只有一个虚拟源点，对于同时由2条以上供电路径供电的节点来说，可能会导致矛盾的节点电压。为了避免这种情况，此时可只考虑有功功率的优化。实际上对于允许环网的系统规划问题，现有的方法[3]也全是只考虑有功优化，而无功配置和电压控制由专门的无功优化来完成。这是因为：一方面，无功设备的投资一般要比线路、变压器和有功电源的投资小得多；另一方面，无功潮流在一定程度上可独立于有功潮流的控制。

4、基于知识的高效最短路算法

尽管最短路遗传算法不会有维数灾问题。

但是基本的Dijkstra最短路算法的计算时间复杂性是O（N2），其中N是规划问题的网络流模型的节点数，因此，基于最短路算法的局部优化算法的计算时间复杂性是O（N3）（认为负荷数与节点数成一定比例）；若遗传算法的种群个体数和最大代数取固定值，则最短路遗传算法的计算时间复杂性是O（N3）。可见随问题规模的增大，最短路遗传算法的计算时间也将很长。实际上，直接在输配电系统规模非常庞大的网络上利用常规的最短路算法为某一个负荷点寻找供电路径是很不必要的。对于一个负荷点来说，整个系统中可能为其供电的元件只是很小的一部分。如果能根据输配电系统的实际信息把这一小部分元件提取出来后再应用最短路算法，则最短路算法的寻路时间将大大缩短。而由前面的分析可知，最短路算法的计算时间复杂性决定了整个算法的计算时间复杂性。我们称这个被提取出来供寻找负荷m的最经济供电路径的网络为寻路网络Gm.用以提取寻路网络的方法应具备以下特点：

①易于计算机实现。

②在保证不丢失最优解的基础上，尽可能缩小寻路网络。下面，以一个实例来说明如何实现基于输配电系统知识的最短路算法。

若现有10kV，66kV，220kV，3个电压等级系统，要寻找负荷m的最优供电路径，则可按以下步骤提取寻路网络Gm.

（1）将输配电系统按电压等级分层，负荷点通常在最底层10kV层，虚拟电源点在最高电压等级层220kV层。

（2）定义元件Aij到负荷点m的距离为式中为元件Aij的起点坐标；XB-ij、yE-ij为元件Aij的终点坐标；Xm、Ym为负荷点m的坐标；Kij-m为元件Aij到负荷点m的距离调节系数，通常取1，可用于考虑一些特殊供电情况。按最大供电半径Rm选择出可能给负荷点m供电的10kV区域：若10kV元件（线路、变压器或变电站）与负荷点m的距离大于Rm，则认为其不可能为m供电，因此不加入寻路网络。反之，则将相应的元件加入负荷点m的寻路网络。

（3）通常希望尽可能通过具有主干线型或可靠性高的主干网络传送电能，并且减少电能在主干线型和次要线型间的转换。因此，规定最大精细寻路半径rm.在此半径之外，凡是具有非主干线型或位于次要分支线路或非主干路由（对于规划问题由于许多路由上线型未确定，因此这里用“非主干路由”一词）上的元件都不加入寻路网络，而在此半径之内的元件全加入寻路网络。

（4）经上述步骤形成的10kV系统范围内的寻路网络Gm_10包含有若干66kV/10kV变电站，它们对于10kV负荷点m来说是可能的供电点，而对于66kV系统来说是可能的负荷点。对这些变电站的每一个均采用与步骤（2）、（3）类似的方法，可得到其在66kV系统范围内的寻路网络，这些网络的并集构成负荷m在66kV系统范围内的寻路网络Gm_66.

（5）同理，Gm_66中所包含的220kV/66kV变电站也可看成220kV系统的负荷点。采用与步骤（4）同样的方法可获得负荷点m在220kV系统范围内的寻路网络Gm_220.当然，Gm_66中也可能包含发电厂，此时，可认为其是通过一条无损耗、无费用的虚拟弧，由设于220kV系统的虚拟源点供电。

（6）获得负荷点m在整个输配电系统的寻路网络为显然，经过以上步骤处理后，得到的负荷点m的寻路网络Gm要比初始的整个网络要小得多，因此最短路算法的计算量也将大大缩小。

5、结论

本文对多电压等级、不同网络结构的输配电系统的综合规划问题进行了研究。在解决了电压等级折算问题后，给出了基于最短路遗传算法的纯开环输配电系统综合规划的方法。以此为基础，通过控制节点出入度，并且只针对有功潮流进行优化，又提出了开环与非开环混合的输配电系统综合规划问题的近似解决方法。为了解决输配电系统规模大而造成的计算量问题，给出了基于输配电系统知识的最短路算法的实现方法。

参考文献

篇（4）

1变电站联络线路的油断路器控制回路改进

1.1典型合闸回路及缺陷

中小型变电站的联络线路两侧都装设油断路器。对于35KV、10KV油断路器的控制，典型设计是在电站側装设同期装置，在变电站側只设普通合闸回路，普通合闸回路的原理如图1所示：操作控制开

关SA，其②-④触点接通，经过防跳继电器的常闭触点KM2和断路器的常闭触点DL，接通合闸接触器线圈HO，使断路器合闸。这种设计简洁，常为工程设计人员所采用。在具体操作中，按先合变电站側断路器、再合对側断路器的操作顺序进行。但在小水电系统网络中，因受地形、容量等技术条件的限制，建设不甚规范，特别是有些联络线路上还接有负载，当出现某种故障造成变电站側油断路器跳闸，此时的对側断路器可能还在合闸位置，如要对联络线路进行合闸，因不知对侧是否有电，必须等到调度命令或接到汇报后才能进行操作，加至有些地段通讯不畅，经常耽误时间，影响工农业生产用电；由于典型回路本身不能检测线路是否有电压，又无防范不规范操作的技术措施，如果误操作SA发出合闸命令，就会造成非同期合闸事故，给人们生命财产带来重大损失。

1.2改正后的合闸回路

为了防止事故的发生，对原典型合闸回路进行了如下改进（见图1中虚线所示）：即在线路电压互感器二次側增设一只电压继电器KV，用以检测线路电压，并将其常闭触点KV1串入本站油开关合闸回路中。当线路有电压时，就是误操作SA发出了合闸命令，因KV1触点断开了合闸操作回路，无法启动合闸接触器，达到了防止非同期合闸的目的。同时，考虑到联络线路的可靠性，在KV1触点两端设计并联一连接片LP，以便该电压继电器检修或需该线路供给变电站负荷时好操作。正常情况下，连接片LP处在断开位置。

还将电压继电器的常开触点KV2与合闸位置继电器HWJ的常闭触点（或跳闸位置继电器TWJ的常开触点）串联，以接通“线路有电压”光字牌的信号回路，当断路器在断开位置，线路有电压，该光字牌亮，提醒运行人员不得进行合闸操作。在信号回路中，串联跳（合）闸位置继电器触点的作用是为了在该线路运行时断开光字牌，以免光字牌长期带电。电压继电器KV可选DJ—121型，继电器校验方法与其他电压继电器相同。

2水电站压力装置的控制回路改进

2.1典型油压装置自动回路及缺陷

调速器、高低压气机等是水电站中常见的压力设备，在油（气）装置的自动回路中，一般采用电接点压力表(如YX—150型)来反映油（气）罐中压力的变化，进而控制油（气）泵电机。压力表上可设置上、下两个值限，上限用红针指示，下限用黄针指示，实际压力值用黑针指示。油压装置自动投入的动作过程如图2所示：

当压力罐油压降到压力下限时，压力表黑针与黄针接触，即触点YLJ1

闭合，使中间继电器1KA动作并自保持，因转换开关SA在自动位置，其②-④触点接通，启动接触器KM，使电机接通电源，带动油泵向压力罐打油，压力逐渐上升，当到工作压力值上限时，压力表黑针与红针接触，即上限触点YLJ2接通，使中间继电器2KA动作，断开1KA的自保持回路，油泵电机自动停止工作。对于这种典型设计，压力表的上、下限触点一直串在控制回路中，并带有相应负载，特别是在启动和停止过程中，压力变化呈波动状态，使触头抖动不已，无法可靠接触，常常生火花，由于压力罐补压（气）是通过自动回路完成的经常性的工作，压力变化频繁，使压力表的触头接触也相应频繁，从开始的产生火花，到逐渐烧坏触头（或触头粘连），继而造成压力罐压力消失，严重影响了机组的安全运行。

2.2改进后的控制回路

篇（5）

2）考虑到开通期间内部MOSFET产生Mill－er效应，要用大电流驱动源对栅极的输入电容进行快速充放电，以保证驱动信号有足够陡峭的上升、下降沿，加快开关速度，从而使IGBT的开关损耗尽量小。

3）选择合适的栅极串联电阻（一般为10Ω左右）和合适的栅射并联电阻（一般为数百欧姆），以保证动态驱动效果和防静电效果。根据以上要求，可设计出如图1所示的半桥LC串联谐振充电电源的IGBT驱动电路原理图。考虑到多数芯片难以承受20V及以上的电源电压，所以驱动电源Vo采用18V。二极管V79将其拆分为＋12．9V和－5．1V，前者是维持IGBT导通的电压，后者用于IGBT关断的负电压保护。光耦TLP350将PWM弱电信号传输给驱动电路且实现了电气隔离，而驱动器TC4422A可为IGBT模块提供较高开关频率下的动态大电流开关信号，其输出端口串联的电容C65可以进一步加快开关速度。应注意一个IGBT模块有两个相同单管，所以实际需要两路不共地的18V稳压电源；另外IGBT栅射极之间的510Ω并联电阻应该直接焊装在其管脚上（未在图中画出），而且最好在管脚上并联焊装一个1N4733和1N4744（反向串联）稳压二极管，以保护IGBT的栅极。

2实验结果及分析

在变换器的LC输出端接入两个2W／200Ω的电阻进行静态测试。实验中使用的仪器为：Agi－lent54833A型示波器，10073D低压探头。示波器置于AC档对输出电压纹波进行观测，波形如图5所示。由实验结果看，输出纹波可以基本保持在±10mV以内，满足设计要求。此后对反激变换器电路板与IGBT模块驱动电路板进行对接联调。观察了IGBT栅极的驱动信号波形。由实验结果看，IGBT在开通时驱动电压接近13V，而在其关断时间内电压接近5V。这主要是电路中的光耦和大电流驱动器本身内部的晶体管对驱动电压有所消耗（即管压降）造成的，故不可能完全达到18V供电电源的水平。

篇（6）

RF2514各引脚的排列如图1所示。各引脚的功能如下：

引脚1，9（GND1，3）：模拟地。为获得最佳的性能，应使用较短的印制板导线直接连接到接地板。

引脚2（PD）：低功耗模式控制端。当PD为低电平时，所有电路关断。当PD为高电平时，所有电路导通工作。

引脚3（TXOUT）：发射器输出端。输出为晶体管集电极开路（OC）方式，但需要一个提供偏压（或匹配）的上拉电感和一个匹配电容。

引脚4（VCC1）：TX缓冲放大器电源端口。

引脚5（MODIN）：AM模拟或者数字调制输入。信号通过该脚输入可以把调幅信号或者数字调制信号加到载波上，而通过该脚外的一个电阻则可对输出放大器进行偏置。该脚的电压不能超过1．1V，过高的电压可能会烧坏芯片。

引脚6（VCC2）：压控振荡器、分频器、晶体振荡器、鉴相器和充电泵电源。该端与地间应连接一个中频旁路电容。

引脚7（GND2）：数字锁相环接地端。

引脚8（VREFP）：偏置电压基准端，用于为分频器和鉴相器提供旁路。

引脚10，11（RESNTR－，RESNTR＋）：该脚可用来为压控振荡器（VCO）提供直流电压，同时也可以对压控振荡器的中心频率进行调节。10脚与11脚之间应连一电感。

引脚12（LOOPFLT）：充电泵的输出端。该脚与地之间的RC回路可用来控制锁相环的带宽。

图2

引脚13（LDFLT）：用来设定锁定检测电路的阈值。

引脚14（DIVCTRL）：分频控制端。该脚为高电平时，选中64分频器，反之，选中32分频器。

引脚15（OSCB）：设计时可将该脚直接连接到基准振荡器晶体管的基极，由于该基准振荡器的结构是Colpitts的改进型，因此应在15脚和16脚之间连接一个68pF的电容。

引脚16（OSCE）：设计时将该脚直接连接到基准振荡器晶体管的发射极，同时在该脚与地之间还应连接一个33pF的电容器。

图3

2RF2514的内部结构

篇（7）

1.1硬件设备管理

要确保机电设备具有良好性能，首先要加强新材料的入库管理，如新采购的机械零件、仪器仪表、电器元件等。有统计显示，大部分机电设备故障的发生多因为使用了不合格的零件材料，这不但给公司企业造成财产损失，也造成了国家资源浪费。因此，要重视新购材料的检查问题，生产许可证、合格证、说明书、型号等，检查无误方可分好类入库。此外，要严格进行日常保养，保证机电设备以最佳技术状态运作，把机电设备非正常磨损或损坏风险降到最低。经调查表明，不良的措施会加大机电设备故障的发生。机电设备各零件间组合精密，以维持正常的间隙和适宜温度做好工作，降低零件间摩擦磨损程度，能减少机电设备故障的发生。在日常保养工作中，一方面，要根据不同机电设备需求、工作环境选用合适的剂，另一方面，要经常检查剂的质量和数量。质量发生改变时要及时更新，数量不足就要及时补给。同时，要综合考虑机电设备的技术状况、保养周期、工作环境等相关因素，制定有效保养计划，必要时要停机保养。最后，要加强维修管理。性能再高的机械，即使享有细致的养护，经长时间运作后难免发生故障。这时便需要进行科学、合理、及时的维修，减少工程损失。在维修方面需要重视的是，莫要轻视小故障，以为小故障不会影响使用就只作小维修，甚至让机电带故障继续作业，其后果可能是小故障酿成大损伤，不仅加大了修理困难，还延长修复工期，更有甚者便是机电设备报废，得不偿失。

1.2操作人员的综合素质

首先，企业要保证招入合格的工作人员，并对其进行上岗前的技术培训并组织上岗后的定期培训，提高其操作技能和职业素养。这要求操作人员要精通机电设备的规范操作，懂维修，才能从根本上解决人为操作不当造成的机电设备故障。其次，企业一方可以在各部门员工之间开展各种技能比拼比赛并给予奖励，为员工提供展示才华的平台。通过参与比赛进行现场操作，员工间技艺比拼、相互学习，有助于提高员工规范操作和爱护机械的意识，达到强化机电设备技术管理的效果。

2.强化机电设备维修成本的管理

第一，赏罚分明，增强相关人员对机电设备维修成本的重视。公司要就维修成本问题制定赏罚条例，已引起各部门对机电设备维修成本的重视。例如，年度指标计划，根据当年的生产经营情况定一个指标，考核后公开表扬对机电设备维修成本管理做出可观贡献的单位，并给予一定的物质奖励。而对超标了的单位给予深刻批评，视轻重扣取部分年终奖金。第二，提倡节约。践行节约维修成本目标，首先要做好对机电设备修理费和材料费的监控工作。尤其技术部门，应认真核对各单位递交的刘永新内蒙古昆明卷烟有限责任公司010020修理费用计划，联系实际情况尽量缩小维修费用。维修人员方面，要适当“变废为宝”能修理好的不要更换掉，以免造成不必要的浪费。最后，要节约成本，可倡导创新、改革技术，提倡使用新技术、新工艺。不断改进生产技术，优化经济效益，为此公司应树立“为生产服务”的宗旨，允许员工参与讨论改进生产技术相关活动，集思广益，真正为生产服务。

3.重视机电工程质量控制管理

3.1确保施工前阶段的质量控制万无一失

在施工准备阶段，相关人员一定要认真看待工作设计图，若发现有较大误差要敢于提出修改，以免影响正常施工。高素质的施工人员决定好工程的顺利完成的关键。因此，为保证工作完满完成，有必要安排好施工人员数量比，并对其进行考核。编制施工方案要依据实践情况，并给予严格审查，要保正质量体系完善完整，确保做足工程质量各项技术准备；以符合国家的验收标准。一般，施工人员的流动性比较大，上层在组织员工交底时要分批次、分阶段进行，用详尽周密交底工作保证工程如期开展。明文深化对现行的规范和操作规程的认识，工程的执行要全方位符合该工程所需的资料及有关的技术文件、标准、要求，还要检查好工程中运用到的所有材料、设备，为起始实施工作做准备。此外，编制落实电气工程进度计划、人员计划、机具计划时，要根据业主和土建工程的总体进度来实现，并在施工过程中基于实际情况做适当修补完善整体工作。

3.2保证施工阶段的质量控制正常运作

篇（8）

二、电厂电力孤网电力系统设计

2.1　矿热炉电力设计

镍铁冶炼厂对自备电厂的升压变压器没有特别要求。升压变压器的电压等级取决于项目所在地的电厂和冶炼厂的建厂条件和供电半径等因素，需在现场考察及进行相关设计工作后确定。就目前来说，与50MW的发电机组相适应的矿热电炉容量约36MVA，如果电厂与镍铁冶炼厂合建在统一厂区，由于供电半径较小，36MVA左右的矿热炉亦可由电厂10kV电压直配；但从发展情况考虑，为适应矿热电炉的大型化也可按升压到35kV电压等级。矿热电炉在非正常生产状态下对电网造成的冲击大致分为电极在炉内发生短路故障造成的电流突增和发生故障后保护装置动作跳闸甩负荷两种类型。通常在设计时采取恰当选择电炉变压器的阻抗来限制短路电流冲击的幅值，工程上一般要求将短路电流值限制在额定电流的3.5倍以下；而跳闸后的甩负荷冲击的幅值与电炉的运行功率有关，但超过发电机组在冲击发生前稳态发电功率10%是完全可能的。由于电炉在生产运行时出现故障的时间具有随机性，事先无法准确预测，故在自备电厂的设计中考虑应对该冲击的措施。

2.2　电气主接线

本工程建设2×200t/h燃煤锅炉和2×50MW凝汽式汽轮发电机组，发电机孤网运行。　发电机出口电压为10.5kV，发电机设出口电压母线，高压厂用电电源由发电机出口电压母线引接，每台发电机配置一台60MVA35/10.5kV升压变压器将发电机发出的电能经升压后送至电厂35kV变电所。本工程为孤网运行，因此设柴油发电机组作为厂用起动及备用电源并设置高压起动/备用段，柴油发电机选用4台2000kW，出口电压11kV。

锅炉送、引风机、电动给水泵及循环水泵采用高压电机，工频运行。10.5kVI段高压厂用母线带1#发电机出线断路器柜、1#机组高压负荷、10.5kV高压厂用I段与10.5kV备用段联络柜、1#主变低压侧断路器柜。10.5kVII段厂用母线带2#发电机出线断路器柜、2#机组高压负荷、10.5kV厂用II段与10.5kV备用段联络柜、2#主变低压侧断路器柜，10.5kV厂用III段主要为电站公用系统供电母线。在高压厂用电源进线回路及10.5kV分段处加装串联电抗器。

2.3　厂用电系统

高压及低压厂用电源按机炉分为两个工作段、一个公用段及一个备用段，对应的机炉负荷接在对应的母线上：1#炉所用的送、引风机、1#、2#锅炉给水泵、1#循环水泵、1#厂用工作变压器等接在10.5kV厂用I段上；2#炉所用的高压送、引风机、3#锅炉给水泵、2#、3#循环水泵接线、2#厂用工作变压器接在10.5kV厂用II段上；公用负荷由公用变压器引接，电源引自10.5kV公用母线。

三、电厂电力孤网运行方案论证

3.1　正常运行时

正常生产时，两台机组同时运行，机组出力均为70％，可满足全厂100%用电负荷。当1台机组检修或甩负荷时，另外一台机组出力在100%，可满足全厂70％左右的用电负荷。正常运行时，机组负荷控制转变为频率控制，要求调速系统具有符合要求的静态特性、良好的稳定性和动态响应特性，以保证在用户负荷变化的情况下自动保持电网频率的稳定。

3.2　电厂启动

由于孤网运行，投运前由1＃机组发电利用黑启动柴油发电机组，启动辅机后投入运行，对外供电。1＃机组运行后带动全厂70%的负荷运转，并启动2#机组的辅机运行，进而启动2＃机组发电，直至两台机组同时运行，满足按全厂100%的自供电率，逐步进行电厂和冶炼厂的生产，实现全厂电力负荷平衡。

3.3　发电机甩负荷或非计划跳机时

当机组发电机甩负荷或非计划跳机时，全厂用电出现短时供电不足，此时电厂供电量仅满足全厂约70％的负荷。为了不致将系统电压拉低，造成系统崩溃，应在中央配电站设置低周减载保护，根据工艺要求，对部分负荷进行切除，减少用电量，同时减产运行，保障安全生产。若工艺需要，部分负荷无法切除，同时又无法满足剩余发电机稳定运行，则根据需要在相应的系统侧设置柴油发电机组，以确保分系统的安全稳定运行。

3.4　当用电负荷出现较大波动时

当系统负荷瞬时出现大负荷停机时，电力网络电压上升。若全厂40％以上负荷停机，则直接解列一台发电机组，用剩下的另外一台机组带全厂负荷。

若全厂40％以内大负荷停机，则汽机保护装置瞬时动作，可维持系统频率在50±5Hz以内，系统仍满足稳定运行条件。

若全厂小负荷波动，则可通过DEH的精确调整，以保证系统的稳定运行。

若全厂40％以上大负荷启动，则需要经过调度提前进行通知，调整锅炉及汽机的运行参数。

篇（9）

高档景观别墅是近几年出现的高标准住宅发展方向之一，它已不仅仅是要求居住方便，而是舒适乃至于华丽，其成功典型范例有上海的“碧云别墅”、杭州的“九溪玫瑰园”等等。高档景观别墅区与其它住宅区相比，有其明显的特点：

1人口密度相对较低——容积率低、周界较长、地处远离中心城区的地域；

2居住环境优雅舒适——小区绿化、小品、水体、地形有机地结合在一起。

弱电设计作为住宅建设中的重要部分，既要符合现阶段生活要求，又要能适应未来一定时期内发展的需要。因此，对于高档别墅区，弱电设计不能简单套用一般住宅区的设计思路。而应该合理地运用新技术、新观念、新标准，针对景观别墅区的特点，确定系统功能、设计系统结构。关于弱电系统的具体系统组成与功能，相关文章已发表过很多，本文就不一一复述，现仅就景观别墅弱电设计谈一些我个人在实际工作中的体会。

1传统弱电系统

1.1闭路监控电视与周界报警的配合

高档景观别墅区的基地往往是容积率较低，周界较长。同时小区的出入口(门卫)相对较少，多数景观别墅区位于绿化较好、离城区较远的城乡结合部。出于安保的要求，沿周界围墙设置周界报警系统是必需的。但仅仅设置周界报警系统是不够的，因为一旦周界探测器报警，门卫中的安保人员要赶到报警地点需要一定的时间，即使赶到，也未必能起到作用，越墙而入的人可能早已躲入绿化丛或远离报警地点。故有必要沿围墙设置闭路监控电视系统，这样既能及时了解报警点的实际情况，并作出相应的处理，也能识别一些误报。

1.2室外背景音乐系统

景观别墅区是住宅区的一种，有别于公园，发展商力求营造一种舒适、宁静的气氛。在室外绿化中设置背景音乐系统扬声器是不可取的。如果一定要设置，也应局限于与宅基地有一定距离及分隔的中心绿化或景点，这些地方可以用作社区集中娱乐场所，如儿童嬉水、中心广场等。

1.3访客系统

为便于对小区的外来人员进行管理，访客系统的设置是必需的。应该在小区入口处设置门口机，别墅内设置用户话机，而在别墅的门口则不必设门口机。因为，对一个管理严格的小区来说，外来人员在进入小区之前已经过身份认定或住户的同意，住户通过窗户、门上的玻璃已能看到别墅门口的情况，别墅门口的门口机仅能起到门铃的作用。为了更好地实现身份认定，应选择可视型访客系统，同时为保证私密性，不宜使用CATV来实现可视功能。

1.4住户防盗报警系统

住户防盗报警系统也是十分实用的，如业主要求不高，可以采用带有安保功能的访客系统，组成安保型访客系统。而对于报警探头种类多、有远程控制功能、要求预留一定扩展余地的系统，应采用独立的住户防盗报警系统。系统探测器的设置切忌

1.5电话、电视系统

对于毛坏房，应在主要居住空间预留电话、电视插座。对于全装修房，特别是出租型别墅，在室内装修竣工时，家具、家电已一步到位，电话、电视插座应密切配合家具、家电的布置，不宜过多。通常仅要求在起居室、主卧室、厨房内设置电视机插座，在起居室、书房、主卧室、厨房内设置电话机插座即可。2智能化系统

目前，国家尚未出善的住宅智能化系统设计标准、规范。与此同时，随着科学技术的迅猛发展，智能化的要求不断提高。因此，住宅小区智能化的定义各有各的观点，但在设计中应掌握以下基本原则：利用现代计算机技术，通过网络将各种通信、安防、管理子系统集成，从而为住户提供丰富的信息服务、安全舒适的居住环境。

2.1开放性BA系统

设备自动化控制系统是智能化的重要组成部分，将小区的公共照明、绿化喷灌、水体循环、自动抄表、别墅内部照明及空调等不同系统构成一个整体，相互协调、集中管理控制，以保证各个子系统运行于最佳状态。设计中应优先采用开放性控制系统，即使用标准通讯协议的集散控制系统。例如，在现场总线采用LonWorks技术，控制总线采用BACnet协议。所有子系统的生产厂商均按国际公认的技术标准生产各种器件并建立系统结构。使设计单位及发展商可以根据需求进行性能、价格比较，从而组成符合项目特点、具有最佳运行及管理方案、集成化程度更高、价格合理的自动化系统。

传统BA系统为非开放性系统，不同的BA系统生产厂商所生产的系统器件不能进行互相操作、互相替换。BA系统一旦被使用，今后如需维护、改造、扩展时都需要依赖原生产厂商。而LonWorks技术体现今后自控技术、系统集成的最新技术，它利用一根总线就可将所有符合LonMark标准的系统模块连接起来，扩展性大大增强，并能进行实时处理，也简化了系统布线。这样系统可不受原生产厂商的限制实现随时按需更新，为用户今后提升系统性能提供了标准的平台和开放的基础，从而保证系统的先进性。

2.2三表远传

实现水表、电表、煤气表的远传自动抄表能减少抄表工作对别墅住户的打扰，同时能减轻物业管理的工作量。在技术上，它的实现并不困难。关键是它涉及三个行业的管理部门，需要有关方面协同配合，而相应的建设管理办法尚未出台，协调工作难度较大，故工作重点是与公用事业管理部门进行协商，以确定一个合理的方案。

2.3信息服务

信息服务是小区智能化的主要目的之一。传统设计思路是在小区中建立局域网，为住户提供Intranet/Internet服务。住户可以由局域网接入Internet，物业公司在其中扮演了ISP和ICP角色。其次，物业公司要长期配备一批专业技术人员进行信息收集与处理，而景观别墅区的户数相对较少，造成平均运行成本较高。所以，要慎重考虑以局域网方式提供信息服务的设计方案。建议在小区建设初期可暂不建局域网，预留管道待时机成熟后再发展。同时可以借鉴宾馆电视点播系统的机顶盒方式(上行为电话网络，下行为有线电视网)提供信息服务。此外，应充分利用公共网络作为信息源，而物业公司的信息服务尽可能局限于内部物业管理服务及信息上。

3弱电管道与机房

3.1管道设计与管线综合弱电系统管道设计应重视近期建设，并考虑远期发展的需要。对于分期开发的小区，要充分考虑预留后续工程所需管道数量，对弱电设计标准相对较低的，特别要注意室外主干管的预留。室外各种弱电主干管道应与电话管道统一敷设，并统一设置人孔或手孔，同时要注意水体、桥梁对管线敷设的影响。

篇（10）

2电子工程中存在的问题

机械电子工程快速发展，但是到目前为止，世界各国对于机械电子工程都没有明确的定义和统一的认识，出现这种问题的原因，一方面是机械电子工程发展速度太快，所涉猎的领域越来越多，另一方面是因为设立明确的定义必定会对其发展产生一定的限制作用，不利于机械电子工程继续快速发展。电子工程在发展的过程中产生了一些难以解决的问题，电子产品的发展方向是具有更高集成和大容量，同时体积也越来越小，这就需要技术的不断升级来实现发展目标。电子工程设计方案需要获得科学的检验，要对其进行仿真分析。电子元件所处的工作环境是设计人员应该考虑的问题，要对设计方案进行有效优化，最后要对电路特性进行分析。另外电子工程在运行中要避免静电的危害。为了实现电子工程取得进步获得发展，需要在电子工程设计中采用EDA技术。

3电子工程设计要点

3.1仿真分析

机械电子工程设计方案需要通过科学的系统仿真或是结构模拟来说对其可行性、科学性进行验证和分析。通过仿真分析来确保设计方案在后续实践中能够顺利应用。在仿真分析过程中，使用EDA技术可以为仿真分析提供良好的支持。EDA技术能够通过各个环节当中的传递函数来进行数学建模并对其进行仿真分析，这样构建和仿真系统能够准确验证设计方案的实践性，并能够对电子系统工最后程设计方案进行推广和使用。这种仿真分析对于提高我国电子工程设计的整体水平和产品质量有积极的指导意义。

3.2优化设计

对设计方案进行优化的目的是尽可能确保电子元件在应用过程中具备稳定性与可靠性，保证其拥有最佳的容差和工作环境。在实际工作条件下，使用传统的电子工程设计方法，难以对实际容差及电子工程元件工作环境进行全面的检查和分析。不能对电子元件环境进行全面勘测，就容易导致设计方案在此方面出现漏洞，这样一来电子元件的容差及其工作环境温度就很难得到有效的保障。利用EDA技术则能对设计方案进行良好的优化，因为EDA技术可以对电子方案环境进分析计算，获得电子元件在实际工作中所处的环境温度等相关数值。在分析获得的数值基础上，来对电子工程设计方案进行优化，保证方案在实施后，可以稳定工作，具有可靠安全保障。

3.3预防机械结构中的静电

机械结构是根据设计方案来工作并应用于事物成为满足功能需求的结构。在科技快速发展的大环境下，集成电路设计愈来愈复杂，这对静电的防治也提出了更高的要求。静电对电子元件的破坏巨大，静电电场能够对周边电荷有吸引力会破坏绝缘体，使电子元件敏感度降低，甚至是引发集成电路烧毁，使电子产品直接报废。这要求工作人员做好静电防护，对防静电工作区域进行划分，保持操作空间的清洁，降低静电发生的概率。在电子工程故障检测方面，要将传统的电子工程故障检测和智能故障检测方法结合，相互验证，在电子技术投入方面加强，提升电子工程检测技术的能力，增强电子元件、电路对环境的适应能力。

3.4电路特性的有效分析

对电特性进行有效分析是EDA技术中的重要内容，在电子工程设计的过程中，理论分析都是在数据分析和特性分析的基础之上进行。因此，数据分析和特性分析方面的数据必须准确及时，使用传统的电子工程设计方法会受到多方面的限制，难以保证数值的准确性，电力测试的实际精度会受到较大的影响，不利于后期稳定性的建立。EDA技术就能够对整个系统进行全面的测试，并保证测试的精确性与科学性，避免设计方案出现结构性的差异确保设计方案的整体性以及合理性。

篇（11）

2硬件电路设计

硬件电路设计分为水下和水上两部分。水下和水上都是以STM32F103VE芯片为核心，通过各自电路以实现各自功能。STM32系列是专门为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的ARMCortex内核，本设计所用芯片主频为72MHz,从闪存执行代码，功耗27mA，是32位市场上功耗最低的产品之一，相当于0.375mA/MHz。

2.1水下电路设计

水下部分电路主要有主控电路、流速测量电路、姿态解算电路、锂离子电池充放电及其保护电路、数据存储及传输电路，压力、温度采集电路5部分组成。

2.1.1流速测量

流速是本设计最重要数据，因此本设计选用低功耗、高温度稳定性霍尔器件A1220作为机械转子转速测量传感器。A1220内部集成动态补偿电路，低通滤波电路，施密特触发器，电压比较器等，我们可以看到霍尔器件输出为规则方波，因此我们可直接由STM芯片采集这些方波信号就能达到我们的需求。

2.1.2姿态解算电路

本设计采用InvenSense公司的整合性6轴（3轴陀螺仪、3轴加速度计）运动处理组件MPU-6050和Honeywell公司的3轴数字罗盘HMC5883L来采集探测器角加速度W、线加速度A、磁场强度Η，用四元数的方法进行数据融合，计算探测器姿态角。

2.1.3电源电路

电源作为海流计运行的动力，其电路设计的优劣不仅决定设备能否正常运行而且还决定了设备是否安全运行。本设计采用摩米士三星GalaxyNote3高容量锂离子电池作为电源，采用LINEAR公司的可编程充电电流的单节锂离子充电管理芯片LTC4054，自动检测锂离子电池电压及充电电流变化使锂离子电池充电过程自动在涓流充电、恒流充电、恒压充电、充电终止这四个充电过程切换，避免了处理器的参与，减少处理器的负担；采用TexasInstruments公司的单节锂离子电池电量检测和保护芯片BQ28Z560-R1，该芯片使用德州仪器ImpedanceTrackTM精确电量计算算法来报告电池状态，同时提供续航时间（分钟），充电所需时间（分钟）、电池电压和电池温度等信息,此外该芯片还提供短路、过流充电和放电、过度充电和放电保护功能；采用LINEAR公司的宽输入电压同步降压-升压DC/DC转换器，该芯片可由动态输入电压（1.8~5.5V）获得稳压输出，特别适合于锂离子电池放电特点，改变了传统先升压再降压的电路设计，降低了功耗。

2.1.4压力、温度采集电路设计

探测器所处的深度及该深度下的温度同样是海流计所需的数据，本设计采用MeasurementSpeclalties公司的工作深度0~3000m，高精度压力传感器89-03KA-4R，为了降低功耗每隔一段时间T单片机置位一次，BOOST管脚STM32采集Li_PRESSURE管脚上电压，经转化得到深度H。温度传感器采用pt100经24位模数转换芯片AD7714转换成数字信号，STM32采集数字信号，再转化为温度数据。为了提高精度，本设计采用高性能稳压芯片压力提供参考电压，采用耦合电路避免处理器数字信号干扰。压力采集电路如图7所示。

2.2水上电路设计

水上电路主要有主控电路、无线数据传输电路、无线充电电路、显示触摸电路4部分组成。无线数据传输电路采用GFSK单片式收发芯片NRF24L01。水上和水下电路各连接一块NRF24L01模块，将水下探测器数据传输给水上接收电路。

3软件设计

本设计软件以Keil4为编译平台，采用模块化编程思想，分别为水下探测部分和水上数据接收部分编写了代码，增加了代码的可读性，使设备易于升级维护。

3.1水下探测电路软件设计

水下探测电路主要任务是采集机械转子转速、探测器姿态、压力、温度等信息，并将数据增加时间戳后存储到SD卡中，其程序图如图9所示。

3.2水上接收电路软件设计

水上接收电路主要功能是接收水下探测器测量的数据，此外还有控制锂离子电池充电，控制数据传输，设置水下探测器采样间隔，指示充电状态，数据传输状态的功能。