摘 要：本文介紹了，電力線路故障指示器使用MSP430低功耗單片機(jī)方面的應(yīng)用，提出了一些實(shí)際應(yīng)用的算法及見解，注重低功耗的特點(diǎn)與應(yīng)用示例。

關(guān)鍵詞：MSP430；故障指示器低功耗；低功耗應(yīng)用示例

1 故障指示器與MSP430F5510單片機(jī)的應(yīng)用背景

故障指示器源于二十世紀(jì)八十年代的德國，故障指示器安裝于架空電力線路與電纜電力線路上，主要用于在線檢測、指示短路和單相接地故障的智能裝置。故障指示器在實(shí)際應(yīng)用中，受到安裝位置、供電的限制，可以采取電池供電，CT取電，超級電容儲(chǔ)能等多種方式，但是在沒有條件外部供電的時(shí)段只能依靠電池供電，本文著重介紹超低功耗單片機(jī)MSP430F5510在電池供電下的應(yīng)用。

MSP430F5510單片機(jī)為高精度，16位單片機(jī)系統(tǒng)，RSIC指令集，執(zhí)行速度快。芯片外設(shè)豐富，定時(shí)器、比較器、AD、超低功耗，封裝小，便于集成。在電力線路故障指示器上，為滿足國家電網(wǎng)對于使用壽命，超低功耗的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1]，本設(shè)計(jì)的主控單元采用了MSP430F5510。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

⑴電力線路電流采集，使用互感器進(jìn)行變換，經(jīng)過信號處理后，送入MSP430F5510的AD進(jìn)行采集。⑵MSP430F5510單片機(jī)通過互感器將采集到電流的數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定檢測、保護(hù)算法的處理后，通過無線單元發(fā)送到上級接收系統(tǒng)。⑶MSP430F5510單片機(jī)將檢測到的電力線路的狀態(tài)，通過顯示控制單元，點(diǎn)亮特殊的編碼的LED，進(jìn)行顯示。⑷MSP430F5510單片機(jī)，無線通信單元，3.3V供電。系統(tǒng)供電，采用兩種方式共同使用，一是磷酸鐵鋰電池，使用的是3.6V，6Ah，通過穩(wěn)壓電路供電；二是互感器取電，利用超級電容，通過TI的LDO芯片進(jìn)行電壓變換成3.3V，供故障指示器使用。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件的核心是使MSP430F5510單片機(jī)，超低功耗狀態(tài)，利用優(yōu)化后的數(shù)據(jù)算法，保證故障指示器的正常功能，達(dá)到檢測電力線路故障的目的。

主要采用：⑴在沒有檢測到電力線路故障的情況下，關(guān)斷無線通信單元，將MSP430F5510相應(yīng)的GPIO端口通過內(nèi)部控制下拉到地，降低功耗。⑵MSP430F5510AD單片機(jī)的參考電壓，使用AVCC，關(guān)斷AVref，降低參考電流消耗。⑶單片機(jī)啟動(dòng)后，將所有無關(guān)GPIO端口下拉到地，降低功耗。⑷關(guān)閉MSP430F5510USB功能，降低功耗。⑸關(guān)閉MSP430F5510測量溫度功能，降低功耗。⑹將MSP430F5510設(shè)置為LPM3低功耗模式，通過外部比較器，觸發(fā)故障指示器的檢測功能。

4 故障指示器功耗實(shí)際測試

實(shí)際參數(shù)如下：⑴MSP430啟動(dòng)，所有GPIO輸出置低，關(guān)閉USB功能，進(jìn)入LPM3模式，功耗：4.93uA，此時(shí)是在無線模塊標(biāo)稱LDC狀態(tài)下，功耗1uA，此時(shí)CPU模式使用內(nèi)部時(shí)鐘。⑵MSP430芯片驅(qū)動(dòng)初始化，GPIO初始化，未連接無線模塊，進(jìn)入LPM3模式，功耗5.9uA，此時(shí)包括無線模塊LDC模式1uA。⑶完整測試，帶AD采樣，使用Avref做基準(zhǔn)，每周波采樣10點(diǎn)，功耗43.9uA，此時(shí)使用內(nèi)部基準(zhǔn)需要增加22uA功耗。⑷完整測試，帶AD采樣，使用AVCC做基準(zhǔn)，每周波采樣10點(diǎn)，功耗25.8A。⑸完整測試，帶AD采樣，使用AVCC做基準(zhǔn)，每周波采樣10點(diǎn)，關(guān)閉芯片內(nèi)部測量溫度功能，功耗19.86A，此時(shí)關(guān)閉溫度測量內(nèi)部基準(zhǔn)節(jié)省功耗3.5uA。

經(jīng)過分析計(jì)算后：⑴磷酸鐵鋰電池容量6Ah，使用年限分析如下：磷酸鐵鋰電池漏電流按照每年電池容量2%計(jì)算，磷酸鐵鋰電池，受高溫，低溫，電池出廠時(shí)容量的不一致性影響，實(shí)際的使用容量按照標(biāo)稱值50%容量，即3Ah計(jì)算。

⑵整個(gè)故障指示器，實(shí)際功耗為MSP430單片機(jī)在LPM模式自身功耗25.8uA，系統(tǒng)無線通信功能每25秒啟動(dòng)一次，持續(xù)7.8ms，功耗18mA，平均計(jì)算下來，增加功耗為7.8/（25*1000）*18*1000=0.000312.* 18*1000=5.616uA.即正常運(yùn)行，平均功耗為25.8uA+5.6uA=31.4uA。我們下面按照32uA計(jì)算實(shí)際使用年限。

⑶不計(jì)算漏電流2%。3Ah可使用年限為：

3*1000*1000/32=93750h（可使用93750小時(shí)，折合時(shí)間為10.702年）

按照每年漏電流2%計(jì)算，如下：

（每年固定電量消耗32uA*365*24=0.28032Ah，漏電流平均按照年初容量的1.8%計(jì)算）

第一年末0.28032Ah+6A*1.8%=0.388326-0.38832=5.61168

第二年末0.28032Ah+5.6A*1.8%=0.381125.61168-0.38112=5.23056

第三年末0.28032Ah+5.2*1.8%=0.373925.23056-0.37392=4.85664

第四年末0.28032Ah+4.86A*1.8%=0.36784.85664-0.3678=4.48884

第五年末0.28032Ah+4.49A*1.8%=0.361144.48884-0.36114=4.1277

第六年末0.28032Ah+4.1A*1.8%=0.354124.1277-0.35412=3.77358

第七年末0.28032Ah+3.77A*1.8%=0.348183.77358-0.34818=3.4254

第八年末0.28032Ah+3.4A*1.8%=0.341523.4254-0.34152=3.08388 按照以上推算，故障指示器在倉庫放置8年之后還能正常使用。

[參考文獻(xiàn)]

[1]參考DLT721-2000配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)遠(yuǎn)方終端.

[2]胡大可.MSP430系列超低功耗16位單片機(jī)原理與應(yīng)用.出版社：北京航空航天大學(xué)出版社，出版日期：2000年6月.

[3]沈建華.MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用.出版社：清華大學(xué)出版社，出版日期：2004年11月1日.

[4]李文輝.基于MSP430單片機(jī)的超聲波倒車?yán)走_(dá)監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì).蘭州理工大學(xué)電氣工程與信息工程學(xué)院.2010年09月26日.