【应用】长达8年使用期的小壁虎MCU实现故障指示器的智能保护

时间： 2016-11-16 来源：世强作者：落叶萧萧

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随着国家经济发展的不断壮大，我国电力事业近年来也得到了长足发展，电力线路和电网也随之越来越密集。然而由于环境、气候条件恶劣和雷电等自然灾害，以及外破、设备故障等自身损坏的原因，发生电力线路故障率较高。因此对故障进行报警指示，在电力线路等电力场合是十分重要的。

近年，随着工业4.0及智能化时代的到来，传统的电力故障指示器也向着智能化方向发展，现在市场上的智能故障指示器已频繁出现。智能故障指示器采用的故障检测技术，可根据各种实际线路自动动态整定故障特征值，不受线路结构、运行管理方式、地理环境、负载变化、运行时刻等因素的影响。其适用范围广，真正满足了不同用户的需要，因此已正式宣告了智能故障指示器时代的到来。

智能故障指示器一般由电流、电压和事件检测、故障判别、故障指示驱动、故障状态指示及信号输出和自动延时复位控制等部分组成。当线路发生短路或接地故障时，通过检测导线和空间电场电位梯度及电磁感应来检测线路电压及电流的变化，从而判别故障，给出故障指示，以下图一为智能故障指示器的结构框图。

图1：智能故障指示器框图

那么这个故障指示器需要我们的MCU具有哪些过人的性能指标呢？

首先，MCU应具有多通道ADC，采样频率4kHz，每个周期（20ms）多点平均采样，计算，判别；其次，电池供电，平均工作电流小，有效使用周期不低于8年；最后，丰富的SPI/UART接口，方便上传数据和控制。

SILICON LABS EFM32的混合信号32位 MCU能满足上述性能指标，其内置Cortex-M3 绿色核芯，电池寿命延长至原来的4倍。EFM32在性能、尺寸、成本和功耗方面还具有以下关键系统优势：

1）极低的活动模式功耗

在 32 MHz 和 3 V 条件下，EFM32运行实际代码时电流消耗仅为 150 µA/MHz。

2）减少处理时间

Cortex-M 架构的开发用于响应和功耗敏感型应用，比 8 位和 16 位 CPU 处理更高效。因此，执行任务只需更少的时钟周期，极大地缩短工作期。

3）快速唤醒时间

EFM32 MCU 最大程度减小深度睡眠模式与活动模式之间低效的唤醒期。由于工作和睡眠模式转换频繁，忽略唤醒时间或者唤醒时间过长都将会阻碍两种模式的有效转换。EFM32 已将深度睡眠的唤醒时间降低至2μs，确保 CPU 开始处理其任务前，耗能尽可能低。

4）超低的待机电流

EFM32 结合超低功耗技术和高效的功耗管理，在执行基本操作的同时，降低待机模式下的能耗。尽管其深度睡眠模式包括 RAM 和 CPU 保持、加电复位、掉电检测安全功能和实时计数器，而电流消耗仅为 900 nA。关闭模式仅消耗 20 nA。

5）外设自主操作

除了最低的工作和睡眠模式能耗，EFM32 外围设备在不使用 CPU 时，也可在低能耗模式下运行。使用自主外围设备，应用可以减少功耗，同时仍可执行非常高级的任务。

6）PRS—周边反射系统

无需使用 CPU，EFM32 即可直接将各外围设备相连接。在 CPU 处于睡眠状态时，外围设备可通过此系统产生信号，其他外围设备可接受此信号并立即对此做出反应。

7）低功耗传感器接口LESENSE
8）AES加密加速器
9）完善又便捷的生态系统

基于EFM32如此强大的功能，丰富的资源，安全，高效，全面，节能，应用在故障指示器中如虎添翼。故障指示器产品性能也将实现质的飞跃，未来或可引领电力检测技术的革新。

我们有理由相信，不管是应用EFM32或者其他高性能MCU，智能型的故障指示器都将成为未来智能电网不可或缺的组成部分。而且由于其安装简单，检测快速，精确，也必将会成为未来智能电网的中坚力量。

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