1336F-A040-AN-E​N 硬件设计

信号发生器的硬件功能模块主要包括电源模块、*控制模块、监测模块、信号发生模块、通信模块、指示灯模块。硬件设计原理框图如图2所示。

图21336F-A040-AN-E​N 硬件设计原理框图

信号发生器上电后，CPU即通过监测模块对IT系统的电压进行实时监测，测量出IT系统的交流频率。当系统发生对地绝缘故障时，信号发生器根据测量出的频率大小，确定测试信号的脉冲宽度以及脉冲频率，截取系统波峰，产生测试信号，轮流加到L1-PE、L2-PE间。由于发生绝缘故障，故障支路可等效为一较小电阻，连接IT系统发生故障的线路以及大地，形成电流回路，因此测试信号能在故障支路上产生测试电流。绝缘故障定位仪逐路巡检各支路时，在某支路上监测到此测试电流，即可判定此条支路为故障支路。本设计中，*控制模块选用ST的32位ARM-M3内核单片机STM32F103。该芯片处理速度快，zui高运行速度可达72MHz；具有丰富的片内外围资源，内部有20KB的片内RAM和多达64KB的FLASH闪存，带有多通道的12位A/D转化模块，以及多个SPI、C、CAN等通信接口，大大简化了外围电路的设计。

31336F-A040-AN-E​N 软件设计

信号发生器的控制程序由C语言编写，在程序设计中采用了结构化程序设计方法，便于程序代码的维护、移植和升级。系统上电后，首先完成各模块的初始化和自检，确保系统工作的可靠性；然后确定系统中各部分硬件电路正常后，自动进入正常工作模式。系统主程序流程如图3所示。

图31336F-A040-AN-E​N 系统主程序流程图

为了保障信号发生器运行准确与可靠，保证设备不会误动，软件上采用了特定的程序算法进行处理。

（1）数字滤波算法。信号发生器采用数字滤波算法滤除信号中谐波、噪声等干扰，只让有用的信号参与结果运算，从而使计算的结果更加精确可靠。

（2）1336F-A040-AN-E​N 系统交流频率自适应法。因为工作环境的多样性，工作电压不一定就是50Hz，实际中的电压频率可能更高或更低，因此要通过监测模块实时监测IT系统的交流频率。监测模块将比较L1、L2线间的电压，UL1＞UL2和UL1＜UL2的时间分别记为t1和t2。因为电压比较时存在一定的阈值电压，所以会存在t1＞t2或t2＞t1的现象。如果t1+t2=20ms（即系统交流频率为50Hz），出现系统对地绝缘故障时，就可在与之间截取一段宽度为0.4ms的脉冲，在与之间截取一段宽度为0.4ms的脉冲。

如图4所示，1336F-A040-AN-E​N 在系统电压的每个周期，信号发生器截取2次脉冲，分别在L1-L2的正半波波峰处（图4中第二行），以及L1-L2的负半波波峰处（图4中第三行）。若故障点在L1线上，则在L1-L2的负半波波峰处截取的脉冲波形可以在故障支路上表现为正，能被绝缘故障定位仪监测到；若故障点在L2线上，则在L1-L2的正半波波峰处截取的脉冲波形可以在故障支路上表现为正，能被绝缘故障定位仪监测到。

图4L1、L2间电压及截取的脉冲电压

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