圖4　繼電器輸出原理圖

2　 軟件設計
　　由于本量度繼電器采用數字電路，核心元件采用的是32位單片機，運算速度快（時鐘頻率72MHz），保護算法都由軟件實現，因此，由同一電參量引申而出的保護功能可集成于一體（如測量三相電流可實現過載、欠載、不平衡、斷相、相序等多種保護），不像靜態繼電器那樣，不同的保護功能需要不同的模擬電路來實現，導致單個靜態繼電器往往只有一種保護功能。
2.1? 程序設計
　　本繼電器的軟件設計主要包括計算、保護、顯示、按鍵、通訊等各種功能子程序。其中計算子程序主要用于進行信號的采集和運算，實時測量保護對象的電參量；保護子程序主要集成有各種保護算法，將測量得到的各種參數與預先設定的值來進行對比，來確定是否有故障出現，及時進行保護；顯示、按鍵子程序用于人機交互；通訊子程序則用于將各種參量通過通訊接口遠傳給后臺控制系統。
　　由于程序內容較多，現給出主程序流程（圖5）和保護子程序流程圖（圖6）。

圖5　主程序流程圖

圖6　保護子程序流程圖

2.2? 過采樣
　　在本產品設計時，便定位于既可作為保護繼電器使用，又可作為低壓電測儀表使用，因此要求本產品的測量精度要高，但出于成本上的考慮，采用主控芯片STM32F103R8T6內部自帶的12位AD，為實現高精度的測量，需要在采樣上使用過采樣的技術。根據奈奎斯特定理可得，每增加一位分辨率，信號必須被以4倍的速率過采樣：f_os=4^w×f_s??。其中，w是希望增加的分辨率位數，f_s是初始采樣頻率要求，f_os是過采樣頻率。根據此公式，在采樣時將采樣頻率提高256倍，即將分辨率位數提高4位，達到了16位的分辨率。采用此方法后，本產品的測量精度達到0.5級，完全可以滿足作為測量型儀表的要求。由于CPU的速度很快，因此不會因為采用過采樣后，采樣點和運算量的增加而導致保護速度不夠。

3　 性能測試
3.1? 測量精度的測試（電流型）

圖7

　　試驗裝置由圖7所示，信號發生源采用深圳科陸公司的RTU檢定裝置CL301V2-R，精度等級0.05。由CL301V2-R輸出三相交流電流來測試ASJ的測量精度，測試結果見表1。

表1

　　由GB/T22264.1-200《安裝式數字顯示電測量儀表》第1部分：定義和通用要求中5.2 基本誤差的計算方法，結合表1測量數據可得，精度等級能夠滿足0.5級。
　　計算公式如下：
　　儀表的基本誤差不應超過公式（1）表示的測量值的絕對誤差△。

　　式中： U_x－被測量的讀數值；
　　　　　 U_m－被測量的滿度值；
　　　　　 a－與讀數值有關的誤差系數；
　　　　　 b－與滿度值有關的誤差系數；

　　公式（1）中應滿足如下關系：a≥4b