6．时钟设计
由于系统要求在各参数异常时记录故障信息，该故障信息除包括故障类别外，还包括故障发生时的时间，因此，系统还需要设计实时时钟电路。考虑系统的体积、功耗、价格等综合因素，本系统选用了菲利普公司生产的具有串行I2C总线结构的PCF8563作为系统时钟，该时钟电路具有外围电路简单、操作简单、功耗低、等特点，为保证系统的时间的连续性、实时性，本电路设计了一个3.6V/60mAh直流充电电池并设计了简单的涓流充电回路，如下图所示。
7．存储器设计
因为本系统中需要存储一定深度的故障信息以及系统参数、保护参数等，所需存储空间较大，所以我们选择了同样是IIC总线结构的具有32KB的AT24C256作为本设计的存储器。与CPU的接口图如下图所示，这样设计的优点是节省CPU的I/O口。
8．控制输出设计
控制输出是CPU根据参数的测量、状态判断后向用户提供只报警不停机、停机信号的保护信号，如下图所示。它由单片机的P2.4口来驱动，当保护器检测到故障后，P2.4输出低电平，使光电隔离器导通，经过三极管的功率放大使继电器吸合，从而送出保护触点。
9．通信电路
系统还设计了RS-485总线标准的通信接口电路，设计中我们采用了价格低廉、结构简单、使用方便的75LBC184作为通信的电平转换芯片，75LBC184是具有瞬变电压抑制功能的差分收发器。为保证信号传输的可靠性以及防止长线传输给系统带来的干扰或其他信号，对通信电路采取了光电隔离措施，为保证至少达到20kbit/s的通信速度，光电耦合器选择了高速光耦PC400。
这里要注意的是，光耦两侧不能采用同一组电源，除了发送信号TXD、接收信号RXD需要隔离外，控制接收／发送状态的RE/DE信号也需要进行隔离处理。通信的原理图如下图所示。
另外系统还包括了电源的设计，本系统采用了由交流电经变压、整流、滤波、稳压而形成的直流电源。在本系统中采用了三端固定式的集成稳压器，主要有三组电源，其中两组5V电源，一组+12V电源，其中给CPU供电的+5V与其他两组电源隔离。
根据要求，设计的电机保护器的主程序流程图如下图所示，系统的初始化主要是片内RAM单元的初始化、标志位的初始化以及定时器、串口等资源的初始化。每个现场的电机参数在调试完毕后一般很少改动，这些参数都存放在非易失性的EEPROM中，而外部工艺元件运行的累计时间等数据也存放在EEPROM中，为后续数据处理的方便，开机后必须将这些数据调至RAM中。
为防止误操作，保证电机安全运行，各类参数的设置和密码的修改都必须在停机状态下进行。同时为防止启动电机前系统本身有故障，因此保护器在停机时对漏电信号、相序信号、环境温度、电机过热、过欠压信号等仍然进行检测，如发现故障，则根据故障的类别作出是立即报警、延时报警的处理，达到拒绝开机的保护效果。启动电机后我们还要增加电流量的测量，以判断出系统是否存在短路、缺相、三相不平衡、电机过载等故障，考虑电机启动电流一般是正常工作的5倍～7倍，因此，启动过程中，对短路、过载故障判断我们作了暂时屏蔽处理。电机正常运转后，各种外部工艺元件的运行时间都要计算，并与设定的维护时间进行比较，并作出是否报警的信号。这里还要说明的是，无论是在停机还是在运行的过程中一旦发生了故障，即使现场排除了故障，为安全起见，必须先按下解除闭锁键后才能再次开机。
通信功能的实现我们是通过定时向上发送采集到的最新数据，主程序流程图如上图所示，因此，该部分的程序在定时中断服务子程序中，这里我们不再叙述。
设计中的几个注意问题
1．电机过载反延时保护曲线的实现
根据电机工作特性和行业标准规定，当电机电流超过电机额定电流一定倍数时要进行延时保护停机，过载延时动作时间采用反时限曲线，即电流过载量小时，延时动作的时间长，而电流过载量大时，延时动作的时间短。为计算的方便在程序中我们将过载倍数与延时时间做成表格形式，使用查表法迅速找到其对应的延时保护停机时间。这里需要说明的是，过载延时时间是随着过载系数的变化而动态变化的。
2．数字滤波算法的运用
由于现场的电气工作环境比较恶劣，如果将各个信号经过采样直接进行比较处理，则很容易引起误动作，显然这样是不允许的。为此，对于不同的被测参数，采用了不同的滤波措施。
对于所有的模拟量的测量，首先进行双重数字滤波，具体是连续采样8个数据，然后进行排序，将最大的2个和最小的2个数据丢弃，再对中间的4个值取平均值作为本次对该模拟量的采集数据。由于，一次A/D转换的速度为几微秒，而且，所有的模拟量在被测量之前都已经调理为直流量，因此，上述滤波过程在时间上不会影响对参数的测量。尽管如此，由于8次连续测量和上述滤波处理过程仍然只有不到毫秒级的时间，因此，当现场干扰稍严重时，还是有误动作的现象存在。为此，在去除上述可能的尖峰干扰的基础上，根据不同的保护对象，还采用了不同的数字滤波措施。对于短路保护，一旦采集到异常数据，将在接着的60ms内连续定时采样6次，如果发现异常次数大于等于5次，则判定为短路故障，而对于过载延时过程中采到电流恢复到正常信号，则必须满足在连续的6次大循环（程序运行一周期为一个循环）采样中全部正常后，才清除过载的定时器值，取消过载标志。现场的测试证明这种滤波措施是非常有效的。
对于数字开关信号的测量，由于一般干扰的信号时间短，而且都是无源触点信号，本身动作极不频繁，因此滤波方法比较简单，我们采用了做标记的方法，即采集到有可能的报警信号后，并没有立即停机保护，而是迅速判断一下上次是否已经存在该可能的报警信号（标记），如原来已经存在标记，则作出报警处理的响应，如果原来没有标记，则本次只作标记，待紧接着的那次采样确认后，再作报警处理，如果，紧接着的那次报警逻辑已经变为正常，则撤销上次所作的标记。
3．精密电压基准源的应用
A/D转换器TLC2543的参考电压的指标，将直接影响测量的结果。为了提高A/D转换精度，设计采用了可微调的精密电压基准LM336-5.0作为TLC2543的参考电压。为防止受LM336-5.0前端电压信号波动的影响，确保电路的工作稳定，在LM336-5的输出端并联10μF和0.lμF的电容各一个。
4．硬件抗干扰措施
为确保保护器的电磁兼容性，在设计PCB板时将模拟地、数字地进行分开，并在各主要器件的电源和地引脚之间加耦合电容进行滤波。为保证外信号对本系统串入干扰信号，在各种开关信号输入部分、通信电路部分、输出控制部分均采用光耦与CPU部分的电路进行了隔离。
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