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單片機開發

智能供電系統設計


基于單片機技術的智能供電系統設計

為了保證生產設備在突然斷電后能夠快速的給電,并且保證設備正常運轉。我們采用單片機技術設計了一個能夠自動供電的智能系統,這個系統可以隨時監控供電系統一次設備的運行狀態和計量一次系統電氣參數,保證供電系統安全、可靠、優質和經濟合理地運行。早期的供電系統大多數都是利用多個儀表儀來控制的,這種系統的靈敏度差,而且誤差率也比較大。我們采用的單片機技術來實現這一系統,它的有點是性能可靠、低功耗并且是可編程的智能系統。本系統采用的是的8位AVRR工Sc單片機,該芯片還具有比較豐富的片上資源,其內部集成了128KB的Flash存儲器、4KB的E2PROM、53個可編程I/0口線和8路1O位A/D轉換通道,用于供電系統測控時可以省去擴展程序存儲器和A/D轉換器,也可以把終端的采集數據存儲到單片機本身的EZPROM中。使測控系統結構緊湊,速度更快、功能更強、可靠性更高、造價也更低。

一、智能供電系統的概要設計

智能供電測控系統以單片機為核心,由電壓互感器和電流互感器取得一次系統的電壓和電流。通過單片機內置A/D轉換器將模擬量轉換成數字量,采用相應算法編程運算得到一次系統的電壓、電流、功率等電氣參數。由于單片機的A/D轉換器在同一時刻只能對1路模擬量采樣保持,而計算功率要求對電壓和電流2路模擬量同時采樣,所以增加l路LM398采樣保持器。由帶光電隔離的開關量輸入、輸出回路監測一次系統開關量的狀態,并對一次系統開關的通斷進行控制。由單片機串行口通過Rs_—_422轉換器連接Rs一422網絡實現與上位機的通信。鍵盤、顯示器模塊實現對測控系統的設置和操作,由顯示回路接動態LED顯示器實現數據的本地顯示。

二、智能供電系統硬件設計

2.1一次側電壓、電流的測量

電壓、電流的測量選用立式穿芯小型精密交流電壓、電流通用互感器,這種通用型互感器是由2個相同副線圈構成的電流互感器。測量精度高,采樣范圍寬,應用也較靈活。但電壓互感器實質上是在一次側接了限流電阻的電流互感器,所以,它和電流互感器一樣要求二次側不能開路。其輸出信號為電流,首先應經過I/U變換。將電流信號轉換為電壓信號。最簡單的I/u變換器是一個精密電阻。但測量精度不高,可在電壓互感器二次側接一個運算放大器,其測量相移不大于5’。這樣既能減小測量的相移,又能提高測量的線性度。電壓互感器一次側接工頻220V額定電壓,兩側的額定電流6mA。電流互感器二次繞組是并聯的.也可以將它們改成串聯接線以提高一次電流的測量范圍。電流互感器中R,取200Q,當一次側輸入電流為9A時,二次側輸出電流為額定電流6mA,輸出電壓為1.2V。

2.2開關的設計

在供電測控系統中,開關量的輸入是通過讀外部設備觸點的通斷狀態實現的。根據控制功能要求將邏輯運算結果通過開關量輸出回路輸出相應的控制信號,以實現外部設備合閘或跳閘控制。為了防止外部設備高電壓損壞單片機系統,使用光電隔離器件將單片機的輸入、輸出隔離開,一方面使干擾信號不得進入單片機系統。另一方面單片機系統本身的噪聲也不會以傳導的方式傳播出去,從而有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾,使傳輸通道的信噪比大幅提高。

(1)輸入回路。開關信號S由按鈕、繼電器、接觸器等電器的觸點通斷所產生,光耦輸端的集電極A點電平與開關S。邏輯關系相反,適當選擇R,的阻值,使電平符合最低電平要求,將信號接到單片機PB口構成開關信號輸人電路。

(2)輸出回路。單片機輸出信號經光耦合器控制繼電器線圈的電路。繼電器為小電流中間繼電器,其線圈工作電流較小一般為幾十毫安。可以南光敏三極管直接驅動,再通過該中間繼電器的觸點控制大電流回路。限流電阻,與繼電器線圈并聯一只二極管,其作用是當線圈斷電時為線圈電流提供一個通路,避免當電流突變時產生高電壓而擊穿光敏極管。單片機的2個管腳分別輸出O和l時,光耦才能導通使繼電器K閉合。這樣可以提高抗干擾能力。

三、智能供電系統軟件設計

系統軟件完成的主要功能:系統初始化,電壓、電流模擬量采集和數據運算。開關量信號采集,開關量輸出控制,故障判斷。軟件采用C語言編程,C語言開發速度快、可讀性、可移植性好;對實時性要求較高的部分采用匯編語言,提高運行速度。A/D轉換器直接測量的是互感器二次側電壓、電流分別疊加偏移量以后的瞬時值,要先換算出一次側電壓、電流的瞬時值,然后通過程序計算得出一次側電壓、電流的有效值及有功功率和無功功率的平均值。每個工頻交流電周期內對交流電壓進四次次采樣。系統加電后首先初始化設置。然后打開中斷.在中斷中進行A/D數據采集,存儲數據.再對已經采樣存人ATmega128內存的數據進行運算并存入CPU對電流進行判斷,并與設定值比較,判斷是否發生故障.然后運用故障定位算法迅速定位故障.并進行分合閘操作。通過通信程序實現與主站的通信,主要包括數據上報、整定參數值下發等。程序編制完成后,可利用單片機自帶的JTAG接口進行程序的調試,系統開發簡單方便。

結語

采用單片機進行供電測控系統設汁,不僅采集速率高。而且傳輸速度快,控制實時性好。同時,該系統還具有簡單易用、小型化、低成本、傳輸可靠等優點。對一般工業測控系統的設計有一定的指導和借鑒意義。

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