毕业论文-电力操作电源监控系统的设计与实现.doc

摘要摘 要电力操作电源监控是电力系统的重要设备，其性能和质量直接关系到电网的稳定运行和设备安全。随着计算机技术的高速发展，能否有效地对电力操作电源中的电压模块及电池的温度进行监视对电力网的综合效率和可靠性，满足电站自动化的需求，具有非常重要作用。本设计就电力操作电源的直流电流、直流电压、电池温度和三相交流电压进行了处理并通过单片机采集，最终实现当采集的数据出现问题时，单片机提示报警并有益于更好的监控。硬件部分主要AT89C51作为集中监控器，采用AD0809对电压进行采集并检测，采用18b20温度传感器测电池温度，通过LM4229LCD240128液晶显示，当温度及各路电压出现异常情况时，声光电路报警，并在液晶相应位置了出现提示，通过编程实现对整个系统的控制。关键词：电力操作电源 AD0809 LCD240128液晶IAbstractAbstractOperation of the power supply monitoring is an important equipment of power system, its performance and quality directly related to the stable operation of power network and equipment safety. With the rapid development of computer technology, the effectiveness of the electric operating power supply voltage module and battery temperature monitoring on power network comprehensive efficiency and reliability, to meet the demand of power station automation, has a very important role.The design of power supply operation of the DC current, DC voltage, battery temperature and three-phase AC voltage is processed through the SCM acquisition, final implementation when collecting data when problems arise, MCU alarm and is beneficial to the better monitoring.The hardware part of the main AT89C51 as centralized monitor, using AD0809voltage acquisition and detection,18B20 temperature sensor with sensing battery temperature, through the LM4229LCD240128liquid crystal display, when the temperature and various voltage abnormality, an acousto-optic alarm circuit, and liquid crystal corresponding position prompted, programmed to realize the control of the entire system.Keywords: Operation of the power supply monitoring; AD0809; LM4229LCD24012853目录目 录摘要IAbstractII1绪论11.1单片机的应用1 1.2电力操作电源监控系统的意义4 2设计方案论证5 2.1功能要求52.2方案确定52.2.1单片机芯片的选择方案与论证52.2.2显示模块选择方案和论证52.2.3整流电路选择方案和论证62.2.4温度传感器选择方案和论证7 2.3电路设计最终方案确定73主控制器和外围器件7 3.1 单片机STC90C51介绍8 3.2 温度传感器DS18B20介绍9 3.3 AD0809介绍11 3.3.1 AD0809的逻辑结构11 3.3.2 AD0809的工作原理113.3.3 AD0809应用说明13 3.4 液晶LM422913 3.4.1 LM4229各管脚功能13 3.4.2 LM4229的时序143.5 “银天使”S2电源变压器介绍15 3.5.1 S2电源变压器的特点15 3.5.2 S2电源变压器的额定电压153.5.3 S2系列标准产品的外形图、安装尺寸及详细技术参数164系统硬件设计19 4.1 电路设计框图19 4.2 系统概述194.3 Protel99SE194.3.1 电路工程设计部分204.3.1 电路仿真与PLD部分204.3.1 Protel99SE的功能特性204.3.1 Protel编辑页面20 4.3 模块电路21 4.3.1 电源设计21 4.3.2 复位电路21 4.3.3 晶振电路224.3.4 直流电压电路234.3.5 直流电流电路234.3.6 三相电压采集电路244.3.7 AD0809采集电路254.3.8 液晶显示电路264.3.1 声光报警电路26 5系统软件设计28 5.1 主程序流程图285.2 编程软件介绍296硬件焊接及软件调试30 6.1 硬件布局及电路焊接30 6.2 通电前测试31 6.3 通电后测试317结论32致谢33参考文献35附录1硬件电路图36附录2主程序源代码37河北工程大学毕业设计说明书1 绪论电力操作电源(220V、110 V)系统在现代动力系统中占有重要的地位，主要用于发电厂、变电站中，作为直流机构(分、合闸)、继电保护、信号、自动控制、事故照明、仪器仪表以及应急事故负荷等的重要电源。其性能和质量直接关系到电网的稳定运行和设备安全。随着功率半导体技术、计算机控制技术和超大规模集成电路生产工艺的飞速发展，80年代末高频开关电源开始进入了实用期，到90年代逐渐成熟。高频开关电源具有稳压、稳流精度高，体积小，重量轻、效率高，输出及谐波失真小、自动化程度高等优点，自90年代开始一些西方国家新建的发电厂和变电站已逐步采用高频开关直流电源，蓄电池已都采用阀控式密封铅酸蓄电池。国内电力系统使用的电力操作电源大部分还是采用相控电源，相控电源纹波、高次谐波干扰大，效率较低及体积庞大，监控系统不完善，难以实现电池充放电智能管理。为了提高我国电力网的综合效率和可靠性，目前，我国电力操作电源的发展正以高频开关变换技术为基础，其趋势可概括为高频化、高效率、大功率、无污染和模块化。在管理方式上，结合计算机技术、总线技术的发展，形成多级计算机网络集中监控管理系统。对大容量的电力操作电源系统，采用多电源充电模块并联运行的模块化结构方式，更好地提高系统的可靠性和可维护性。电力操作电源监控系统的主要任务是：对系统中各功能单元和蓄电池进行长期自动监测，获取系统中的各种运行参数和状态。根据测量数据及运行情况实时进行处理。并以此为依据进行控制，实现电力操作电源系统的全自动精确管理，提高电力操作电源系统的可靠性，保证其工作的连续性安全性和高可靠性。工作人员只需在监控控制室就可了解到现场工作状况，实现变电站无人值守。1.1 单片机的应用在日新月异的21世纪里，家用电子产品得到了迅速发展。许多家电设备都趋于人性化、智能化，这些电器设备大部分都含有CPU控制器或者是单片机。单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统、通讯设备、日常消费类产品和玩具等。并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各个方面，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器（冰箱、空调、彩电）等。用单片机来控制的小型家电产品具有便携实用，操作简单的特点。 单片机的应用有利于产品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质量，改善劳动环境，减少能源和材料消耗，保证安全等。 但是，单片机应用的意义绝不仅限于它的广阔范围以及所带来的经济效益上，更重要的意义还在于：单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须有模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能使用单片机通过软件（编程序）方法实现了。这种以软件取代硬件并提高系统性能的控制系统“软化”技术，称之为微控制技术。微控制技术是一种全新的概念，是对传统控制技术的一次革命。随着单片机应用的推广普及，微控制技术必将不断发展、日益完善和更加充实。单片机的广泛发展逐渐渗透到我们生活的各个领域，给我的学习、工作、生活都带来了很大的便利，单片机的广泛应用使我们的生活更加智能化、更有效率、还可以给我们带来无限的乐趣，正是如此的便利，才使其飞速的发展，电子技术的不断发展使其成本不断在缩减，使其成为质优价廉的智能化微控制器，更加推动了其发展。电子计算机的发展经历了从电子管，晶体管，集成电路到大（超大）规模集成电路共四个阶段，即通常所说的第一代，第二代，第三代和第四代计算机。现在广泛使用的微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，因此它属于第四代计算机，而单片机则是微型计算机的一个分支。从1971年微型计算机问世以来，由于实际应用的需要，微型计算机向着两个不同的方向发展；一个是向高速度，大容量，高性能的高档微机方向发展；而另一个则是向稳定可靠、体积小和价格廉价的单片机方向发展。但是两者在原理和技术上是紧密联系的。1971年微处理器的研制成功不久，就出现了单片的微型计算机即单片机，但最早出现的单片机是一位的，1976年Intel公司推出了8位的MCS-48系列单片机，它以体积小、控制功能全、价格低等特点，赢得了广泛的应用和好评，为单片机的发展奠定了坚实的基础，成为单片机发展史上一个重要阶段，其后，在MCS-48成功的刺激下，许多半导体芯片在生产厂商竞相研制和发展自己的单片机系列。80年代末，世界各地已相继研制出大约50个系列300多个品种的单片机产品，其中包括Motorola公司的6801，6802，Zilog公司的Z-8系列，Rockwell公司的6501，6502等，此外，日本的NEC公司，日立公司等也不甘落后，相继推出了各自的单片机品种。尽管目前单片机的品种很多，但是我过使用最多的是Intel公司的MCS-51单片机系列。MCS-51系列是在MCS-48的基础上于20世纪80年代初发展起来的，虽然它是8位的单片机，但其功能较MCS-48有很大的增强。此外，它还具有品种全，兼容性强，软硬件资料丰富等特点，因此应用愈加广泛，成为比MCS-48更重要的单片机品种，直到现在，MCS-51仍不失为单片机的主流系列。继8位单片机之后，又出现了16位单片机，1983年Intel公司推出的MCS-96系列单片机就是其中的典型代表。与MCS-51相比，MCS-96不但字长增加一倍，而且在其他性能方面也有很大的提高，特别是芯片内还增加了一个4路或8路的10位A/D转换器，使其具有A/D转换的功能。纵观单片机近30年的发展历程，单片机今后将向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、低价格、外围电路简单化以及片内存储器容量增加的方向发展。但其位数不一定会继续增加，尽管现在已经有了32位单片机，但使用的并不多。自单片机出现至今，单片机技术已走过了近20年的发展路程。纵观20年来单片机发 展历程可以看出，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发 展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。在工业自动化的领域中，机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、微电子和计算机技术于一体的综合技术中，单片机将发挥越来越大的作用；仪器仪表方面 现在仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高，对此最好使用单片机来实现，而单片机的使用又将加速仪器仪表向数字化，智能化，多功能化和柔性化方向发展。此外，单片机的使用还有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构、减小体积及重量而易于携带和使用，并具有降低成本，增强抗干扰的能力，便于增加显示、报警和自诊断等功能；家用电器方面，家用电器产品的一个重要发展趋势是不断提高其智能化程度，而家电智能化的进一步提高就需要有单片机的参与，所以生产厂家常标榜“电脑控制”以提高其产品的档次，例如洗衣机，电冰箱，空调机，微波炉，电视机和音像视频设备等，这里说的电脑实际上是单片机。智能化家用电器将给我们带来更大的舒适和方便，进一步改善我们的生活质量，把我们的生活变的更加丰富多彩；信息和通信产品方面信息和通信产品的自动化和智能化程度很高，这绝对离不开单片机的参与。今天还很难有一家中国大陆的公司能在如此浩大的单片机市场上占有一席之地，这不能不说是我国电子工业的悲哀。另一方面，如此琳琅满目、让人眼花缭乱的单片机品种，着实给单片机应用的工程师提供了巨大的选择空间。这么多种单片机能进入中国市场，这一事实就说明了我们的应用工程师已经能够综合各类单片机的性能、价格等方面的因素，并结合实用对象进行选择。较过去以剖析、复制外国产品为主的思路有了相当的改进。随着我国经济实力的增长，开发新产品的思路上过去那种过多注重价格因素而使新产品开发上不了档次的弱点有所改善，开始注意使用当前最先进的单片机开发高档次产品。由于单片机的开发手段目前仍以仿真器为主，公司能否提供廉价的仿真器，提供方便的技术服务与培训，较之能否提供高性能、低价位的单片机有着同等重要性。各单片机厂商在开发工具以及技术服务方面也进行着激烈的竞争，这种竞争与推出新型的单片机以显示高技术方面的优势是相辅相成的。竞争的结果是为单片机应用工程师提供更广阔的选择空间，而最终受益的是单片机产品的消费者。由于单片机对各行各业都有用，这种电子技术的进步导致各行各业的进步，也带动了人类文明的进步。1.2 电力操作电源监控系统的意义电力操作电源监控是电力系统的重要设备，其性能和质量直接关系到电网的稳定运行和设备安全。随着计算机技术的高速发展，能否有效地对电力操作电源中的电压模块及电池的温度进行监视对电力网的综合效率和可靠性，满足电站自动化的需求，具有非常重要作用。本设计通过单片机对电力操作电源的三相电压，直流电流，直流电压和蓄电池的温度进行自动检测和控制，对监控系统进行了监视满足了电力操作电源的自动化需求和安全需求，能够有效地提高电站的效率和资本的节约，对于未来的电站发展提供了一种趋势，简单可靠，不失为一种好的选择。通过单片机控制利于产品的小型化、多功能化和智能化，推动了智能化微控制器的发展，对于办公自动化具有重要的意义。2 设计方案论证2.1功能要求1、对电池温度的测量2、对三相交流电压的测量3、对直流电压测量4、对直流电流测量5、通过AD0809对电压采集6、通过液晶显示7、能够实现声光报警8、当被测量出现异常时，声光报警并在液晶相应位置出现提示2.2方案论证与比较初步设想思路方面有多种方案，要逐一论证比较其利弊，选择最优方式进行设计，以使得系统更加优化、更加稳定、更加质优价廉。2.2.1单片机芯片的选择方案与论证方案一: 采用89C51芯片作为硬件核心，采用Flash ROM，内部具有4KB ROM 存储空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术, 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二:STC90c51RC/RD+系列单片机是新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统的8051单片机，时钟周期和机器周期可以任意选择。它能够降低成本，提升性能，原有程序直接使用，硬件无需改动，能够扩展程序空间。本方案选择90C516单片机，具有更大的存储空间和RAM空间，利于程序的高速运行。2.2.2显示模块选择方案和论证方案一：采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,对于显示数字最合适,而且采用动态扫描法与单片机连接时,占用的单片机口线少。但是此种显示不能显示汉字，所以不采用此种显示方式。方案二：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示。方案三：采用240128液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见, 它主要由行驱动器与列驱动器组成，可显示240（列） 128（行）点阵。可完成图形显示，也可显示158个（1616点阵）中文汉字。也能形象的显示所需的数据量，能够准确体现采集量及故障显示等，利用单片机能容易控制，所以本方案采用液晶显示。2.2.3整流电路选择方案和论证方案一：半波整流：变压器的次级绕组与负载相接，中间串联一个整流二极管，就是半波整流。利用二极管的单向导电性，只有半个周期内有电流流过负载，另半个周期被二管所阻，没有电流。这种电路，变压器中有直流分量流过，降低了变压器的效率；整流电流的脉动成分太大，对滤波电路的要求高。只适用于小电流整流电路。方案二：桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电。如图：桥式整流电路的工作原理如下：e2为正半周时，对D1、D3加正向电压，Dl、D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、D1、Rfz 、D3通电回路，在Rfz 上形成上正下负的半波整流电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2Rfz 、D4通电回路，同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。 如此重复下去，结果在Rfz 上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。 半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。 桥式整流器利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。 桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。综上所述，本设计采用桥式整流电路整流。2.2.4温度传感器的选择方案与论证方案一: 用模拟集成温度传感器AD590。此温度传感器精度高，非线性误差小，电源范围宽，测温范围广，但是输出为正比于绝对温度的线性电流，需要附加外围电路进行电流输出的测量，电路比较复杂。方案二:用智能数字型传感器DS1B20。此温度传感器为单总线技术，串行与单片机进行数据传输，直接输出数字化温度数值，分辨率为0.0625，温度上下限可自行设定，测温范围也较宽，最远测量距离为150m，不需外围辅助电路。综上所述：方案二更为简单智能，占用单片机I/O资源更少，因此选择智能数字温度传感器DS18B20。2.3 电路设计最终方案确定综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 以单片机STC90C51为主控制器，通过桥式整流电路对三相电压整流，通过串联电阻对直流电压分压，并联电阻对直流电流分流，经过AD0809采集电压，通过240128液晶显示所采集的数据，当出现故障时，声光报警。3 主控制器和外围器件3.1单片机STC90C51介绍STC90C51RC/RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机。1 增强型8051单片机，6时钟机器周期和12时钟机器周期可任意选择，指令 代码完全兼容传统80522 工作电压：5.5V-3.3V3 工作频率范围：0-40MHz，相当于普通8051的0-80MHz，实际工作频率可 达48MHz4 用户应用程序空间：4K/8K/13K/16K/32K/40K/48K/56K/61K字节5 片上集成1280字节或512字节或256字节RAM6 通用I/O口（35/39个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向/弱上拉（普通8051传统I/O口）；P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻7 有EEPROM功能8 看门狗9 内部集成MAX810专用复位电路，外部晶体12M以下时，可省外部复位电路，复位脚可直接接地10. 共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用11. 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒12. 通用异步串行口（UART）,还可用定时器软件实现多个UART13. 工作温度范围：-40+85度/075度主要端口作用：P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器，P2口送出高八位地址。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。端口引脚的第二功能：l P3.0 RXD 串行输入口；l P3.1 TXD 串行输出口；l P3.2 INT0 外中断0；l P3.3 INT1 外中断1；l P3.4 T0 定时/计数器0；l P3.5 T1 定时/计数器1；l P3.6 WR 外部数据存储器写选通；l P3.7 RD 外部数据存储器读选通；3.2 温度传感器DS18B20介绍DS18B20单线数字温度传感器特性： l 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 l 简单的多点分布应用 l 无需外部器件 l 可通过数据线供电 l 零待机功耗 l 测温范围-55+125，以0.5递增 l 温度以9位数字量读出 l 温度数字量转换时间200ms（典型值） l 用户可定义的非易失性温度报警设置 l 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件 l 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统 说明： DS18B20数字温度计以9 位数字量的形式反映器件的温度值。 DS18B20通过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器和DS18B20之间仅需一条连接线（加上地线）。用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。因为每个DS18B20都有一个独特的片序列号，所以多只DS18B20可以同时连在一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方。这一特性在HVAC环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监测和控制等方面非常有用。 引脚说明 ：1 GND 接地 2 DQ 数据输入/输出脚。对于单线操作：漏极开路3 VDD 可选的VDD 引脚。 DS1820有三个主要数字部件：.64位激光ROM.温度传感器.非易失性温度报警触发器TH和TL。器件用如下方式从单线通讯线上汲取能量：在信号线处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。DS18B20也可用外部5V电源供电。DS18B20依靠一个单线端口通讯。在单线端口条件下，必须先建立ROM 操作协议，才能进行存储器和控制操作。因此，控制器必须首先提供下面5 个ROM 操作命令之一：.读ROM.匹配ROM.搜索ROM.跳过ROM.报警搜索这些命令对每个器件的激光ROM部分进行操作，在单线总线上挂有多个器件时，可以区分出单个器件，同时可以向总线控制器指明有多少器件或是什么型号的器件。成功执行完一条ROM 操作序列后，即可进行存储器和控制操作，控制器可以提供6 条存储器和控制操作指令中的任一条。 一条控制操作命令指示DS18B20完成一次温度测量。测量结果放在DS18B20的暂存器里，用一条读暂存器内容的存储器操作命令可以把暂存器中数据读出。温度报警触发器TH和TL各由一个EEPROM字节构成。如果没有对DS18B20使用报警搜索命令，这些寄存器可以做为一般用途的用户存储器使用。可以用一条存储器操作命令对TH和TL进行写入，对这些寄存器的读出需要通过暂存器。所有数据都是以最低有效位在前的方式进行读写。3.3 AD0809介绍3.3.1 AD0809的逻辑结构ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据3.3.2 AD0809的工作原理IN0IN7：8 条模拟量输入通道 ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放 大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采 样保持电路。 地址输入和控制线：4条 ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE 线为高电平时，地址锁存与译码器将A， B，C 三 条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的 通道的模拟量进转换器进行转换。A，B 和C 为地 址输入线，用于选通IN0IN7 上的一路模拟量输 入。通道选择表如下表所示。 C B A 选择的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 数字量输出及控制线：11 条 ST 为转换启动信号。当ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D 转 换；在转换期间，ST 应保持低电平。EOC 为转换结束信号。当EOC 为高电平时，表明转 换结束；否则，表明正在进行A/D 转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向 单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状 态。D7D0 为数字量输出线。 CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟点阿鲁必须由外界提供， 通常使用频率为500KHZ， VREF（），VREF（）为参考电压输入。3.3.3 AD0809应用说明（1） ADC0809 内部带有输出锁存器，可以与AT89S51 单片机直接相连。 （2） 初始化时，使ST 和OE信号全为低电平。 （3） 送要转换的哪一通道的地址到A，B，C 端口上。 （4） 在ST 端给出一个至少有100ns 宽的正脉冲信号。 （5） 是否转换完毕，我们根据EOC 信号来判断。 （6） 当EOC变为高电平时，这时给OE 为高电平，转换的数据就输出给单片机了。3.4 液晶LM42293.4.1 LM4229各管脚功能LM4229管脚功能如图所示：一共20个管脚，一个一个搞定它，个人认为把管脚认识了，这个元件就熟悉一半了1.VSS：GND2.VDD：VCC（LCD供电电源）3.vo： LCD背光调节电压4.C/D：WR=0、C/D=1 写命令 WR=0、C/D=0 写数据 RD=0、C/D=1 读状态 RD=0、C/D=0 读数据5.RD： 读，低电平有效6.WR： 写，低电平有效7.D0-D7：数据总线15.CE：使能，低电平有效16.RST：复位，低电平有效17.VEE：LCD负电压18.MD2：方式选择19.FS1：终端字体大小选择20.HALF：Half Function (H=Normal L=Stop oscillation 停止振动)3.4.2 LM4229的时序操纵时序：D7-D0三态数据总线/RD输人低电平有效，计算机对4229 的读操作信号/WR输人低电平有效，计算机对4229 的写操作信号/CE输人低电平有效，计算机对4229C/D输人通道选择信号，C/D=1 指令通道，C/D=0 数据通道工作时序：3.5 “银天使”S2电源变压器介绍3.5.1 S2电源变压器的特点1全封闭印刷线路板直接焊接安装，使用方便、外形美观；2结构紧凑、坚固、抗振、防潮、阻燃、抗电强度高；3空载电流小，功率因数高，输入过电压范围宽；4与 T 系列相比，具有更高的可靠性，更宽的环境适应能力；5内置温度保护器，使用更安全。3.5.2 S2电源变压器额定电压（1） ADC0809 内部带有输出锁存1标准系列：初级：220V25% 50Hz/60HZ次级：单路输出：6V, 7.5V, 9V, 12V, 15V, 18V, 21V, 24V, 27V；双路输出：2 26V, 7.5V, 2 29V, 12V, 215V, 218V, 221V, 224V, 227V。2非标系列：可按用户要求定制。3.5.3 S2 系列标准产品的外形图、安装尺寸及详细技术参数4 系统硬件设计4.1电路设计框图三相电压直流电压直流电流电池温度AD080990C51单片机液晶屏声光报警4.2 系统概述本电路是由90C51单片机为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，高性能，完全具有传统51单片机的性能，增大了程序存储空间；三相电压采集使用了桥式整流电路，能够稳定的把交流电整流到直流电，再通过滤波分压方法采集；温度采集使用了18b20采集温度，简单实用；通过AD0809对各项电压采集传送到单片机，并通过液晶LM4229显示，最终实现电压采集，温度采集当出现故障时出现声光报警。硬件的结构和可靠性直接影响着整个系统的可靠性，所以合理的安排电路能提高电子产品的性能。4.3 Protel99SEProtel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层。4.3.1电路工程设计部分(1)电路原理设计部分（Advanced Schematic 99）：电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。 （2）印刷电路板设计系统（Advanced PCB 99）：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。 （3）自动布线系统（Advanced Route 99）：本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。4.3.2电路仿真与PLD部分（1）电路模拟仿真系统（Advanced SIM 99）：电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。 （2）可编程逻辑设计系统（Advanced PLD 99）：可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。 （3）高级信号完整性分析系统（Advanced Integrity 99）：信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。4.3.3 Protel99SE的功能特性1、开放式集成化的设计管理体系2、超强功能的修改与编辑功能3、强大的设计自动化功能4.3.4 Protel编辑页面4.4模块电路4.4.1电源设计在这里因设计分工和侧重点不同，电源模块用通用的5v变压器。4.4.2复位电路单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。在电路图中，电容的的大小是10uF，电阻的大小是10k。所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V），需要的时间是10K*10UF=0.1S。也就是说在电脑启动的0.1S内，电容两端的电压时在03.5V增加。这个时候10K电阻两端的电压为从51.5V减少（串联电路各处电压之和为总电压）。所以在0.1S内，RST引脚所接收到的电压是5V1.5V。在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。所以在开机0.1S内，单片机系统自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右）。4.4.3晶振电路单片机必须在时钟的驱动下才能进行工作。MCS-51系列单片机内部都有一个时钟振荡电路，只需外接晶振源，就能产生一定频率的时钟信号送到单片机的内部的各个单元，决定单片机的工作速度。图4-3就是内部时钟工作方式的电路图，这是一种常用的方式。这种方式是外界振荡源，本设计就采用这种外接晶振的方法。电路中的两个电容的作用有两个：一是帮助振荡器起振（C1 C2的值大，起振的速度慢；反之，速度快。）；二是对振荡器的频率起到微调的作用（C1 C2的值大，频率略有减少，反之，频率略有提高）。C1 C2的值采用33pF。4.4.4直流电压电路本电路需要测量220v的直流电压，考虑到AD0809需要小的模拟量需要将220v的直流电压分压到小电压，需要通过串联电阻直接分压到05V即可。所测模拟电压 U1=4/(216+4)*220v=4v .4.4.5直流电流电路10A直流电流通过三个并联电阻分流即可得到相应的可测电压模拟量，通过AD转换电路测量即可测得相应的电压。所测电压 U2=10/3*1=3.33v4.4.6三相电压采集电路整流桥的作用就是能够通过二极管的单向导通的特性将电平在零点上下浮动的交流电转换为单向的直流电，当人们想把交流电变成直流电是就需此电路。桥式整流器是由多只整流二极管作桥式连接，外用绝缘塑料封装而成，大功率桥式整流器在绝缘层外添加金属壳包封，增强散热。桥式整流器品种多，性能优良，整流效率高，稳定性好，最大整流电流从0.5A到50A，最高反向峰值电压从50V到1000V。通过电源变压器S2直接将交流电压变压到较小的电压，然后通过整流桥电路整流滤波得到稳定的直流电压，然后通过串联电阻分压即可得到相应的电压，然后接入AD0809采集，再通过单片机控制并检测。4.4.7 AD0809采集电路ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。本电路通过分时对ALE给高电平，通过A、B、C三条地址线锁存经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0IN4即可测得所需的5个模拟电压。ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件，且有参考电压为REF+，当八位二进制数最大为11111111即转换为十进制数为255时，代表此时的输入电压为REF+（一般是5V），由于ADC0809的参考电压VREFVCC，所以转换之后的数据要经过数据处理，在数码管上显示出电压值。实际显示的电压值(D/256*VREF)。4.4.8液晶显示电路本电路各个相应的引脚和单片机相连，数据总线和单片机P0口相连，背光电源用滑动变阻器调节亮度，通过控制读写操作对液晶控制。4.4.9声光报警电路单片机上电P33口为高电平，LED灯不亮，蜂鸣器不响，当系统检查的数据出现异常时，给P33口一个低电平，LED灯亮，蜂鸣器响，从而实现声光报警功能。5 系统软件设计5.1主程序流程图开始端口初始化液晶初始化AD初始化温度异常三项电压异常直流电压异常直流电流异常液晶正常显示液晶错误提示声光报警河北工程大学毕业设计说明书5.2编程软件介绍Keil uVision2是德国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，使用接近于传统C语言的语法来开发，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用,而且大大的提高了工作效率和项目开发周期,他还能嵌入汇编，您可以在关键的位置嵌入，使程序达到接近于汇编的工作效率。KEILC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51编译器的功能不断增强， 使你可以更加贴近CPU本身，及其它的衍生产品。C51已被完全集成到uVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision2 IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面，使您能在很短的时间内就能学会使用keil c51来开发您的单片机应用程序 。 另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。6硬件焊接及软件调试电路图设计理论上通过之后，就要动手焊接硬件电路了，但是焊接之前必不可少的就是合理的布局，这个不仅使系统更加可靠，而且使得实物视觉效果上更美观，看起来更舒服。6.1 硬件布局及电路焊接一般先放置与机械尺寸有关的固定位置的元器件,再放置特殊的和较大的元器件,最后放置小元器件。同时,要兼顾布线方面的要求,高频元器件的放置要尽量紧凑,信号线的布线才能尽可能短,从而降低信号线的交叉干扰等。电源插座、开关、万用板之间的接口、指示灯等都是与机械尺寸有关的定位插件。通常,电源与万用板之间的接口放到万用板的边缘处,并与万用板边缘要有3 mm5 mm的间距;指示发光二极管应根据需