基于AT89C51的电源切换控制器的设计与实现

1、基于 AT89C51的设计与实现基于AT89C51的电源切换控制器的设计与实现摘要：介绍了基于A189C51的电源切换控制器的设计方案，从硬件结构，软件编制和抗干扰措施三方面进行了详细讨论。 试验和实际运行表明，该电源切换控制器性能优.价格低.可靠性高。关键词：AT89C51；电源切换控制器；工作模式0引言随着现代工业的发展和社会的进步，人们对供电持续性的要求已越来越高，如要求供电电源采用两路甚至两路以 上，一路为常用电源（如外线电源），另外的为备用电源（如内部的发电电源）.因此，需要一种能在电源之间进行自动切换 的装置，以保证某路正在使用的电源在出现故障时能自动切换到另外的正常电源上，保证供

2、电不问断或间断时间在允许的 范围内。该电源切换装置必须具有反应灵敏、工作可靠、功能齐全、声光指示等特点。传统的电源切换装置采用模拟信号 处理方式的控制器，反应不灵敏，可靠性不高，且工作模式固定、用一。也有采用数字信号处理方式的控制器，但这种系 统成本高，对工作环境要求苛刻。因此，设计出一种成本低、可靠性高、多工作模式、对工作环境没有特殊要求的电源自 动切换控制器，具有重要的现实意义.本文以单片机程序控制为基础构成的电源切换控制容，可以达到现实要求.1控制器组成和基本原理硬件原理方框图如图1所示。模数转换分闸介闸控制单片机功能状念选抒声光指示图1 硬件原理方框图B、C三相电压送人控制器，经过光电

3、耦合，实现强电与弱电的良好隔离以及冇效转换光电耦合器将每相电压进 行取样，然后送人模数转换器中，模数转换后的结果被爪片机读入。m片机根据用户键入的功能命令，对采集到的三相电 压与标准设定值进行押能判断，然后发出相应的分闸、合闸指令（或声光报警指令），经过接口电路，驱动继电器，使电源 切换开关作相应的动作。如：某相电压超过（或低于）規定的电压值（简称过压或欠压）时，应有相应的指示及声光报警，以 及根据用户设定的工作模式去自动切换电源，切换由继电器带动开关来实现。最后，单片机还应对切换后的开关进行检测,以确定是否正常分闸或正常合闸，形成闭环控制回路，以免开关本身的故障造成系统不正常工作2电路结构进

4、行硬件电路设汁时，既要考虑控制功能的实现又要充分利用软件的功能來简化硬件结构，即做到软砍兼施。2.1输入电路输入电路如图2所示。1S604l(K)kQ74A1.S3734_IN-0msb2-lmsb2-2lN*|msb2-3msb2-4IN-2msb2-5IM 1msb2WIPI*?insb2-7IN-4sb2-8IN5UtEDCIN-6ADD-BADDIN-7ALEref(-)ENA B1.F;STAR!rcf( *)COLCKADC0X0921I20IQ1905 /IS/803 /15IV/HDI /17IX)/725r024Al23J222496 TITLoALPDO DI 02D3D4

5、05D61)7*2200 时LE74ALSO2A M2IAO 2 CTA2 6W 八6心LM78I2GNDGND图2 输入电够尿理田在图2中，CC1端接常用电源的某一相，CN端接常用电源的中线，BB1端接备用电源的某一相，BN端接备用电源 的中线。用光电耦合器IS604作为强电与弱电的隔离（实际电路中有6个IS604,为缩小电略图的篇風 这里只画出常用电 源的某一相，其它光电耦合器的相关电路连接，与之类似）,IS604内采用双向发光管，转换效率高，外界电压轻微变化， IS604就有相应的输出。R1为统调电阻，便每个光电耦合器在相同输入时，有相同直流输出，以克服光电耦合器之间的误 遅、避免造成误

6、判。模数转换器ADC0809性价比极高，其INOIN2接入常用电源三相电压的取样值，IN3IN6接入备用 电源三相电压的取样值，在单片机AT89C51的地址线AO. AK A2的控制下，轮流读入每相取样值的模数转换结果，单片 机AT89C51中的程序根据这些瞬时取样值与内设的标准值相比较，做出相应的判断，通过P1 口，P2 口，P3 口进行输出控 制及指示。继电器K5的作用是将常用电源或备用电源的某相电压输入变压器_T1降压、整流、稳压后作为控制器的工作电 源。2. 2 AT89C51及外围电路由于单片机的脚位有限，为了扩展单片机的功能脚，釆用了 8255并行扩展芯片。如图3所示，将8255的

7、PAOPA5用作工作模式指示（该图中没画出发光二极管，8255可通过限流电阻直接驱动发光二极管），P8PC5作备用电源某相 过压或欠压指示.考虎到电源切换控制器的工作环境悪劣.因干扰或其它原因（如待机工作）可能使单片机程序进入死循环 或死机，加入看门狗电路MAX813L-单片机程序正常时在规定时间内由PBO输出喂狗脉冲，否则，MAX813L在16s后将 单片机复位，单片机复位后根据74LS373锁存的8255tA 口的状态，恢复原來的工作模式，进入相应的服务程序，这样， 程序的运行基本上不受影响。此时，看门狗将单片机及8255等复位，但741S373在不掉电时，维持复位前的伯息。只有 整个控制

8、器都掉电，74LS373才不保存原有信息，这样74LS37S不影响以后的工作模式设置这也是没有采用EEPROM而采 用74L373保存控制器工作模式的原因。AT89C51的P20P25为常用电源某相电压的过压或欠压指示。P2. 6P27可 以用作电网发电的发电指令和卸载指令输出。P1.O-P1. 7及P3.O-P3. 5用作基本的I/O 口，可以通过按键扫描的方式 接受新的工作模式指令以及某路电源分闸.合闸指令输出、报警发音输出。 1X V4 DI 33 D3 31 IX 3()D628X D7 27R卜S的A5O6RI) $ WR A3 9O)RAODIPAID2PA2DJPA3INPAI6

9、PA5D6PA6D?PA7iUvPBOWRPBIAOPB2AlPB3RESET 8255PB4Csi(*PB6 PB7isDO dFD2区D7 PAOPAJ 了 22 I PM JO P2 39 PAS 38_TJ22Isr36122232P2tP2?P22pTT PHRH) POIRO2PO3PO1PO5HJ6PO?Uun 2 - 4 5 6 T. 円PI円plplplplpl15161713121114 PCX)IO PC?KOKIPC2 KA KMPCSIK.6IV7P2 6 27741 S(KP20 AT9C5I INTI P2IINTOP21TlP24TO陀6FAVPXIX2RXDR

10、ESETTXD_Al”PRDPSENWRMR I 阿X) XRES 7MAX8I312 VCC6 WIN5 PFO4 HIRDA.图3AT89C51及外田电路23继电器控制电路继电器控制电路如图4所示。在图4中，只S3出常用电源合闸控制及备用电源合闸控制电路。常用电源合闸控制继电器的线圈KA与备用电源合 闸控制继电器的常闭触点K2D串接在一起，这样当Pl1出现高电平、P1-3出现低电平时，继电器线圈K1A通电，其常开 触点K1C闭合，常闭触点K1D”断开，接通交流220V的常用电源闸刀控制线路，同时断开备用电源合闸控制继电器线圈K 2A的电源，两个继电器接成互锁的形式，以保证任何时刻只有一路电

11、源被合闸接通，确保供电系统安全运行.该控制器还 有分闸控制电路，电路形式与图4类似，但不须接成互锁形式3软件设计电源切换系统一般有几种工作模式，如：自投自复、自投不自复、只常、只备、发电，它们各有特点.自投自复 的主要待点是，当常用电源不正常时，而备用电源正常时就接通备用电源，两路电源都正常时，接通常用电源；自投不自 复的主要特点，类似自投自复，但在使用备用电源时如果备用电源正常则不切换到常用电源；只常则不管常用电源是否正 常都使用常用电源，但能对常用电源及备用电源进行检测指示；只备类似只常，只使用备用电源；发电则是指备用电源由 发电电源构成时，应有发电指令输出以及卸裁指令输出.这些工作模式对应的硬件电路基本一样，只是软件编程时应有针 对性和选择性.另外，为进一步提高程序的稳定性和抗干扰能力，在程序中还应设软件陷阱等抗干扰措施.由于8255的 复位时间比单片机长，所以在上电复位后，对8255进行初始化之前，程序中要插入适当的延时，使8255能正常工作。主 程序流程