毕业论文：基于AT89C52单片机控制的柔性低压无功功率补偿器的设计（终稿）

毕业设计(论文)说明书基于AT89C52单片机控制的柔性低压无功功率补偿器的设计在电力系统中，功率因数的提高是一项重要的技术工作，直接关系到输电线路的电能损耗供电的经济性，供电质量。功率因数的补偿措施一直为人们所重视。研制高性能的功率因数装置具有实际的社会，经济效益。本文介绍了基于AT89C52控制的高精度低压无功功率补偿器。该控制器采用数字检测电路来获取电网电压与电流的相位差；控制开关采用过零型固态继电器，使投切控制实现等电压投入，零电流切除；单片机AT89C52实现数据处理、输入、输出控制等功能。通过实验监测功率因素分析，该控制器具有对电网冲击小，响应快，抗干扰能力强，精度高，可分相投切等优点，适用于目前企业用户进行无功功率补偿。本文运用AT89C52单片机，对电力系统中低压无功功率进行监测和控制，使功率因数达到调整和优化，提高了电力系统的供电质量和经济运行。关键词：AT89C52功率因数补偿器电容器I毕业设计(论文)说明书etc.Thepracticalresultsabilityofanti-jamming.ItismInthepower-system,theraiItmatterstheutilityandqualityofthepower-system.Themethodofpower-faalwaysbeentakingseriouslybypeople.Theresearchofthehigh-qualitypower-factorKeywords:AT89C52Power-fact毕业设计(论文)说明书 错误!未定义书签。I 错误!未定义书签。Ⅱ 1第二章功率因数补偿系统的设计概述 52.1功率因数的计算 52.2低压无功功率设备安装的原则与方法 62.2.1电容器装置控制方式的选择 72.2.2各种无功补偿设备及补偿方式 72.3投切方式分类 92.3.1延时投切方式 92.3.2瞬时投切方式 2.3.3混合投切方式 2.4无功功率补偿器设计的总体框图 第三章功率补偿系统单元电路的设计 3.2相位差检测单元电路的设计 3.2.1相电压、相电流输入电路 3.2.2相位差的检测 3.2.3相位差的计算 3.3投切电容电路的设计 3.3.2柔性投切电路 3.3.3过零投切电路与8255A的接口 3.4三相功率因数的显示电路设计 3.6“看门狗”单元电路设计 3.7电源电路设计 第四章系统软件部分设计 4.1主程序设计流程图 4.2子程序设计流程图 第五章系统抗干扰方法 5.1干扰的形成 5.2干扰的分类 5.3干扰的耦合方式 5.4硬件抗干扰措施 5.4.1抑制干扰源 5.4.2切断干扰传播路径 5.4.3提高敏感器件的抗干扰性能 5.4.4其它常用抗干扰措施 5.4.5印制板工艺抗干扰措施 5.5软件抗干扰措施 参考文献 致谢 毕业设计(论文)说明书1第一章绪论随着我国经济发展和国际化能源紧张局势的加剧，加强电能质量和节能降耗的影响十分重要，这其中采取无功补偿方式提高功率因数降等都是行之有效的措施。在电力供电系统中，功率因数的提高是一项重要的技术工作，直接关系到输电线路的电能损耗及供电的经济性，供电质量。功率因数的补偿措施一直为人们所重视。研制高性能的功率因数补偿装置具有实际的社会，经济效益。而且在电力系统中，无功功率要保持平衡，否则，将会使系统电压下降，严重时，会导致设备损坏，系统瓦解。此外，网络的功率因数和电压降低，使电气设备得不到充分利用，促使网络传输能力下降，损耗增加。因此，解决好网络补偿问题，对网络降损节能有着极按电网无功功率补偿方式可分为串联补偿和并联补偿。并联补偿方式又可分为电容器组补偿，调电感补偿，调相机补偿的移相补偿等。本设计我们将采用并连电容器补偿，主要应用单片机技术，实现对低压电力系统的监控，完成功率因数的测量，并根据所得数据进行电容组的投切，以实现对电力系统的功率因数的补偿。的功率因数或无功功率，按照一定的控制规则投入/切除电容器，实现对线路也要吸收很多的无功功率，从而使功率因数下降，导致无功电源不足，系统电压降低，电能损耗增大，这大大影响了电网的供电能力。因此电力部门千方百计要提高系统的功率因数，除本身采取相应的措施外，更要求每个用户在其母线上进行功率因数的补偿。即借助于相关的无功功率补偿设备，及时、正确、必要的提供无功功率补偿。由于这个课题涉及面广，且有较高的经济含量和技术附加量，因此无功功率补偿设备的研究一直是国内外相关企业激烈竞争的项目之一。无功功率补偿技术近年来己越来越引起人们的关注，它是涉及电力、电子技术、电气自动化技术和理论电子等领域的重大课题。本设计着重论述了单片机和计算机控制组成控制系统进我国电网曾在20世纪70年代由于缺乏无功功率补偿设备而长期处于低电压运行状态。有些地方想用调节变压器分接头的办法来解决本地区电压低的问题。开始，因为总的无功电源不足，局部地区电压升高无功负荷增大，必然使别处无功功率更少、电压更低。各处普遍采用调节变压器分接头的结果，不仅没能提高负荷的供电电压，而是使得无功损耗加大，整个系统低电压问题更加严重。在这种情况下，首要的问题应该是增加无功功率补偿设备。低压运行同时对电网安全带来巨大危害，系统稳定性差，十分脆弱，经受不起事故异常及负荷强烈变化对系统的冲击、十分容易造成大面积的停电和系统瓦解的后果，国内外均有此先例。由此可见，合理配2毕业设计(论文)说明书由于人工投切电容不能及时跟踪无功负荷的变化，不能始终保持功率因数和电压质量在规定范围，所以无功的自动控制是一个值得研究的课题无功功率问题，根据世界各个地区电力系统近数十年来的经验，积累了大量资料。我国电力系统亦同样积累了很多宝贵的经验。广泛应用到生产实践中去是有一定重要价值的。有效的无功补偿有非常大的经济效益和社会效益，主要表现在：1.减少线路损耗。就全国讲，线路损耗约占据12%,其中主要是无功分量引起的损耗，若无功线损降低50%~60%,一年便可节电500亿度左右，相当于半个三峡工程的发电量。这种不消耗一次能源，便可增大发电量的工程是绝好的绿色工程。且投资极小，见效快。2.避免罚款。我国电力部及物价局“关于颁发《功率因数调整电费办法》通知”中规定，功率因数0.94时，减少电费1.1%,功率因数0.6时增加电费15%。例如一个315KVA的变压器，功率因数从0.6提高到0.94以上，年奖罚差3~4万元。3.不额外投资，便实现扩容。进行无功补偿后，便可提高用电承载率，变压器可满负荷运行。例如一台315KVA的变压器，COSφ=0.6负将功率因数由0.6提高到0.98,相当于扩大了63%,既有功由189KW提高到309KW可基本满足需要的容量，便节省了一台500KVA的变压器，经费约三四十万元。4.改善电能质量，延长了电器寿命，提高了产品质量。电能质量用电压和频率二个指标衡量，电压的稳定性取决于无功的平衡。频率的稳定性取决于有功的平衡，而电压的稳定与否又直接影响电器寿命，影响机械加工精度。如果电压稳定性提高5%仅照明灯(寿命延长50%)全国一年既可节约数亿元。至于因电压不稳、供电不足而造成废品、次品、设备减寿、停产、停电损失更是难以统计的。在电网运行中，因大量非线性负载的运行，除了要消耗有功功率外，还要消耗一定的无功功率。负荷电流在通过线路、变压器时将会产生功率与电能损耗，由电能损耗公式可知，当线路或变压器输送的有功功率和电压不变时，线损与功率因数的平方成反比。功率因数越低电网所需无功就越多，线损就越大。因此，在受电端安装无功补偿装置，可减少负荷的无功功率损耗，提高功率因数，降低线损耗。在电力系统中要设法减小相位差。,提高cos。值，称为提高功率因数，以降(X-X)为零，则。值为最小，功率因数最高，就是说如能使感抗和容抗最大限度地相互抵消，则线路中功率因数为最高。由容抗抵消感抗(反之亦然)从而减小。的方法称为功率因数补偿。进行功率因数补偿可以：毕业设计(论文)说明书31.降低无功电流，减小线路及变电设备的损耗。线路损耗的功率与负载电方成正比，功率因数提高了，无功电流大大减小，则线路上的损耗也大大减小了。2.可以改善供电电压质量。当功率因数提高后由于容性负载的加入，使线路末端的电压平滑，起到了稳定电压的作用。3.提高系统的裕度。当系统的设备容量不变时，提高功率因数，相当于增加负载的容量。4.提高电路的功率因数不是负载本身的功率因数有什么改变而是负载本身的由此可见，提高功率因数，不但是当今能源形势的缓兵之策，也是关系到国计民生的长远政策。能源是有限的，既然是不可再生的，我们唯一能做的就是减少浪费，高效合理的利用它们，这才是明智之举，是我们除了寻找代替能源以外的最有因此我们必须重视电能的高效利用，不光在传输过程中，在使用过程中也是一样。这不仅符合经济效率的规律，还是能源科学使用的具体表现。既然我们不能给后代生产出不可再生资源，但我们可以高效使用它们，减少无谓的消耗，这跟我们为后人创造能源是同出一辙的，具有相同的深远意义。单片机是此设计的核心所在。随着我国科技的进步，自动控制术也与日俱进。家用电器和专用装备的智能化以及过程控制等方面，单片机扮演着重要的角色。此外我们应该认识到，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。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能称之为微控制技术。微控制技术标志着一种全心概念的出现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，更加充实。普遍来讲可以将单片机分为通用型和专用型两种类型。通用型单片机是一种用户可以根据需要设计成各种不同应用的控制系统，即通用单片机有一个再设计的过程，通过用户的进一步设计才能组成一个通用单片机芯片为核心再配以其他外围电路的应用控制系统。今后随着单片机应用的广泛和深入，各种专用单片机芯片将会越来越多，并且必将成为今后单片机发展的重要方向。但是应当说明，无论专用单片机在应用上多么专，其原理和结构是建立在通用单片机的基础之上。可以说单片机在控制领域是功不可没的，我们要把它应用到工业，国防业等国民经济行业，本次设计中采用了分相补偿的方法，三相电容自动补偿适用于三相负载平衡的供配电系统。因三相回路平衡，回路中无功电流相同，所以在补偿时，调节无功功率参数的信号取自三相中的任意一相，根据检测结果，三相同时投切可保证三相电压的质量。三相电容自动补偿适用于有大量的三相用电设备的厂矿企业中。在民用建筑中大量使用的是单相负荷，照明、空调等由于负荷变化的随机性大，容易造成毕业设计(论文)说明书4三相负载的严重不平衡，尤其是住宅楼在运行中三相不平衡更为严重。由于调节补偿无功功率的采样信号取自三相中的任意一相，造成未检测的两相要么过补偿，要么欠补偿。如果过补偿，则过补偿相的电压升高，造成控制、保护元件等用电设备因过电压而损坏；如果欠补偿，则补偿相的回路电流增大，线路及断路器等设备由于电流的增加而导致发热被烧坏。这种情况下用传统的三相无功补偿方式，不但不节能，反而浪费资源，难以对系统的无功补偿进行有效补偿，补偿过程中所产生的过、欠补偿等弊端更是对整个电网的正常运行带来了严重的危害。对于三相不平衡及单相配电系统采用分相电容自动补偿是解决上述问题的一种较好的办法，其原理是通过调节无功功率参数的信号取自三相中的每一相，根据每相感性负载的大小和功率因数的高低进行相应的补偿，对其它相不产生相互影响，故不会产生欠补偿和本次设计主要是运用单片机技术实现电力系统的功率因数进行补偿，以实现电力系统最优控制。其中包括数据的采集，电容组的投切控制、电力系统功率因数的显示、看门狗设计等一系列环节，并采用了过零固态继电器以实现对电力系统的柔性投切。应用51系列单片机实现对开关组电容模块的控制，达到调整功率因数的目的。通过研究单片机在自动控制中的用途，熟悉它的引脚功能，会用单片机来满足实际中的具体需要。利用单片机控制系统，实时采集电力系统的电力相关参数，计算功率因数，并结合所学专业，依据电力系统要求进行功率因数补偿。其中主要涉计使得整个系统的工作可靠性的抗干扰能力均大为提高。根据设计要求，用单片机实现对电容组的投切，用以调整功率因数，使电力系统的功率因数大于0.90,这就是本次论文要实现的预期目标。5 毕业设计(论文)说明书第二章功率因数补偿系统的设计概述2.1功率因数的计算在交流输电线路中，由于负载特性的影响，电路中相电压，相电流之间存在相位差，其角度大小取决于负载所呈现的感性或容性的程度。若以。表示相位差，则：X为负载电抗，X为负载容抗。负载中消耗的有功功率为P:由(2-1)式可得：p=UIcoφ如图2-1所示，表示有功功率、无功功率和及视在功率之间的关系。式(2-3)中：U,I分别为电力线路中母线上的相电压和相电流的有效值，若令S=UI,称S为视在功率(其中包括有功功率和无功功率),则(2-3)写作：p=Scosφ6联电容器数量。如果为单相补偿，还应取为3的倍数，以便三相均衡分配。2.2低压无功功率补偿设备安装原则与方法3.对低压侧电动机做个别补偿时，电容器的开关与电动机同时运行(见图2-2),则效果最好。因为当电动机不工作时，则不必加装补偿电容，以避免由于补融丝过载保护电容器图2-2电容器位置与开关同步操作毕业设计(论文)说明书72.2.1电容器装置控制方式的选择任何改善功率因数的装置，都是通过降低无功电流来达到减小总电流，但当电容量补偿过大时，又会形成部分无功电流过大而导致总电流反而增大的现象。如何才能达到最佳的补偿效果，这与用电设备的使用时间和连续性、非连续性有着很大的关系。根据用电设备的使用情况，将补偿电容器进行设计分组，采用不同的控制方式，以适应不同的电力设备，无功功率补偿装置在电子供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多表2-3、2-4是通过研究得出的电容器装置分组情况及控制方式。表2-3补偿电容器装置分组情况用电设备运转特性电容器装置分组全部连续性部分连续运行型，部分为半连续型非连续运行型固定型补偿固定型补偿器一组，可切换补偿器一组固定型补偿器椅子，补偿器三组表2-4补偿电容器装置控制方式控制方式用电设备特性计算机自动控制计算机时间控制手动控制用电量较大，负载变动大，且各时段设备开关率都不同每日定时变化用电量(工作时段较固定);每周设备的开关情况基本稳定24小时用电量差异不大，或偶尔变化量较大时，且可以方便手动操作的场合2.2.2各种无功补偿设备及补偿方式下面我们介绍各种无功功率补偿设备及补偿方式。毕业设计(论文)说明书8同步调相机实质上是一种不带机械负载的同步电动机，它是最早采用的一种无运行维护复杂。因此，许多国家不再新增同步调相机作为无功补偿设备。但是同步1.调相机可以随着系统负荷的变化，均匀调整电压，使电网电压保持规定的水平。电容器只能分成若干个小组，进行阶梯式的调压。2.调相机可以根据系统无功的需要，调节励磁运行，过励磁时可以做到发出其额定100%的无功功率，欠励磁时还可以吸收其额定的50%的无功功率。电容器只能3.调相机可以安装强行励磁装置，当电网发生故障时，电压剧烈降低，调相机可以强行励磁，保持电网电压稳定，因而提高了系统运行的稳定性。电容器输出无功功率与运行电压的平方成正比，电压降低，输出的无功将急剧下降，比如，当电压下降10%,变为0.9Ue时，电容器输出的无功功率变为0.81Q,即其输出的无功功率将下降19%,所以，电容器此时不能起到稳定系统电压的作用。1.电容器是最经济的设备。它的一次性投资和运行费用都比较低，且安装调试2.电容器的损耗低，效率高。现代电容器的损耗只有本身容量的0.02%左右。调相机除了本身的损耗外，其附属设备还需用一定的所用电，损耗2%～30%,大大3.电容器是静止设备，运行维护简单，没有噪音。调相机为旋转电机，运行维4.电容器的应用范围广，可以集中安装在中心变电站，也可以分散安装在配电系统和厂矿用户。而调相机则只能固定安装在中心变电站，应用有较大的局限。并联电抗器是一种感性无功补偿设备，它可以吸收系统中过剩的无功功率，避免电网运行电压过高。为了防止超高压线路空载或轻负荷运行时，线路的充电功率也用来限制由于突然甩负荷或接地故障引起的过电压从而危及系统的绝缘。压线路的过电压，与中性点小电抗配合，有利于超高压长距离输电线路单相重合闸过程中故障相的消弧，从而提高单相重合闸的成功率。高压电抗器本身损耗小，但毕业设计(论文)说明书9大型并联电抗器的技术、结构和标准与大型电力变压器类似，也有单相和三相，心式和壳式之分，心式还可以分为带间隙柱的和空心式的，目前我国制造的高压大容量并联电抗器只采用心式结构。心式电抗器的结构与心式变压器类似，但是只有一个绕组，在磁路中加入间隙以保证不饱和，维持线性。调相机是对电力系统静态无功电力的补偿，而静止补偿器主要是对电力系统中的动态冲击负荷的补偿。根据负荷变动情况，静止补偿可以迅速改变所输出无功功率的可控电抗器可吸收无功功率。其控制系统由可控的电子器件来实现，响应速度远远大型整流设备等。另外，在电力系统的电压枢纽点、支撑点也可以用静止补偿器来提高系统的稳定性，同时，静止补偿器还可以抑制谐波对电力系统的危害。在我国湖南、湖北、广东、河南等多个500kV枢纽变电站都采用了这种装置。例如我国某大型炼钢厂使用电弧炉炼钢，严重影响供电质量，电弧炉运行时使电压下降15%～20%,谐波的干扰使众多用户的电视不能收看，电器设备不能正常使在装了静止补偿装置后，供电质量显著改善，电压波动很小，完全在允许范围内，谐波干扰明显降低。在周围广大用户普遍受益的同时，该厂也降低了线损，减少了电费支出，提高了产品的产量和质量，获得了良好的经济效益。静止补偿器的最大特点是调节快速。为了充分发挥它在需要无功功率时的快速调节能力，在正常情况下应经常运行在接近零功率的状态。但因正常负荷变动引起的电压变化过程缓慢，用一般价格比较便宜的电容器与电抗器等投切配合，完全可以满足要求，没有必要选用这种设备。本次设计主要采用并连电容器的方法来实现对功率因数的补偿。并联电容器是电网中用得最多的一种无功功率补偿设备，目前国内外电力系统中90%的无功补偿2.3.1延时投切方式延时投切方式即人们熟称的"静态"补偿方式。这种投切依靠于传统的接触器的动作，当然用于投切电容的接触器专用的，它具有抑制电容的涌流作用，延时投切的目的在于防止接触器过于频繁的动作时，电容器造成损坏，更重要的是防备电容毕业设计(论文)说明书电焊机等负载，这时电网的电流滞带后电压一个角度，当负荷呈容性时，如过量的补偿装置的控制器，这是电网的电流超前于电压的一个角度，即功率因数超前或滞后是指电流与电压的相位关系。通过补偿装置的控制器检测供电系统的物理量，来决定电容器的投切，这个物理量可以是功率因数或无功电流或无功功率。滞后且>0.95,在这个范围内，此时控制器没有控制信号发出，这时已投入的电容器组不退出，没投入的电容器组也不投入。当检测到cosφ不满足要求时，如cos中滞后且<0.95,那么将一组电容器投入，并继续监测cos中如还不满足要求，控制器则延时一段时间(延时时间可整定),再投入一组电容器，直到全部投入为止。当检测到超前信号如cosφ<0.98,即呈容性载荷时，那么控制器就逐一切除电容器组。要遵循的原则就是：先投入的那组电容器组在切除时就要先切除。如果把延时时间整定为300s,而这套补偿装置有十路电容器组，那么全部投入的时间就为30分钟，切除也这样。在这段时间内无功损失补只能是逐步到位。如果将延时时间整定的很控制器则控制电容器组逐一切除，周而复始，形成震荡，导致系统崩溃。是否能形成振荡与负载的性质有密切关系，所以说这个参数需要根据现场情况整定，要在保证系统安全的情况下，再考虑补偿效果。字技术综合的技术结晶，实际就是一套快速随动系统，控制器一般能在半个周波至1个周波内完成采样、计算，在2个周期到来时，控制器已经发出控制信号了。通过脉冲信号使晶闸管导通，投切电容器组大约20-30毫秒内就完成一个全部动作，这种控制方式是机械动作的接触器类无法实现的。动态补偿方式作为新一代的补偿装置有着广泛的应用前景。现在很多开关行业厂都试图生产、制造这类装置且有的这种方式采用电感与电容的串联接法，调节电抗以达到补偿无功损耗的目的。从原理上分析，这种方式响应速度快，闭环使用时，可做到无差调节，使无功损耗降为零。从元件的选择上来说，根据补偿量选择1组电容器即可，不需要再分成多路。既然有这么多的优点，应该是非常理想的补偿装置了。但由于要求选用的电感量值大，要在很大的动态范围内调节，所以体积也相对较大，价格也要高一些，再加一些技术的原因，这项技术到目前来说还没有被广泛采用或使用者很少。作为补偿装置所采用的半导体器件一般都采用晶闸管，其优点是选材方便，电路成熟又很经济。其不足之处是元件本身不能快速关断，在意外情况下容易烧毁，所以保护措施要完善。当解决了保护问题，作为电容器组投切开关应该是较理想的器件。动态补偿的补偿效果还要看控制器是否有较高的性能及参数。很重要的一项就是要求控制器要有良好的动态响应时间，准确的投切功率，还要有较高的自识别毕业设计(论文)说明书能力，这样才能达到最佳的补偿效果。当控制器采集到需要补偿的信号发出一个指令(投入一组或多组电容器的指令),此时由触发脉冲去触发晶闸管导通，相应的电容器组也就并人线路运行。需要强调的是晶闸管导通的条件必须满足其所在相的电容器的端电压为零，以避免涌流造成元件的损坏，半导体器件应该是无涌流投切。当控制指令撤消时，触发脉冲随即消失，晶闸管零电流自然关断。关断后的电容器电压为线路电压交流峰值，必须元器件可以选单项晶闸管反并联或是双向晶闸管，也可选适合容性负载的固态接触器，这样可以省去过零触发的脉冲电路，从而简化线路，元件的耐压及电流要部分电容器组使用电力半导体器件。这种方式在一定程度上可做到优势互补，但就其控制技术，目前还见到完善的控制软件，该方式用于通常的网络如工矿、小区、域网改造，比起单一的投切方式拓宽了应用范围，节能效果更好。补偿装置选择非等容电容器组，这种方式补偿效果更加细致，更为理想。还可采用分相补偿方式，在无功功率补偿装置的应用方面，选择那一种补偿方式，还要依电网的状况而定，首先对所补偿的线路要有所了解，对于负荷较大且变化较快的工况，电焊机、电动机的线路采用动态补偿，节能效果明显。对于负荷相对平稳的线路应采用静态2.4无功功率补偿器设计的总体框图如图2-5是该系统硬件结构框图，单片机AT89C52是本系统的核心，实现数据处理、输入、输出控制等功能。通过计数器8031计算出系统功率因数，并通过LED显示电路显示出来。把计算出的功率因数与规定的因数比较看看是否符合要求，当功率因数低于要求时，通过控制补偿电路实现对检测电路的补偿。功率补偿器的外围电路还包括电压、电流相位差检测电路，此部分电路主要用来检测电路现在的功率因数，通过比较器和由D触发电路鉴相电路把电压信号转化为数字为控制开关来实现柔性投切；还接上RS—232C接口，向上位机传递系统运行状态信息，以适应将来配电网控制发展趋势。为了减少外围芯片的数量，本系统也可采用一块CPLD芯片—ispLSI1048E,把74LS373、D触发器、与门、非门等外围器毕业设计(论文)说明书B相相电容相电容相电容图2-5系统硬件结构框图毕业设计(论文)说明书第三章功率补偿系统单元电路的设计单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点，故此设计应用单片机来实现无功功率补偿器的各种功能。单片机作为最典型的嵌入式系统，它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。近年来，除了各种类型的工控机，各种以通用微处理器构成的计算机方板模块，以通用微处理器为核，片内扩展一些外围功能电路单元构成的嵌入式微处理器，甚至单片形态的PC机等，都实现了嵌入式应用，成为嵌入式系统的庞大家族。16位单片机虽然拥有运算速度快、处理能力强、I/0接口较丰富等优点，但其价格亦相对于8位单片机较昂贵，而此设计8位单片机已能够实现，故仍用8位单具有8K在系列可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可使得AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超高效的解决方案。AT89C52具有以下标准功能：8K字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线，3个16位定时器/计数器，一个响亮2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C52可降至OHZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。个中断或硬件复位为止。AT89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。故此选用AT89C52单片机。3.1.1AT89C52单片机的硬件结构对操作数进行算术、逻辑运算和位操作的。控制器是单片机的指挥控制部件，主要任务的识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动而协调地工作。它的程序存储器为8K字节可重擦写Flash闪速存储器，闪烁存储器允许在线+5V电擦除、电写入或使用编程器对其重复编程。数据存储器比51系列的单片机相比大了许多为256字节RAM。AT89C52单片机的指令系统和引脚1231234s6TVFIFFF2.;毕业设计(论文)说明书FLASHRAM串行通讯口计数器定时器输入输出计数器定时器·8K字节可重擦写Flash闪速存储器·1000次可擦写周期·三级加密程序存储器·256×8字节内部RAM·32个可编程I/0口线·3个16位定时/计数器·8个中断源·低功耗空闲和掉电模式口丁EP0.EP0.INTTÖ/P3.23.6□161QPP图3-2AT89C52外部引脚图毕业设计(论文)说明书口是一个8位漏级开路的双向I/0口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对PO口端口写“1”时，引脚作高阻抗输入P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位是双向I/0口，P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑电平。对P1口写“1”时，内部上拉电阻的原因，将输出电流Iu。此外，与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和输出(P1.1/T2EX),具体如下表所示。引脚号功能特性T2(定时/计数器2外部计数脉冲输入),时钟输出T2EX定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制在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/0口，P2输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个TTL逻辑电平。对P2口写“1”时，通过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Iuo在访问外部好曾许存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址访问外低8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/0口，P3输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑电平。对P3口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入端口使用。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Iu。P3口除了作为一般、的I/O口线外，更重要的是它毕业设计(论文)说明书表3.2P3口引脚第二功能引脚号第二功能RXD(串行输入)TXD(串行输出)INTO(外部中断0)INT1(外部中断1)TO(定时器0外部输入)T1(定时器1外部输入)WR(外部数据存储器写选通)RD(外部数据存储器读选通)脚持续2个机器周期以高电平将使用单片机 ALE/PROG:地址锁存器控制信号(ALE)是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚(PR0G)也使用作编程输入脉冲。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”,ALE操作无效。这一位 PSEN:外部程序储存器选通信号(PSEN)是外部程序存储器选通信号。当EAIVPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H—FFFFH的外部程序该接VCC。 在flash编程期间，EA也接受12伏VPP电压。毕业设计(论文)说明书都可以64K寻址。对于89C52,如果EA接VCC,程序先从内部存储器(地址为0000H~1FFFFH)开始，2.数据存储器AT89C52有256字节RAM。高128字节与特殊功能寄存器重叠。也就是说高128的地址时，寻址方式决定CPU访问高字节RAM还是特殊功能寄存器空间。直接寻址1.定时器0和定时器1在AT89C52中，定时器0和定时器1都是16位加法计数结构，分别由THO(地址8CH)和TLO(地址8AH)及TH1(地址8DH)和TL1(地址8BH)两个8位计数器组成。这4个计数器均属于专用寄存器之列。每个定时器/计数器都有定时和计数两2.计数功能所谓的计数功能是指对外部事件进行计数。外部事件的发生以输入脉冲表示，因此计数功能的实质就是对外脉冲进行计数。MCS-51系列的芯片有TO(PT1(P3.5)两个信号引脚，分别就是这两个计数器的计数输入端。外部输入的脉冲在负跳变时有效，进行计数器加1。计数方式下，单片机在每个机器周期的S5P2拍节对外部计数脉冲进行采样。如果前一个机器周期采样为高电平，后一个机器周期采样为低电平，即为一个有效计数脉冲。在下一个机器周期的S3P1进行计数。可见采样计数脉冲是在2个机器周期进行的。鉴于此，计数脉冲的频率不能高于振荡脉冲的频率不能高于振荡脉冲频率的3.定时功能定时器也是通过计数器的计数来实现的，不过此时的计数脉冲来自单片机的内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲。也就是每个机器周期计数加1。由于一个机器周期等于12个振荡脉冲周期，因此计数频率为振荡频率的1/12。如果单片机采用12MHz晶体，则计数频率为1MHz。即每微秒计数器加1。这样不但可以根据计数值计算出定时时间，也可以反过来按定时时间的要求计算出计数器的预置值。4.定时器2定时器2是一个16位定时器/计数器，它既可以作定时器，又可以做事件计数毕业设计(论文)说明书位选择(如表2所示)。定时器2有三种工作模式：捕捉方式、自动重载(向上或向下计数)和波特率发生器。如表3.3所示，工作模式由T2CON中的相关为选择。定时器2有2个8位寄存器：TH在定时工作方式中，每个机器周期，TL2寄存器都会加1。由于一个机器周期由12个晶振周期构成，因此，计数频率就是晶振频率的1/12。表3.3定时器2工作模式00116位自动重载01116位捕捉1×1波特率发生器××0不用在计数工作方式下，寄存器在相关外部输入角T2发生1至0的下降沿时增加1。而下一个周期采样到低电平，计数器加1。在检测到跳变的这个周期的S3P1期间，新的计数值出现在寄存器中。因为识别1—0的跳变需要2个机器周期(24个品振周期),所以，最大的计数频率不高于晶振频率的1/24。为了确保给定的电平在采样前采样到一次，电平应该至少在一个完整的机器周期内保持不变。表3.4T2MOD-定时器2控制寄存器一一一一一一76543210符号功能无定义，预留扩展定时器2输出允许位置1后，定时器2可配置向上或向下计数AT89C52有6个中断源：两个外部中断(INTO和INT1),三个定时中断定时器0、1、2和一个串行中断。每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。IE还包括一个中断总控制位EA,它能如表3.5所示，IE.6位是不可用的。对于AT89S52,IE.5位也是不能用的。用毕业设计(论文)说明书户软件不应给这些位写1。它们为AT89系列新产品预留。定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或逻辑触发。程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清0。实际上，中断服务程序必须判定是否是TF2或EXF2激活中断。标志位也必须由软件清0。定时器0和定时器1标志位TFO和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。然而，定时器2的标志位TF2在计数溢出的那个周期被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。符号位地址功能中断允许控制位，EA=0,中断总禁止；EA=1,各中断由各自的控制位设定一预留定时器2中断允许控制位串行口中断允许控制位定时器1中断允许控制位外部中断1允许控制位定时器0中断允许控制位外部中断0允许控制位AT89C52单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器。号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求，最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的。石英晶振C1,C2=30PF+-10PF陶瓷谐振器C1,C2=40PF+-10PF3.1.8空闲模式在空闲工作模式下，CPU处于睡眠状态，而所有片上外部设备保持激活状态。这种状态可以通过软件产生。在这种状态下，片上RAM和特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可以被任一个中断或硬件复位中止。由硬件复位终止空闲模式只需两毕业设计(论文)说明书个机器周期有效复位信号，在这种情况下，片上硬件禁止访问内部RAM,而可以访问端口引脚。空闲模式被硬件复位终止后，为了防止预想不到的写端口，激活空闲模式的那一条指令的下一条指令不应该是写端口或外部存储器。在掉电模式下，晶振停止工作，激活掉电模式的指令是最后一条执行指令。片上RAM和特殊功能寄存器保持原值，直到掉电模式终止。掉电模式可以通过硬硬件复位不能无效。并且应保持足够长的时间以使晶振重新工作和初始化。表3.6空闲模式和掉电模式下的外部引脚状态模式程序存储器空闲内部11数据数据数据数据空闲外部11浮空数据地址数据掉电内部00数据数据数据数据掉电外部00浮空数据数据数据3.2相位差检测单元电路的设计如图3-5所示相位差检测单元电路的设计主要包括以下几部分：1.采集要进行补偿线路的信号(及该线路的电压和电流)并进行相应的处理。由于直接采集到的线路电压和电流都比较大，不能直接进行分析和控制。可以将采集到的线路电压U和电流I分别经过电压/电流互感器处理后再进行分析。为了便于比较，I经过电流互感器处理后再经过I/U变换后变成U;信号。压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单3.将得到的两组方波信号输入鉴相电路。输出信号μ的宽度反映了两信号之间的相位差。电压比较器将输入的交流信号变成方波信号μ₁、μ₂,经过由D触发器4.将得到的信号送入计数器8253处理，并将8253与单片机AT89C52进行连线。AT89C52单片机检测到计数结束信号后，通过总线从8253读出计数值，供单片机处毕业设计(论文)说明书电压比电压比较器电压比较器电流互感器电压互感器换鉴相电路计数器u3.2.1相电压、相电流输入电路电压互感器按原理分为电磁感应式和电容分压式两类。电磁感应式多用于220kV及以下各种电压等级。电容分压式一般用于110kV以上的电力系统，330~二次设备的安全，将一次电气系统的高电压变换成同样标准的低电压值(100毕业设计(论文)说明书图3-6相电压、相电流输入电路如图所示以A线为例，从三相交流输电线A相取电压信号U,从A取电流信号I,U通过电压互感器电路变换成5V电压信号U,I通过电流互感器和I/U转换等电路转换成同相位的电压信号U。图中的电阻R3.2.2相位差的检测为了将得到的电压信号转化为数字信号进行分析，可以先把电压和电流的余旋波形经过一定的方法转化为方波信号。本设计中采用电压比较器。电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元。本设计中电路只有一个阀值电压，故可采用单限比较器。也称为过零比较器，其阀值电压UT=0V。电路如图3-7所示图3-7过零比较器电路为了限制集成运放的差模输入电压，保护其输入端，可加二极管限幅电路，如毕业设计(论文)说明书图3-8电压比较器电路图把得到的电压信号输入由D触发器构成的鉴相电路(如图3-9)后可以得到两信号的相位差。图3-9由D触发器构成的鉴相电路以A相为例，A相的电压由电压互感器降压隔离后加到电压比较器的输入端，A相的电流由电流互感器经I/U变换后加在另一电压比较器的输入端。两电压比较器将输入的交流信号变成方波信号μ₁、μz,经过由D触发器构成的鉴相电路后，输出信号μ₀的宽度反映了两信号之间的相位差，如图3-10所示。 毕业设计(论文)说明书图3-10相位检测波形图3.2.3相位差的计算3.2.3.1计数器82531.引脚及功能地9239887图3-10可编程定时器8253外部引线图DO～D7:8位双向数据线。用来传送数据、控制字和计数器的计数初值。 cs:选片信号，输入。底电平有效。由系统高位I/0地址译码产生。当它有毕业设计(论文)说明书 A0,A1:地址信号线。高地址信号经译码产生cs选片信号，决定了8253芯片所具有的地址范围。而A0和A1地址信号则经片内译码产生4个有效地址，分别对应了芯片内部3个独立的计数器(通道)和一个控制寄存器。具体规定如表3.7所表3.7计数器选择00选择计数器001选择计数器110选择计数器211选择控制寄存器2.8253的内部结构和工作方式8253的工作方式有6种，本论文的设计主要用到方式0,详细介绍：方式0:计数结束中断。在这种方式下，在第一个写信号顺有效时向计数器写毕业设计(论文)说明书脉冲之后才变高的。这个特点在方式1、方式2、方式4和方式5时也是同样的。⑤在计数过程中可改变计数值。若是8位计数，在写入新的计数值后，计数器将按新的计数值重新开始计数。如果是16位计数，在写入第一个字节后，计数器停止计数，在写入第二个字节后，计数器按照新的数值开始计数。即改变计数值是立3.8253计数启动方法8253计数器的计数过程，可以由程序指令启动，称为软件启动；也可由电路信号启动，称为硬件启动。本设计主要用到软件启动。软件启动就是CPU用输出指令想计数器写入初值后就启动计数。写入初值后的开始，计数器才真正进行减1计数。之后每来一个CLK脉冲都会使计数器减1。4.相位差检测电路图3-12相位差检测电路图8253共占用了4个接口地址，地址范围由高位地址信号决定，高位地址的译码输出接到片选信号Cs,AO和A1分别接到74LS373上，用来寻址芯片内部的3个计数器及控制寄存器。信号cs、A₀、A,与读信号RD、写信号WR配合，可以实现对8253的各种读写操作。UO通过与门加到8253的计数器0的门控信号GATEO上，当毕业设计(论文)说明书5.计数器8253初始化程序8253计数器的0计数器地址为0800H;1计数器地址为0801H;2计数器地址为0802H;2计数器控制寄存器地址为0803H。0计数器初始化：1计数器初始化：2计数器初始化：毕业设计(论文)说明书电容器的投切控制元件采用大功率的过零型固态继电器SSR,由于该元件本身封求，同时也有效地克服了执行元件采用晶闸管控制模块所带来的控制复杂及易受干扰而产生误动作的弊端，提高了系统的可靠性。8255A是Intel公司生产的为X86系列CPU配套的可编程并行接口芯片。8255A的通用性较强，使用灵活，是一种典型的可编程并行接口。个读/写控制电路和8位总线缓冲器。1.8255端口8255A具有3个8位并行I/0口，称为PA口，PB口和PC口。其中PC口又分为高四位和低四位A口：是一个数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。B口：是一个数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器。C口：是一个数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器。内部又分为两个4位端口，每一个端口有一个4位锁存器，分别与A口和B口配合使用，作为控制信号输出或状态信息输入端口。2.工作方式控制通过控制字设定可以选择三种工作方式：基本输入/输出、选通输入/输出、PA口为工作方式控制电路有两个，一个A组控制电路，另一个是B组控制电路。这两组控制电路共有一个控制命令寄存器，用来接收中央处理器发来的控制字。A组控制电路用来控制A口和C口的上半部分。B组控制电路用来控制B口和C口的下半毕业设计(论文)说明书3.总线数据缓冲器总线数据缓冲器是一个三态双向8位缓冲器，作为8255A与系统总线之间的接口，用来传送数据，指令，控制命令以及外部状态信息。 4.读/写控制逻辑电路读/写控制逻辑电路接收CPU发来的控制信号RD、m、或将CPU送来的数据写入端口.5.各端口的工作状态表3.8各端口工作状态端口地址选择操作选择所选端口CPU操作功能0(选中)00A口01读A口内容01B口01读B口内容10C口01读C口内容00A口1001B口010C口10写入C口11控制寄存器10写入控制字1××未选中××8255A共有40个引脚，采用双列直插式封装，如图3-14。DPA₁-123458789FFF图3-148255A的引脚图毕业设计(论文)说明书D,～D。:三态双向数据线 cs:片选信号线 RD:读信号线 3.3.2柔性投切电路为了实现柔性控制，可以使用过零型故态继电器作为控制开关。单片机测控系统免不了要对工业现场的各种电气设备进行控制，这样，就存在能够控制电气电路的执行元件(如电动机、电磁铁、继电器、灯泡等负载),另一方面，又要为单片机的电路和电气电路提供良好的电隔离，以保护单片机电路和人身的安全，固态继电器(SolidStateRelay,简称SSR)能很好地完成这一桥梁作用。1.输入控制电压低(3～14V),直流或脉冲电压均能作输入控制信号，驱动电2.输出、输入间一般采用光电隔离，隔离绝缘大于2kV,符合国际电气安全3.输出无触点、无噪声、无火化，开关速度快。4.有交流、直流输出方式，输出电压有多种规格选择。5.采用环氧树脂全灌封装，防尘、耐湿、耐振、寿命长。毕业设计(论文)说明书根据负载电流的不同，SSR分交流(ACSSR)和直流(DCSSR)2种，又根据触发控制形式的不同，ACSSR又分随机导通(P型)和过零触发(Z型)2种，由于ACSSR(Z型)对外的干扰非常小，应用更广。此次设计主要用到过零型故态继电器。ACSSR(Z型)电路如图3-15所示.图3-15过零触发型交流固态继电器结构图而不能导通，只有当输入信号加入的同时，负载电压又处在零电压附近(+10V～+20V范围),来不及使T2进入饱和导通，此时SCR才能通过R3注入控制电流而导通，双向可控硅TRAC通过R7→整流桥→SCR→整流桥，得到了触发电流，故TRAC也在其电流减小到小于坚持电流的瞬间自动关断，切断负载与电源间的电流电路是有过零时开启(并非电压为0V处导通，而是有一定电压),电流过零时关断的特性。固态继电器的驱动电路可以包括隔离耦合电路、功能电路和触发电路三部分。隔离耦合电路，目前多采用光电耦合器和高频变压器两种电路形式。常用的光电耦合器有光一三极管、光一双向可控硅、光一二极管阵列(光一伏)等。高频变压器耦合，是在一定的输入电压下，形成约10MHz的自激振荡，通过变压器磁芯将高频信号传递到变压器次级。功能电路可包括检波整流、过零、加速、保护、显示等各种功能电路。触发电路的作用是给输出器件提供触发信号。出电路主要由输出器件(芯片)和起瞬态抑制作用的吸收回路组成，有时还包括反馈电路。目前，各种固态继电器使用的输出器件主要有晶体三极管(Transistor)、单向可控硅毕业设计(论文)说明书如图3-16所示为过零型固态继电器在无功功率补偿电路中的工作原理，只有当发脉冲并保持，使过零型固态继电器内部的晶闸管接通，电容平稳投入。需要切除时只要单片机发出切除信号，固态继电器在其流过的电流过零时自然关断，电容器被切除。采用过零型固态继电器能实现等电压投入，零电流切除，所以该控制器对电网冲击小。系统有电后即可打开中断过零检测，过零检测模块在A相电压正向过零时刻产生中断触发脉冲，系统进入中断服务程序。在中断程序运行过程中，对电网的电流、电压进行检测，从而计算出电网无功功率的盈缺量。系统根据盈缺量作为投入或切除补偿电容量大小的依据达到补偿无功功率的目的。允许触发信号过零脉冲信号电离电电图3-16过零型固态继电器工作原理图容压零中号许发号8No.如图3-18所示，投切电容器电路主要用到8255A、锁存器74LS373、过零固态毕业设计(论文)说明书度可小于0.05,具有较高精度。投切初始化程序投切8255A控制字地址1003H。3.4.1LED显示器LED(LightEmittingDiode)是发光二极管英文名称的缩写。LED显示器是由发光二极管构成的，所以在显示器前面冠以“LED”。LED显示器在单片机系统中的应用非常普遍。毕业设计(论文)说明书常用的LED显示器为8段(或7段，8段比7段多了1个小数点“dp”段)。每一个段对应1个发光二极管。这种显示器有共阳级和共阴极2种。如图3-19所示。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地。当某个显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。为了使LED显示器显示不同的符号或数字，就要把不同段的发光二极管点亮，这样就要为了LED显示器提供代码，因为这些代码可使LED相应的段发光，从而显示不同字型，因此该代码称之为段码(或称为字型码)。七段发光二级管再加上1个小数点位，共计8段。因此提供给LED显示器的短码正好是1B。各段段码与字节各对应如下：代码位显示段gfedCba按照上述格式，8段LED段码表如表3-8所示表3.98段LED段码显示字符共阳极字型码共阴极码显示字符共阳极字型码共阴极字型码091A2B3C4D5E6F7H8P由N个LED显示块可拼接成N位的LED显示器。图3-20是4位的LED显示器的N个LED显示块有N位位选线和8×N段根段码线。段码线控制显示字符的字型，而位选线为各个LED显示块中各段的公共端，它控制该LED显示位的亮或暗。LED显示器有静态显示和动态显示2种显示方式。本论文主要用静态显示方式。LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极(或共阳极)连接在一起并接地(或+5V);每位的段码线(a～dp)分别与1个8位的锁存器输出相连接。之所以称谓静态显示，是因为各个LED的显示字符一经确定，相应锁存器锁存的段码输出将维持不变，直到送入另一个字符的段码为止。正因为如此，该显示器的亮度都 毕业设计(论文)说明书段码线图3-204位LED显示器的构成本设计LED显示器工作处于静态显示方式，各位的共阳极连接在一起并接+5V,每位的段代码(a～dp)分别与8255A的A、B、C口相连。该电路各位可独立显示，只要在该位的段码线线上保持段码电平，该位就能保持相应的显示字符。LED1共阳共阳gfedc|b|adpgecba共阳A3PB6图3-218255A与共阳LED连接图毕业设计(论文)说明书共阳共阳dpgf|badpgfbí共阳图3-22A相功率因数显示电路图三相功率因数显示电路是由三片8255和九个共阳LED数码管组成，用来显示各相功率因数，几个上拉电阻的大小，都是根据经验，采用10kΩ的阻值。为简明起见，图3-22只画出A相功率因数显示电路。8255是一种通用可编程的并行接口电路，它具有三个8位平行口PA、PB、PC。显示电路8255A的软件设定为0工作方式，其中PA口显示零，PB口显示小数后第一位，PC口显示小数后第二位，功率因显示初始化程序1.A相显示，8255A控制字地址：2003H,A口地址：2000C口地址2002H。毕业设计(论文)说明书2.B相显示，8255A控制地址4003H;A口地址4000H;B口地址4001H;C口地址4002H。3.C相显示，8255A控制地址8003H;A口地址4000H;B口地址4001H;C口地址4002H。RS-232C标准是美国电子工业协会(EIA)与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传达室输率在0-20Kb/s范围内的通信，它具有以下特RS-232C接口是单端发送，单端接收，传输线上允许一个驱动器和一个发送器。RS-232C标准接口有25条线。其中4条数据线，11条控制线，3条定时线，7条备用线未定义线。它所采用的电缆传输长度与传输的电容有关。它的最大传输路离可达30M,最大速率20Kb/s,适于相距较近设备的通信。毕业设计(论文)说明书2.电气特性-15V——3V和+3V—+15V这个范围而不采用TTL逻辑(OV—5)的原因干扰能力和增加传输距离，因此与TTL设备连接时需加电平转换接口。一个芯片连接两对收/发信号线。芯片连接图3-23所示。Cl-V-9446782图3-23RS232C硬件连接图行数据转换为RS-232C标准的电平信号发送到接收端，产生发送中断，供单片机或给AT89C52,产生接收中断，供单片机处理，这样就完成了RS-232C接口通信功能。两台计算机通信时，由于以TTL电平传输数据的方式，抗干扰性离短，通常要借用现成的公用电话网，但是电话网是300~3400HZ的音频模拟信号设计的，其频带有限，不能进行二进制数字量的传输。因此，在发送时需要利用调制器把数字信号转化为模拟信号，然后送到通信线路上去，再由解调器把从通信线路上收到的模拟信号转化成数字信号。AT89C52单片机内部的串行口，大大扩展了其的应用范围。利用串行口可以实现单片机之间的点对点的串行通信、多机通信以及单片机与PC机间的单机或多机通信。AT89C52的P3.0与P3.1除了具有一般的I/0口线外，还可以作为串行输入口和串行输出口。可以将P3.0与R1IN连接，P3.1与T1IN连接。如图3-24所示。毕业设计(论文)说明书9令冗余和软件技术不能使失控的程序摆脱死循环的困境，这时系统将完全瘫痪。如果操作人员在场，可按下人工复位按钮，强制系统复位。单操作人员不可能一直监视系统，也往往在引起不良后果后才进行人工复位。这时可加入“看门狗”来解决“看门狗”技术就是使用一个计数器来不断计数，监视程序循环运行。若发现时间超过已知的循环设定时间，则认为系统陷入了死循环，这时计数器溢出，然后强迫系统复位，在复位入口0000H处安排一段出错处理程序，使系统进入正规。3.6.1微处理器监控器MAX690ANaArrNaArr24837651毕业设计(论文)说明书1.具有看门狗电路，进入死循环的时间隔超过1.6S时，将产生一个复位输出。3.在微处理器上电、掉电及低压供电时，产生一个复位输出信号。4.可用于低电平检测。3.6.1.2主要电气参数1.工作电压Vcc:1.2～5.5V;5.复位脉冲宽度TRS:200ms;6.看门狗定时时间：1.6s(典型值);本设计主要用到看门狗电路，主要介绍。电池切换电路掉电比较器PFO毕业设计(论文)说明书 定时(小于1.6s)改变WDI输入端的电平，使看1NBATT1AT89C52中的复位是由外部的复位电路来实现的。AT89C52片内的复位电路如图3-28所示。毕业设计(论文)说明书复位复位电路触发翳—图3-28AT89C52的片内复位结构在复位输入端出现高电平的时候实现单片机复位和初始化。在振荡器运行的情况下，要实现复位操作，必须使复位脚至少保持两个机器周期(24个振荡周期)的高电平。CPU在第二个机器周期内执行内部复位操作，以后每个机器周期重复一次，直到复位端电平变低。复位期间不产生ALE和PSEN信号。内部复位操作使得堆栈指示器SP为07H,各端口都为1(PO—P3口全部都是OFFH)。特殊功能寄存器都复位为0,但不影响内部RAM的状态，当RST脚返回低电平以后，CPU从0地址开始执行复位后给内部寄存器状态如下：寄存器B内容毕业设计(论文)说明书现在的单片机系统大部分都是采用市电220V,50Hz供电。电网的冲击，频率的波动将直接影响到实时控制系统的可靠性，稳定性。因此在单片机系统和市电之间如图3-30所示，先用变压器把220V的电压变成12V的电压，12V的电压经过整流电路后变成12V的直流电压为继电器供电。再使用7805把12V的电压转化为+5V的电压为单片机提供电源。本电源系统在稳压电路7805后电源电路中我们使用了2个滤波电容，使用滤波电容主要目的是为了消除电源波动对系统的干扰，提高系统的抗干扰能力。采用滤波电容能有效的消除电网电源波动产生的干扰。—oO图3-30直流电源电路毕业设计(论文)说明书第四章系统软件部分设计根据国家规定，功率因数一般应大于0.9,如果功率因数小于0.9就要进行补偿。如果功率因数小于0.5就要被停电处理。该控制软件用汇编语言编程，由主程4.1主程序设计流程图程序主程序设计流程图如4-1所示。在主程序中首先将芯片进行初始化操作，然后设置A相控制参数。在设置好参数后分别调出显示和投切子程序。A相投切完毕后，再对B、C相分别进行相同的操工毕业设计(论文)说明书如图4-2所示为显示和投切子程序设计流程图，先确定某相为控制对象，然后从线路上采集所需要的数据，单片机通过对数据进行的分析后确定其功率因数。接下来判断该相的功率因数是否大于0.9如果大于0.9不进行补偿，如果小于0.9再进行补偿。Y毕业设计(论文)说明书第五章单片机系统抗干扰方法硬件电路设计完后，还要考虑到抑制干扰的问题，这样整个系统设计才完善起来。下面来介绍产生干扰的原因及解决方法。影响单片机系统可靠安全运行的主要因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰，并受系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。这些都构成单片机系统的干扰因素，常会导致单片机系统运行失常，轻则影响产品质量和产量，重则会导致事故，造成重大经济损失。di/dt大的地方就是干扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可2.传播路径。指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。干扰的分类有好多种，通常可以按照噪声产生的原因、传导方式、波形特性等等进行不同的分类。按产生的原因分：可分为放电噪声音、高频振荡噪声、浪涌我有必要看看干扰源和被干扰对象之间的传递方式。干扰的耦合方式，无非是通过导线、空间、公共线等等，细分下来，主要有以下几种：这是最直接的方式，也是系统中存在最普遍的一种方式。比如干扰信号通过电为了防止这种耦合，通常在电路设计上就要考虑。使干扰源和被干扰对象间没有公共阻抗。3.电容耦合：又称电场耦合或静电耦合。是由于分布电容的存在而产生的耦合。4.电磁感应耦合：又称磁场耦合。是由于分布电磁感应而产生的耦合。5.漏电耦合：这种耦合是纯电阻性的，在绝缘不好时就会发生。5.4硬件抗干扰措施针对形成干扰的三要素，采取的抗干扰主要有以下手段。抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt,di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。抑制干扰源的常用措施如下：1.继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。2.在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是RC串联电路，电阻一般选几K到几十K,电容选0.01uF),减小电火花影响。3.给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。4.电路板上每个IC要并接一个0.01μF～0.1μF高频电容，以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。5.布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。6.可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声，这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的。按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大，要特别注意处理。所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距，用地线把它们隔离和在毕业设计(论文)说明书1.充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一电源噪声对单片机的干扰。比如，可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路，当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。2.如果单片机的I/0口用来控制电机等噪声器件，在I/0口与噪声源之间应加隔离(增加π形滤波电路)。3.注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶4.电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。尽可能把干扰源(如电机、继电器)与敏感元件(如单片机)远离。5.用地线把数字区与模拟区隔离。数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电A/D、D/A芯片布线也以此为原则。磁环、电源滤波器、屏蔽罩，可显著提高电路的抗干扰性能。5.4.3提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾1.布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。3.对于单片机闲置的I/0口，不要悬空，要接地或接电源。其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。X5045等，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。5.在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。6.IC器件尽量直接焊在电路板上，少用IC座。5.4.4其它常用抗干扰措施毕业设计(论文)说明书电、磁电、继电器隔离，同时去掉公共地。4.防雷电用光纤隔离最为有效。1.电源线加粗，合理走线、接地，三总线分开以减少互感振荡。之间接电解电容及瓷片电容，去掉高、软件抗干扰技术是当系统受干扰后使得系统恢复正常运行或输入信号受到干扰后去伪求真的一种辅助方法。因此软件抗干扰是被动措施，而硬件抗干扰是主动措施。但由于软件设计灵活