【正文】 ............................................. 26 整機(jī)調(diào) 試 ........................................................... 26 結(jié) 論 ....................................................28 參考文獻(xiàn) ...................................................30 致 謝 ....................................................31 附 錄 1 總設(shè)計(jì)電路圖 .......................................32 附 錄 2 電網(wǎng)電壓報(bào)警器 multism 仿真圖 ........................33 附 錄 3 元器件清單 .........................................34 xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒論 課題背景 隨著我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，用電需求快速增長(zhǎng)，特別是隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和家電下鄉(xiāng)政策的推動(dòng)，部分農(nóng)村電網(wǎng)出現(xiàn)供電能力不足、電壓質(zhì)量下降的情況，一些地區(qū)出現(xiàn)了“卡脖子”和“過(guò)負(fù)荷”現(xiàn)象，農(nóng)村客戶“低電壓”問(wèn)題日益彰顯。近年來(lái)，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，用電需求迅猛增長(zhǎng)， 20xx~20xx年，農(nóng)電售電量年均增長(zhǎng)達(dá) %，一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)年用電量增 長(zhǎng)超過(guò)了 20%， 20xx年農(nóng)村人均生活用電量比1999年增長(zhǎng) 。特別是隨著國(guó)家一系列強(qiáng)農(nóng)惠農(nóng)政策、家電下鄉(xiāng)政策的實(shí)施，大功率電器進(jìn)入農(nóng)村、進(jìn)入家庭呈加速趨勢(shì)，部分地區(qū)用電水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一、二期農(nóng)網(wǎng)改造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，一些沒(méi)有改造地區(qū)的情況更為嚴(yán)重。有的 10千伏線路、配電變壓器、低壓線路和接戶線等出現(xiàn)滿載、過(guò)載和供電“卡脖子”問(wèn)題；存在“低電壓”情況的配電臺(tái)區(qū)中，重載和高負(fù)荷配電變壓器所占比重達(dá) %，農(nóng)戶“低電壓”問(wèn)題比較突出。據(jù) 20xx年年初調(diào)查，公司農(nóng)村“低電壓”問(wèn)題涉及除北京、上海以外的 24個(gè)網(wǎng)（ 省）公司，共涉及 1553個(gè)縣級(jí)供電企業(yè)。面對(duì)低電壓及過(guò)電壓，對(duì)人們的生活、工作帶來(lái)諸多不便。為了改善這一用電中存在的問(wèn)題，我們通過(guò)安裝電網(wǎng)電壓報(bào)警器，通過(guò)該報(bào)警器，提示給電網(wǎng)工作人員去努力改善這一用電中電壓的不穩(wěn)定性，以免算壞電氣及給人們的生產(chǎn)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。主要用在電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)電力線、變壓器等供電設(shè)備和線路的防剪斷、防盜竊、防破壞。主機(jī)采用全密封鋁壓鑄外殼，防水性能好，具有功能實(shí)用、質(zhì)量?jī)?yōu)良、工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，適應(yīng)野外各種環(huán)境使用，廣泛應(yīng)用于電力、石油、礦山等所有在戶外工作的電力設(shè)備的安全保護(hù)，本機(jī)可 獨(dú)立使用，亦可與接警中心聯(lián)網(wǎng)使用。 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)電網(wǎng)的工業(yè)化進(jìn)程可以追溯到 20 世紀(jì) 60 年代 ,當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展還處于起步階段 ,到了 20世紀(jì) 80年代以后由于信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)工程在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用 ,電網(wǎng)調(diào)度逐漸實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制與管理 ,其中電網(wǎng)電壓報(bào)警器是其中扮演中不可或缺的角色，計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的發(fā)展為電力工業(yè)發(fā)展提供充分的技術(shù)支持 ,在“十一五”期間 ,電力信息化建設(shè)已納入企業(yè)總體發(fā)展戰(zhàn)略“ , SG186”信息化的實(shí)施更是加快了電力企業(yè)建設(shè)步伐 ,信息化 進(jìn)一步與電力企業(yè)的生產(chǎn)、管理與經(jīng)營(yíng)融合。 20xx 年 ,盧強(qiáng)院士在國(guó)內(nèi)首次提出了“ 數(shù)字電力系統(tǒng)”的概念 ,強(qiáng)調(diào)了電力系統(tǒng)狀態(tài)、企業(yè)管理等信息的數(shù)字表達(dá) ,與電力系統(tǒng)信息化建設(shè)有機(jī)結(jié)合 ,積極開(kāi)展了多項(xiàng)數(shù)字仿真高級(jí)系統(tǒng) ,加快了我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的數(shù)字化進(jìn)程 ,同時(shí)也拉近了我國(guó)與英美等國(guó)電力系統(tǒng)管理的差距。在電網(wǎng)系統(tǒng)的工業(yè)化、數(shù)字化發(fā)展的過(guò)程中 ,電力系統(tǒng)自動(dòng)化也得到xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 了長(zhǎng)足的發(fā)展。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化按照領(lǐng)域可劃分為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化、電廠電站自動(dòng)化和配電自動(dòng)化。電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的發(fā)展起源于 20 世紀(jì) 70 年代 ,最早的調(diào)度是采用專用的系統(tǒng)完成 ,效率相對(duì)低下 。隨時(shí)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和相關(guān)研究的進(jìn)展 ,當(dāng)前調(diào)度系統(tǒng)是采用 Inter 技術(shù)、 Java 技術(shù)、多代理技術(shù)廠站自動(dòng)化技術(shù)等多技術(shù)兼顧的全自動(dòng)化管理系統(tǒng) ,效率和安全保證系數(shù)明顯提高。配電自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展是從 20 世紀(jì) 90 年代中后期開(kāi)始的 ,大量的配電自動(dòng)化試點(diǎn)工作及饋線自動(dòng)化、營(yíng)業(yè)自動(dòng)化、負(fù)荷控制的試點(diǎn)工作廣泛開(kāi)展 ,結(jié)合計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 ,配電自動(dòng)化系統(tǒng)在管理方面、輸配電方面及綜合自動(dòng)化方面得到較大的進(jìn)步。 現(xiàn)代信息社會(huì)中，作為人一機(jī)信息視覺(jué)傳播媒體的顯 示產(chǎn)品和技術(shù)得到迅速發(fā)展，進(jìn)入二十一世紀(jì)的顯示技術(shù)將是平板顯示的時(shí)代，由一個(gè)簡(jiǎn)單的報(bào)警是完成不了市場(chǎng)需求，隨著技術(shù)的飛躍發(fā)展，各個(gè)設(shè)備越來(lái)越小，對(duì)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)水平，及工藝都是有著嚴(yán)格的要求，單純的一個(gè)報(bào)警是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在市場(chǎng)上比較流行的都是，通過(guò) GSM 短信息數(shù)據(jù)傳輸模式及語(yǔ)音功能平臺(tái)完成智能報(bào)警數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸及控制，隨著顯示技術(shù)的發(fā)展，及電網(wǎng)日益完善，未來(lái)電壓報(bào)警器會(huì)向著標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化的方向發(fā)展。 該設(shè)計(jì)課題使我們能夠掌握電網(wǎng)電壓報(bào)警器的基本報(bào)警原理和設(shè)計(jì)方法，對(duì)報(bào)警器這 個(gè)行業(yè)有了較為深刻的了解和認(rèn)識(shí)。并且對(duì)大學(xué)期間所學(xué)習(xí)的一些理論進(jìn)行了實(shí)踐，使我們對(duì)所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)有了新的認(rèn)識(shí)。并且通過(guò)該設(shè)計(jì)課題掌握了 555 電路，運(yùn)算放大器以及仿真軟件 Multism 的使用方法，為以后從事相關(guān)行業(yè)的工作積累了實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。目前我國(guó)的科技行業(yè)發(fā)展迅速，對(duì)各種設(shè)備的要求越來(lái)越高，為了致使設(shè)備能正常運(yùn)行，作為主要報(bào)警器的作用也變得由為重要；相關(guān)的從業(yè)人員也會(huì)越來(lái)越緊缺。但同時(shí)應(yīng)該清楚的認(rèn)識(shí)到我國(guó)的報(bào)警器技術(shù)雖然發(fā)展迅速但和世界先進(jìn)水平還有一定的差距。因此此課題不論是對(duì)自己的就業(yè)還是對(duì)我國(guó)電網(wǎng)電壓 報(bào)警器的發(fā)展都有非常現(xiàn)實(shí)與積極的意義。 論文主要內(nèi)容 針對(duì)設(shè)計(jì)題目的特點(diǎn)，論文的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)將做如下安排： 搜集題目的有關(guān)資料，并參照目前通用的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法擬定幾套設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析比較。最終選定了以 LM324 為比較器和分壓電阻構(gòu)成采樣電路，以 555 芯片構(gòu)成報(bào)警電路的設(shè)計(jì)方案。 xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 以設(shè)計(jì)方案為指導(dǎo)思想選擇合適的器件來(lái)實(shí)現(xiàn)這一思想，選擇器件時(shí)要從功能和電氣特性兩方面來(lái)選擇和論證。經(jīng)過(guò)對(duì)比選擇選定最終選定了以 LM324 為比較器和分壓 電阻構(gòu)成采樣電路，以 555 芯片構(gòu)成報(bào)警電路的設(shè)計(jì)方案。論文列出了詳細(xì)的器件參數(shù)和在系統(tǒng)中的連接使用方法。 調(diào)試分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試幾步來(lái)進(jìn)行。在硬件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)有發(fā)現(xiàn)電源有不穩(wěn)定、電路驅(qū)動(dòng)不足等問(wèn)題。在軟件調(diào)試中出現(xiàn)整合工作不協(xié)調(diào)等問(wèn)題。通過(guò)分析，查找找出了問(wèn)題原因并設(shè)法將其解決。 設(shè)計(jì)完成后對(duì)設(shè)計(jì)中所遇到的問(wèn)題、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、以及自己的想法進(jìn)行總結(jié)。 設(shè)計(jì)完成 的工作 整機(jī)通過(guò)變壓器獲得電網(wǎng)電壓，實(shí)現(xiàn)從強(qiáng)電到弱電的一個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程，然后通過(guò)穩(wěn)壓器，獲得穩(wěn)定的電壓，該電壓作為基準(zhǔn)電壓，從變壓器出來(lái)的二次電壓作為和變壓器出來(lái)的穩(wěn)定電壓進(jìn)行比較，然后根據(jù)比較情況，使 555 芯片構(gòu)成不通頻率，使得蜂敏器發(fā)出不通聲響。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 交流電網(wǎng)電壓的正常波動(dòng)范圍為 190V～ 250V（單相交流有效值），在此范圍內(nèi)，報(bào)警器不發(fā)聲。當(dāng)電網(wǎng)電壓低于 190V 或超過(guò) 250V 時(shí)，報(bào)警器發(fā)出聲響。 xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2 章 電網(wǎng)電壓異常報(bào)警器的設(shè)計(jì)方案論證 硬件部分方案論證 總方案的選擇 方案一 ： 采用 ARM、 CORTEX 等作為核心器件，這些微處理器都有低功耗的優(yōu)點(diǎn)，其中 ARM 是能帶可裁剪操作系統(tǒng)，可帶顯示屏，在工業(yè)控制領(lǐng)域尤為普遍； CORTEX 是32位的單片機(jī)；在民用上用得很多，在工業(yè)領(lǐng)域不能普及，由于不能設(shè)計(jì)成人機(jī)界面。在這次沒(méi)能選擇此方案的原因是：?jiǎn)渭冏鲭娋W(wǎng)電壓報(bào)警器，若用微處理器，價(jià)格相對(duì)昂貴。 方案二： 采用運(yùn)算多片放大器芯片 LM324 構(gòu)成比較電路，然后采用通過(guò)穩(wěn)壓電路的電壓作為基準(zhǔn)電壓，將獲得的電網(wǎng)電 壓的二次電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。然后通過(guò)不同的報(bào)警電路，使報(bào)警電路發(fā)出不同的聲響。 構(gòu)成框圖： 12V～ 12 V 6V－ 220V～ 波動(dòng)電壓 方案一： 降壓電路采用蓄電池電源最為常用，但其使用時(shí)間短，提供電壓有限，受其體積限制 , 由于本設(shè)計(jì)要求不使用外部電源供電。 方案二 ：降壓電路用變壓器直接變壓，采用 22018 變壓器輸出 18V 交流電。變壓降壓電路 整流電路 穩(wěn)壓 MCU 采樣電路 A/D 芯片 報(bào)警電路 降壓電路 整流濾波 穩(wěn)壓 比較電路 報(bào)警電路 采樣電路 xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 器式電源較為普遍，制作簡(jiǎn)單，使用也很安全，但是其體 積較為笨重，轉(zhuǎn)換效率較低干電池電源。 方案一 ： 采用 1A／ 50V 進(jìn)行全波整流 圖 輸入波形： 圖 輸出波形： xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 方案二： 采用半波整流。 圖 其輸出波形為： 圖 比較分析 全波整流，就是對(duì)交流電的正、負(fù)半周電流都加以利用，輸出的脈動(dòng)電流，是將交流電的負(fù)半周也變成正半周，即將 50Hz 的交流電流，變成 100Hz 的脈動(dòng)電流 。半波整流，就是在交流電的半個(gè)周期有電流輸出，另半個(gè)周期沒(méi)有電流。 50Hz 的交流電經(jīng)半波整流以后，輸出的是 50Hz 的脈動(dòng)電流。交流電流動(dòng)方向是反復(fù)交替變化的電流，而直xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 流電是單方向流動(dòng)，人們就利用二極管單向?qū)щ娦詫㈦娏鬓D(zhuǎn)換為一個(gè)方向的電流，半波整流用一個(gè)二極管，所以出來(lái)的電流一半有一半沒(méi)有稱半波整流，用在對(duì)直流電要求不是很嚴(yán)格的場(chǎng)合。而用兩個(gè)二極管，可以實(shí)現(xiàn)將交流電所有波型全部轉(zhuǎn)換成單一方向的電流，所以叫全波整流。一般后面還需要加一個(gè)濾波電容，去除整流后的雜波即可，極性不能反了。全波整流的電路在通常變壓器中常 被采用。所以此次設(shè)計(jì)中我們采用方案一。 方案一： 采用電容濾波電路 圖 電容濾波電路較簡(jiǎn)單，輸出直流電壓較高，紋波較小，它的輸出特性較差。 方案二： 電感濾波電路 電感濾波主要利用電感中的電流不能突變的特點(diǎn)，使輸出電流波形比較平滑，從而使輸出電壓的波形也比較平滑，故電感應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。 電感能濾波還可以這樣來(lái)理解：由于電感的直流電阻很小，交流阻抗（ X=ω L）較大，且諧波頻率愈高，阻抗愈大。所以，整流電壓中的直流分量經(jīng)過(guò)電感后基本上沒(méi)有損失，但交流分量卻有很大一部分降落在電感上， RLwL 的比值愈大，交流分量在ω L上的分壓愈多。這樣便減少了輸出電流及輸出電壓的脈動(dòng)成分。頻率愈高， L 愈大， RL 愈小（即負(fù)載電流 I0 愈大），則濾波效果愈好?？梢?jiàn)，電感濾波適用于負(fù)載電流比較大以及負(fù)載變化較大的場(chǎng)合。但是，電感鐵心笨重，體積大，故在小型電子設(shè)備中很少采用。 復(fù)式濾波電路 為了進(jìn)一步提高濾波效果，可將電感和電容組成復(fù)式濾波電路，常用的有 RCπ形 、LCπ形、 LCr 形復(fù)式濾波電路。各種濾波電路的性能比較列于表中。 xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 表 各種濾波電路的比較 根據(jù)該表我們選擇方案一，即電容濾波電路 方案一： 采用穩(wěn)壓二極管型穩(wěn)壓電路。 方案二： 采用集成穩(wěn)壓器型穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓。 方案一與方案二比較：穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓二極管型穩(wěn)壓電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓器電路等類型。本著使電路簡(jiǎn)單化、高效化、穩(wěn)定化的思想，本設(shè)計(jì)采用了集成穩(wěn)壓器型穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓，為集成運(yùn)放提供工作電壓以及為比較器提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓，保證了電網(wǎng)電壓報(bào)警的準(zhǔn)確性 。故采用方案二 . 方案一 ：由于本設(shè)計(jì)為上下限報(bào)警，所以用 LM324 搭成兩組比較器分別用作上限和下限比較。 方案二 ：由于本設(shè)計(jì)為上下限報(bào)警，所以用兩個(gè) F741 搭成兩組比較器分別用作上限和下限比較。 由于本設(shè)計(jì)為上下限報(bào)警，所以用兩個(gè) F741 搭成兩組比較器或者用 LM324 成兩組比較器分別用作上限和下限比較均是可行的而鑒于使用 LM324 只需一片即可故選用LM324，采樣電壓通過(guò)滑動(dòng)變阻器分壓獲得。 類型 電容濾波 電感濾波 RCπ形濾波 LCπ性濾波 LCr 形濾波 接法 +C1RL RLL R+C1 +C2RL